Плутон через год от более близкого знакомства. Новый, чудесный мир

Почти год назад, 14 июля 2015 года, зонд New Horizons, как и планировалось, вышел на минимальное расстояние примерно в 13 тысяч. км до Плутона (1). Затем, используя свое бортовое оборудование, она сделала серию фотографий и анализов. Когда мы увидели первые фотографии, нам сразу понравилась эта карликовая планета. В последующие месяцы это становилось все более и более интересным. И это еще не конец…

2. Горы и равнина на Плутоне (Поверхность Плутона в ближайшем приближении 🙂

Во время этой тесной встречи зонд собрал около 50 гигабит данных. Как только он завершил свой проход через систему Плутона, он установил свои антенны на Землю и начал передачу. После серии последовательных фотографий поверхности можно многое сказать о Плутоне, но уж точно не о том, что у него унылый однородный ландшафт (2). Как прокомментировал один из руководителей программы исследования данных зонда Алан Стерн из Юго-западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо, ни одно из известных тел в Солнечной системе не имеет такого количества образований, как Плутон.

У нас он разбросан по поверхности кратеры и горные хребты остановка большие ледяные поля, состоящий как из воды, так и из азотного льда. Образования, напоминающие известные из наших пустынь, поражают воображение. дюны. Их присутствие кажется необычным, поскольку атмосфера Плутона очень редкая, а ветры не могут оказывать достаточного давления на особенности ландшафта. Также оказалось, что Плутон немного больше, чем мы думали до сих пор. Согласно фотографиям с New Horizons, его диаметр составляет 2370 км, что примерно на 2 км больше, чем предполагалось. Может показаться, что это не так уж и много, но с научной точки зрения разница огромна.

Больший диаметр в первую очередь означает меньшую плотность объекта и другую структуру. По словам специалистов НАСА, под поверхностью Плутона больше льда и меньше камней, чем предполагалось.

Прекрасные снимки Плутона были сделаны с помощью камер – (LORRI), которая делает черно-белые фотографии, и Ralph Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC), которая делает как черно-белые, так и цветные фотографии. Также следует помнить, что New Horizons также проводит различные испытания с помощью бортового оборудования.

И у него с собой много снаряжения, о чем мы пишем в рамке, приложенной к нашему отчету.

Азотные оледенения

На первой из присланных на Землю фотографий была видна большая область — в форме сердца, которая с тех пор стала в некотором смысле визитной карточкой Плутона. «Мы увидели богатый мир с разнообразной и активной геологией, экзотической химией поверхности, сложной атмосферой, загадочными взаимодействиями с Солнцем и интригующей системой маленьких лун», — сказал Алан Стерн на одной из конференций.

«Мы видим значительные различия в распределении летучего льда на Плутоне, что указывает на увлекательный цикл испарения и конденсации», — вторит Уилл Гранди из обсерватории Лоуэлла в Аризоне, ведущий автор статьи в Science, опубликованной в марте 2016 года. «Эти циклы на много богаче, чем на Земле, ребо не имеет только одного вещества, которое конденсируется и испаряется — как вода. Они взаимодействуют друг с другом таким образом, что мы еще не в состоянии полностью понять и оценить эффекты по всем направлениям».

Космический аппарат «Новые горизонты» отследил несколько объектов на поверхности Плутона, которые доказывают, что миллионы лет назад — или даже миллиарды лет назад (когда давление в атмосфере было намного выше, чем сейчас, а климат на поверхности — намного теплее) — существовали жидкие вещества, способные плавать. на поверхности Плутона далекий земной шар.

3. След азотного озера на Плутоне

Объект (3), представленный на фотографиях с зонда, кажется замерзшим озером, когда-то жидким азот, расположенный в горном массиве к северу от области, неофициально известной как Спутник Планум. В самом широком месте озеро тянется на 30 км. «Кроме того, мы видим обломки каналов, по которым в прошлом могли течь жидкие вещества», — объясняет Стерн.

Ученые обнаружили, что Атмосфера этой карликовой планеты состоит из множества слоев дымки, более прохладной и плотной, чем считалось ранее. «Пары, парящие низко над поверхностью Плутона, — это сигнал для нас о том, что погода там меняется в цикле день-ночь, точно так же, как и на Земле», — сказал Уилл Гранди через два месяца после прошлогодней встречи с планетой Уилла Гранди. Наряду с другими фотографиями, сделанными недавно, это также может быть одним из свидетельств круговорота воды — точно так же, как на нашей планете. Однако там, в в атмосфере циркулирует не вода, а азот.

«Мы не ожидали открытия азотного ледникового цикла в морозных условиях на краю Солнечной системы. Питаемый остаточными солнечными лучами, он напрямую сравним с гидрологическим циклом на Земле, когда вода испаряется из океанов, выпадает в виде снега на ледники и возвращается к ним», — добавил Алан Ховард, член геологической группы New Horizons в одном из многих конференций.

