Плутон - предводитель холодных миров

Плутон и Харон

Из истории исследований

Открытие лаборанта Томбо

В 1992 году 86-летний профессор астрономии Клайд Томбо с нескрываемым волнением читал письмо, полученное им из Национального управления США по аэронавтике и космосу. Этот листок бумаги оказался весомее любых научных наград. Ведь с заданным в нем вопросом нельзя было обратиться ни к какому другому человеку в мире. NASA спрашивала разрешения на посещение Плутона - планеты, которую открыл Томбо. Это произошло еще в 1930 году, когда он был 24-летним лаборантом в Лоуэлловской обсерватории во Флагстаффе, на горном плато штата Аризона. Читая письмо, старый астроном явственно ощутил, что речь идет не просто об одной из планет, а именно о его планете, которая стала известна людям благодаря его трудам. Письмо было, конечно, лишь данью уважения к сделанному им научному открытию. Тем не менее, поддерживая игру, Томбо дал согласие, и NASA приступила к проектированию полета автоматической станции к самой далекой из планет Солнечной системы.

Девятую планету Солнечной системы искали четверть века и обнаружили только в 1930 году. Возникла некая закономерность - каждый век открывается по одной планете: в XVIII веке был обнаружен Уран в ХIХ - Нептун, а в ХХ - Плутон. На сей раз судьба оказалась благосклонной к молодому человеку без астрономического образования, который успел проработать в обсерватории лишь несколько месяцев. Правда, это были месяцы напряженного труда - каждую ночь он фотографировал небо через телескоп, участок за участком, повторяя съемку с интервалом в несколько суток. Днем же он тщательно просматривал сотни звезд на полученных фотопластинках, пытаясь отыскать среди них новую планету. Эта чудовищно однообразная работа успешно завершилась во второй половине дня 18 февраля 1930 года, когда 24-летний лаборант Клайд Томбо вошел в кабинет директора Лоуэлловской обсерватории Весто Слайфера и сказал: 'По-моему, я нашел вашу планету Икс'. Много лет спустя Томбо, ставший всемирно известным астрономом и профессором университета, вспоминал, что при этом он страшно волновался и пот прямо-таки стекал с его ладоней. Слайфер и другие опытные астрономы тут же начали проверять находку, сделанную по фотоснимкам ночного неба. Они бросились к блинк-компаратору, за которым в последние месяцы работал Томбо, и стали сличать снимки, сделанные им в разные дни. Этот прибор позволял сравнивать два снимка, попеременно наблюдая то один, то другой. быстро перебрасывая с помощью рычажка зеркальную заслонку, астрономы как бы совмещали два кадра, отыскивая изображение планеты, прыгающее из-за ее движения, на фоне неподвижных звезд.
В тот день хлопанье заслонки и щелканье рычажка не затихали под куполом обсерватории до глубокой ночи. Проверка шла долго, новую планету обнаружили еще на нескольких фотопластинках, причем некоторые из них были получены еще в 1915 году! Наконец 13 марта было сделано официальное объявление о ее открытии. Дату выбрали намеренно - день рождения Персиваля Лоуэлла, который основал эту обсерваторию на высокогорном плато в штате Аризона близ города Флагстаффа. В 1905 году Лоуэлл приступил к систематическим поискам 'планеты Икс', как он называл неизвестную планету, расположенную дальше, чем Нептун. Сам он не дожил до ее обнаружения, но его инициалы - PL стали навсегда с ней связаны, поскольку совмещением этих букв образован астрономический знак для обозначения Плутона. За свое открытие Клайд Томбо в 1931 году был награжден лондонским Королевским астрономическим обществом медалью и премией в 25 фунтов стерлингов (по покупательной способности сейчас это примерно 1 500 долларов). Он также получил от штата Канзас стипендию для обучения в местном университете. Незадолго до открытия новой планеты Томбо окончил сельскую школу в Канзасе, а затем уехал в Аризону работать в обсерватории. Видно, не зря название Канзас на местном наречии означает 'Большое небо'.

Плутон и его спутник Харон, не слишком сильно отличаются размерами, образуют двойную систему. Планета и спутник находятся в гравитационном резонансе и постоянно обращены одними и теми же полушариями друг к другу; Харон находится всегда над одной и той же точкой Плутона. Астроном Клайд Томбо (1906-1997) открыл Плутон в 1930 году, просмотрев за 10 месяцев тысячи фотографий звездного неба на блинк-компораторе - приборе, совмещающему пару фотографий.

