Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин
До этого момента о Плутоне было известно очень мало. Даже космический телескоп «Хаббл» лишь с трудом различал его диск с несколькими крупными деталями альбедо на нем. Правда, именно «Хаббл», и только он, смог в 2011–2012 гг. обнаружить 4 малых спутника Плутона. Но в результате экспедиции «New Horizons» мы узнали о Плутоне, Хароне и их спутниках гораздо больше интересного и неожиданного, чем смогли дать все наблюдения издалека.
Детальные снимки Плутона поразили нас тем, что эта маленькая планета оказалась в геологическом смысле живым телом. Хотя бóльшая часть поверхности Плутона, судя по множеству метеоритных кратеров на ней, весьма древняя, все же значительная доля поверхности залита свежим льдом, т. е. геологически молода.
Рис. 7.6. Плутон. Контраст цвета усилен. Фото: «New Horizons» (NASA).
В целом поверхность Плутона покрыта летучими льдами — замерзшими азотом, метаном, монооксидом углерода и этаном. При температуре и давлении, царящих на Плутоне, азот, метан и монооксид углерода являются летучими и могут перемещаться путем сублимации и конденсации. Самое летучее вещество из них — азот, поэтому крайне разреженная атмосфера Плутона более чем на 99 % состоит именно из него. На поверхности азот и метан не образуют чистых льдов, а составляют твердый раствор друг в друге, причем где-то в нем преобладает азот, а где-то метан. Монооксид углерода также растворен в летучих льдах.
Рис. 7.7. Равнина Спутника. Контраст цвета усилен. Фото: «New Horizons» (NASA).
На полушарии Плутона, детально сфотографированном зондом «New Horizons» в момент наибольшего сближения с планетой (рис. 7.7.), выделяется обширная светлая Область Томбо (Tombaugh Regio), названная в честь первооткрывателя планеты Клайда Томбо, и особенно ее левая часть — Равнина Спутника (Sputnik Planitia), названная в честь нашего первого спутника 1957 года. Но дело, разумеется, не в названии, а в том, что лед, покрывающий Равнину Спутника, практически полностью лишен метеоритных кратеров, следовательно, он недавно образовался в этой части планеты. Возраст этой поверхности — не более 10 млн лет.
Рис. 7.8. Поверхность Равнины Спутника с признаками криовулканической активности. Фото: «New Horizons» (NASA).
Равнина Спутника — это депрессия размером 1400÷750 км и глубиной 3–4 км, заполненная льдами азота, метана и монооксида углерода. Ее поверхность плоская, гладкая и белая. С запада ее окаймляют горы из водяного льда (рис. 7.8). Их форма, состав и расположение оставляют впечатление, что это блоки ледяной коры Плутона, всплывшие в более плотном и пластичном азотном льду.
Равнина Спутника расположена в экваториальной области Плутона, которую регулярно — половину каждых плутонианских суток — освещает Солнце. В результате все летучие льды оттуда испарились, обнажив темно-красный слой толинов — смеси органических сополимеров, образующихся в атмосфере планеты из простых органический соединений, таких как метан и этан, под действием ультрафиолетового излучения Солнца. В этом довольно темном экваториальном поясе Плутона Равнина Спутника выделяется своей яркостью и белым цветом, что было замечено еще по наблюдениям с космическим телескопом «Хаббл». Поверхность равнины разбита на блоки скругленно-многоугольной формы, которые явно подвижны и напоминают глетчеры, т. е. ледники. Вероятно, это вершины конвективных ячеек. Источник энергии, поддерживающий конвекцию мягких льдов, пока не ясен. Это может быть распад радиоактивных элементов в недрах Плутона или остаточное тепло от падения крупного метеорита. Не исключено также, что падение метеорита произошло в диаметрально противоположной точке Плутона, где виден огромный кратер, а сейсмические волны сконцентрировались и выделили тепло в районе Равнины Спутника.
Яркая молодая поверхность Равнины Спутника обязана своей уникальностью двум эффектам. Во-первых, медленное конвективное движение льдов постоянно обновляет эту поверхность с характерным временем менее 1 млн лет. Во-вторых, высокое альбедо ледника снижает его температуру и создает на его поверхности холодную ловушку: атмосферные газы конденсируются преимущественно на Равнине Спутника, покрывая ее свежими льдами и поддерживая в стабильном состоянии на масштабах времени в десятки миллионов лет.
На западном краю полушария, над которым пролетел «New Horizons», лежит Земля Веги (Vega Terra), названная в честь советских космических зондов «Вега-1 и -2». Эта область отличается обилием ударных кратеров с темным дном и светлой каймой из метанового снега. Было неясно, почему метановый лед лежит только на кромках кратеров и почему этот эффект не проявляется на остальной поверхности Плутона. Выяснилось, однако, что температура атмосферы Плутона возрастает с высотой. На поверхности в низинах могут конденсироваться и азот, и метан, но, поскольку доля азота в атмосфере Плутона превышает 99 %, образующийся иней состоит в основном из азота. В горах же на большой высоте и на кромках кратеров температура оказывается слишком высокой для конденсации азота, и там конденсируется один метан.
C 1989 г. Плутон, пройдя перигелий, удаляется от Солнца, и, казалось бы, его атмосфера должна постепенно замерзать на его поверхности, а атмосферное давление — падать. Но наблюдения покрытий Плутоном звезд и данные зонда «New Horizons» показывают, что с 1988 до 2015 г. атмосферное давление выросло примерно втрое. Вероятно, это связано с тем, что в 1987 г. северный полюс Плутона впервые за 124 года вышел из тени, что способствовало испарению азота из его полярной шапки. А южный полюс, нагревавшийся до этого солнечными лучами, еще не успел остыть настолько, чтобы в его окрестности мог конденсироваться азот. Вполне возможно, что атмосфера Плутона остается газообразной даже в районе афелия, когда планета максимально удаляется от Солнца.
Из-за малой силы тяжести плотность атмосферы на Плутоне медленно меняется с высотой. Особенно это заметно на больших высотах, где с высотой растет температура. Поэтому можно было бы ожидать, что в результате диссипации (т. е. вылета атомов из атмосферы в космос) Плутон быстро теряет атмосферный газ. Но, как показали наблюдения с борта «New Horizons», утечка азота из атмосферы в космос в 10 тыс. раз меньше, чем ожидалось. А расчеты говорят, что при сравнительно небольшом росте температуры поверхности давление атмосферы Плутона может возрасти настолько, что превзойдет давление марсианской атмосферы и