4. Горы на Плутоне на фоне заходящего Солнца.

Метан как вода

Горный массив (4), показанный на одном из новейших фото, с расстояния 77 тыс. км от поверхности Плутона она поднимается ostrymi klifami до 3,5 км над окружающими равнинами. Ученые подозревают, что эти холмы основаны на водяном льду, потому что лед из метана, азота и угарного газа слишком мягкий, чтобы удерживать такие большие горы. Кроме того, это относительно молодое геологическое образование — по оценкам, ему не более 100 миллионов лет, что делает его одним из самых молодых горных хребтов в Солнечной системе.

Цепь экзотических заснеженных гор тянется через темные районы Плутона, известного неофициально Ктулху Регал. Он проходит по середине экватора, начинаясь на западе с больших равнин азотного льда (Sputnik Planum). При длине 3 тыс. км и шириной 750 км, Ктулху немного больше Аляски.

По внешнему виду Ктулху отличается от остальных темной окраской. Ученые считают, что цвет вызван слоем темных соединений, известных под названием толинии. Они возникают, когда метан, сублимируя, поднимается на высоту около 100 км. За счет взаимодействия УФ-лучей Солнца происходит синтез молекул метана с образованием этилен Ораз ацетилен. Эти молекулы далее объединяются в более тяжелые углеводороды, называемые толинами. Затем они падают на поверхность планеты, создавая характерный красноватые области. Толины уже известны нам по Титану, спутнику Сатурна, который, как предполагалось, может быть даже топливом для простых микробов. Геология региона Ктулху очень разнообразна – от горной до равнинной, густо покрытой кратерами и трещинами. Хребет расположен между кратерами, а его вершины разделены лишь узкими долинами. Склоны самых высоких пиков покрыты светлым материалом, резко контрастирующим с темно-красным цветом окружающих равнин. Ученые считают, что этот яркий материал состоит преимущественно из метана, который на вершинах затвердел в лед. «Тот факт, что этот материал покрывает только вершины пиков, предполагает, что метановый лед может вести себя как вода в атмосфере Земли, конденсируясь как иней на больших высотах», — сказал Джон Стэнсберри, член научной группы New Horizons в Научном институте космического телескопа. Об этом сообщили СМИ в Балтиморе, штат Мэриленд. Данные о химическом составе, собранные камерой MVIC, показывают, что положение яркого льда на горных вершинах почти точно соответствует распределению метанового льда, показанному на фиолетовых изображениях (5).

5. Метановый ледяной покров в горах Плутона.

Светлые равнины шириной 1 кв.км. км под названием Sputnik Planum покрыты льдом из азота и углекислого газа. На их поверхности практически нет кратеров, что говорит о том, что геологическая деятельность продолжается и по сей день. Прямо рядом с равнинами находятся покрытые кратерами области, которые были свидетелями столкновений, которые Плутон испытывал на протяжении миллионов и миллиардов лет. Края и холмы в этих районах сплошь покрыты льдом и инеем.

6. Цветное фото криовулкана Райт Монс

«Одна из самых интересных особенностей — две высокие насыпи с воронками в центре, которые выглядят как вулканы», — говорит Росс Бейер, старший научный сотрудник Института SETI. «Райт Монс его высота более 3 км, а диаметр у основания более 200 км (6). Это могут быть криовулканы, но нам еще предстоит это выяснить».

Змея купается в воде

Зимой с «Новых горизонтов» пришло больше фотографий, что сделало историю Плутона снова известной в СМИ и в Интернете. Ибо были картинки удивительно и загадочно одновременно. Они раскрывают многие ранее невиданные топографические детали. На одном из ныне очень известных фото видны обширные трещины и необычные линейные края, называемые «змеиной кожей» (7).

«Это беспрецедентный и удивительный ландшафт, простирающийся на сотни километров», — сказал на конференции Уильям Маккиннон, перешедший из команды миссии «Новые горизонты». «На фото он больше похож на кору дерева или чешую дракона, чем на типичные геологические особенности. Объяснять, как выглядит этот район, придется долго. Кто знает, может быть, это сочетание внутренних тектонических сил и сублимации льда».

Специалисты НАСА изучили данные, полученные с помощью спектрометра LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), позволяющего обнаруживать воду и лед, оценивать глубину их залегания и толщину. Выяснилось, что под слоем метанового, азотного и аммиачного льда находится огромное количество водяного льда, формирующего статую Плутона.

7. Змеиная кожа на поверхности Плутона

14 июля 2015 года прибор LEISA провел два сканирования с расстояния около 108 тысяч метров. км от поверхности. Данные привели к выводу, что Поверхность Плутона покрыта ледяной водой в гораздо большей степени, чем считалось ранее. Почти все области, кроме полюсов, а также Томбо регионы («Сердце» карликовой планеты получило свое название от имени астронома Клайда Томбо, открывшего Плутон в 1930 г.) и Лоуэллпокрыты толстым слоем замерзшей воды. На карте, предоставленной LEISA, видно, что ледяная вода находится в той половине полушария Плутона, мимо которой прошел зонд New Horizons — эти области отмечены синим цветом на поверхности (8).