Художественное представление Плутона

Новая планета получила свое имя 1 мая 1930 года. Из множества вариантов астрономы Лоуэлловской обсерватории выбрали предложенное 11-летней английской девочкой из Оксфорда имя бога подземного мира, в котором так же темно, как и на самой дальней из планет. В греческой и римской мифологиях Плутон считается братом Зевса-Юпитера и Посейдона-Нептyна, сыном Кроноса-Сатурна, так что рядом с соседними планетами это имя оказалось вполне в 'своем кругу' (и к тому же перекликается с инициалами Персиваля Лоуэлла). Впоследствии выяснилось, что еще в 1919 году французский астроном Рейно предлагал назвать еще не открытyю в то время девятую планетy Плутоном, но к 1930 году о его предложении забыли. Несмотря на громкое имя, новичок выглядел в компании планет-гигантов чужеродным телом. Размер Плутона был явно меньше, чем у Земли, и в десятки раз меньше, чем у четырех крупных газово-ледяных планет, расположенных, как и Плутон, во внешней части Солнечной системы. Сейчас диаметр Плутона определен довольно точно, он равен 2 390 км, что составляет 2/3 диаметра Луны. Это не только самая дальняя, но и самая маленькая из планет. Даже среди спутников других планет Плутон оказался лишь на восьмом месте после Ганимеда, Титана, Каллисто, Ио, Луны, Европы и Тритона. Правда, он в 2,5 раза больше Цереры - самого крупного объекта из главного пояса астероидов, расположенного между Марсом и Юпитером. Площадь поверхности Плутона 17,9 млн. км², что сравнимо с территорией России. Необычной оказалась и орбита Плутона - она очень сильно вытянута, поэтому расстояние от Плутона до Солнца изменяется почти в два раза - от 30 до 50 астрономических единиц (1 а. е. равна расстоянию от 3емли до Солнца, примерно 150 млн. км), тогда как у остальных восьми планет орбиты почти круговые. Кроме того, орбита Плутона расположена под значительным углом (17њ) к плоскости орбит остальных планет. Получается, что девятая планета ни по каким параметрам нe вписывается в довольно стройную картину остальной части Солнечной системы, поэтому Плутон даже предлагают считать не планетой, а астероидом. Сутки на Плутоне в 6,4 раза длиннее земных, а сила тяжести в 15 раз меньше, чем на Земле. Масса этой планеты-крошки в 480 раз меньше массы Земли.
Ландшафты из азотного льда

Чем Плутон отличается от других планет, так это самыми сильными холодами - на его поверхности постоянно чрезвычайно низкая температура: от -220 до -240њС. В таких условиях затвердевает даже азот. Если когда-нибудь космический путешественник стyпит на поверхность Плутона, то перед ним должен открыться пейзаж, напоминающий Антарктиду во время полярной ночи, освещенную лунным светом. Однако на Плутоне такому мраку соответствует дневное время суток. Солнце выглядит на небе как большая звезда с еле заметным диском, в 20 млн. раз более яркая, чем Сириус. Здесь днем в 900 раз темнее, чем на Земле в ясный полдень, тем не менее в 600 раз светлее, чем в полнолуние ночью, поэтому в полдень на Плутоне намного темнее, чем в облачные дождливые сумерки на Земле. Отсутствие облаков позволяет видеть на небе тысячи звезд даже в дневное время, а само небо всегда черное, поскольку атмосфера крайне разреженная. Вся поверхность планеты покрыта льдом, который совсем не похож на земной. Это не привычный нам водный лед, а замороженный азот, который образует крупные прозрачные кристаллы, имеющие несколько сантиметров в поперечнике - этакое ледяное сказочное царство. Внутри этих кристаллов заморожено в виде некоего 'твердого раствора' небольшое количество метана (обычно его называют природным газом - это тот газ, который вместе с пропаном и бутаном горит у нас на кухне). В некоторых районах Плутона на поверхность выходит водный лед и даже немного льда монооксида углерода (угарного газа). В целом поверхность планеты имеет желтовато-розоватый оттенок, который придают ей оседающие из атмосферы частички сложных органических соединений, образующиеся из атомов углерода, азота, водорода и кислорода под воздействием солнечного света. Поверхность Плутона очень яркая и отражает 60% падающего на нее солнечного света, поэтому первые оценки его диаметра оказались завышенными. При этом на Плутоне встречаются наиболее сильные перепады яркости. 3десь можно встретить районы темнее, чем уголь, и районы белее снега. О внутреннем строении планеты пока можно судить только по величине ее средней плотности, которая составляет 1,7 г/см³, что вдвое меньше, чем у Луны, и втрое, чем у Земли. Такая плотность указывает, что Плутон состоит на 1/З из каменных горных пород и на 2/З из водного льда. Если материал разделен на оболочки (что наиболее вероятно), то у Плутона должно быть большое каменное ядро диаметром 1 600 км, окруженное слоем водного льда толщиной 400 км. На поверхности планеты - кора из льдов различного химического состава, главная роль в которой отведена азотному льду. Не исключено, что между каменным ядром и его ледяной оболочкой существует слой жидкой воды - глубинный океан, подобный тем, которые вероятнее всего имеются на трех больших спутниках Юпитера - Европе, Ганимеде и Каллисто.

На "семейном портрете" Солнце, планеты гиганты и их спутники изображены в одном масштабе, крошечный Плутон здесь даже невиден из-за своих размеров. Размер маленькой клетки - 10х10 10 тыс. км.

ЗАТЕРЯННЫЙ МИР

В 1988 году Плутон в процессе своего движения по орбите перекрыл свет одной из далеких звезд - это позволило достаточно точно определить размеры девятой планеты и обнаружить его атмосферу.

Атмосферу вокруг Плутона обнаружили сравнительно недавно - в 1988 году, когда планета в процессе своего движения закрыла одну из далеких звезд и заслонила собой идущий от нее свет. Атмосферное давление на Плутоне ничтожное - 0,3 паскаля, что в три сотни тысяч раз меньше, чем на 3емле. Тем не менее даже в такой разреженной атмосфере могут дуть ветры, возникать дымки и происходить химические реакции. Не исключено, что имеется и ионосфера - слой электрически заряженных частиц в верхней части атмосферы. Предполагается, что газовая оболочка Плутона состоит из азота с примесью метана и угарного газа, поскольку льды этих веществ обнаружены на поверхности планеты путем спектроскопических наблюдений. Слабое гравитационное поле планеты малютки не в состоянии удерживать атмосферу, и она постоянно улетучивается в космос, а на место улетевших молекул приходят новые, испаряющиеся с ледяной поверхности. Таким образом, атмосфера Плутона напоминает кометную, которая 'убегает' от ядра кометы. Ни на одной из планет такого не происходит, во всяком случае, в столь значимых масштабах, как на Плутоне, где атмосфера, по сути, постоянно обновляется.
На Плутоне очень холодно, средняя температура там -230њС. На ночной стороне планеты существенно холоднее, чем на дневной, поэтому атмосферный газ там охлаждается и конденсируется на поверхности в виде инея. Самые же крупные изменения атмосферы Плутона происходят при смене времен года. Увеличение температуры азотного льда на поверхности планеты всего на два градуса приводит к возрастанию массы атмосферы в два раза. Сейчас на Плутоне как раз 'летний' период: планета прошла наиболее близкую к Солнцу точку своей орбиты в 1989 году и все еще находится в 'теплой' части орбиты. Правда, из-за удаленности и большого коэффициента отражения Плутон получает на единицу поверхности в 1 500 раз меньше солнечного тепла, чем Земля. Когда же Плутон передвинется по своей сильно вытянутой орбите на более далекое расстояние, то нагрев Солнцем уменьшится почти в три раза, температура существенно упадет и наступит глобальная зима, сезонный ледниковый период. Газы сконденсируются и вы падут на поверхность Плутона в виде кристаллов льда. Атмосфера на длительное время исчезнет. Такое не происходит больше ни на одной из планет.

В 2015 году, во время пролета автоматической станции New Horizons, на планете по плутоновым меркам все еще будет тепло. В Южном полушарии наступит полярный день, а половина Северного полушария погрузится во тьму полярной ночи. Поэтому можно ожидать, что атмосфера еще не вымерзнет и космическому аппарату будет что изучать не только на поверхности Плутона, но и в его газовой оболочке.

Георгий Бурба, кандидат географических наук