8. Возникновение воды и водяного льда на Плутоне

Однако на карте видно очень мало водяного льда и в районе плато Спутник. Лоуэлл Реджио. Это указывает на то, что, по крайней мере, в этих регионах ледяная коренная порода Плутона хорошо скрыта под толстым слоем других льдов, таких как метан, азот и окись углерода.

Водяной лед имеет меньшую плотность по сравнению с плотностью азота. Ученые считают, что айсберги там плавают в океане ледяного азота, точно так же, как известные айсберги в Арктике. Куски ледяных холмов, откалываясь, текут в соответствии с движением ледника, создавая своеобразные цепочки и локальные скопления. Последние образуются за счет движения других ледников, за счет движений ледяного азота, которые «сгоняют» в одно место огромные куски водяного льда, подобно тому, как на земных водах часто скапливаются в одном месте обломки или другие виды плавающих объектов. Наблюдаем большое скопление кусков водяного льда (60×35 км) в названном месте Претендент Коллес (Челленджер – в память о трагически погибшем экипаже парома “Челленджер”) (9).

Geologiczna mozaika

Ученые из команды миссии «Новые горизонты» недавно создали геологическая картачто позволяет понять разнообразие форм рельефа и история эволюции поверхности Плутона (10). Он включает в себя фрагмент поверхности высотой 2070 км, с обширными равнинами азотных льдов Sputnik Planum и прилегающими территориями. Карта имеет цвета, соответствующие различным геологическим формам. Каждый тип местности определяется своей текстурой и морфологией, например, гладкая, потрескавшаяся или покрытая холмами. Точность определения данного фрагмента напрямую зависит от разрешения фотографий данной местности. Вся область, изображенная на этой карте, визуализировалась зондом в масштабе 320 м на пиксель или лучше, поэтому ученые смогли относительно точно определить отдельные элементы. Карта основана на двенадцати фотографиях, полученных с помощью прибора LORRI.

10. Mapa geologii Plutona

Синие и зеленоватые участки, заполняющие центр карты, представляют различные формы рельефа, видимые на Sputnik Planum, от клеточных областей в центре и на севере до гладких равнин на юге. Черными линиями отмечены трещины, которые видны между клеточными областями в азотном льду. Фиолетовым цветом отмечены хаотичные горные хребты на западных границах Sputnik Planum, а розовым — разбросанные плавающие холмы на восточной окраине. Вероятный криовулкан Райт Монс отмечен красным цветом в южном углу карты. Зубчатое, неровное нагорье региона Ктулху изображено темно-коричневым вдоль западного края, с желтыми пятнами в этом районе, отмечающими большие ударные кратеры.

Изучая, как взаимодействуют границы между отдельными фрагментами, ученые New Horizons могут попытаться определить, какие слои какие перекрываются, что позволит им создать хронологию формирования отдельных фрагментов. Например, желтые кратеры (слева, на западном краю карты) должны были образоваться после того, как сформировалась окружающая местность.

11. Голубое свечение вокруг Плутона

«Живой мир» окутанный синевой

Атмосфера вокруг Плутона сияет в виде красивого голубого ореола (11). То же явление наблюдается и с поверхности этой планеты. По крайней мере, так говорят ученые NASA, опубликовавшие новую фотографию, присланную зондом New Horizons, и подчеркнули, что цвета, видимые на ней в определенных положениях, будут видны человеку.

Вышеупомянутое разложение метана приводит к образованию более сложных газообразных углеводородов, таких как этилен и ацетилен. Эти углеводороды погружаются в нижние, более холодные слои атмосферы Плутония, где они конденсируются, а затем замерзают в очень мелкие частицы льда, похожие на алмазную пыль. Ультрафиолетовое излучение превращает его в специфический толиновый туман. Голубоватый оттенок дымки над Плутоном является результатом преломления солнечного света только частицами толина или азота.

Еще одна находка — «пятна» водяного льда, которые в некоторых местах поднимаются на поверхность, хотя обычно покрыты азотным или метановым льдом. Они имеют ярко-красный оттенок, который ученые пока не могут объяснить, поэтому возникает все больше и больше загадок. Один из ученых из команды New Horizons еще больше накалил научную атмосферу. Во время лекции в Университете Альберты в Канаде он сказал о Плутоне: «Этот мир жив». Он имел в виду погоду, атмосферные и геологические изменения, но интригующе добавил: «НАСА не даст мне сказать то, что я хочу сказать…». Последнее предложение вызвало волну спекуляций на эту тему. возможные формы жизни на Плутоне.

Ученые миссии обнаружили, что слои тумана в азотной атмосфере Плутона различаются по яркости в зависимости от освещения и точки зрения. Лучше всего их видно на фотографиях, сделанных космическим кораблем New Horizons после того, как он пролетел рядом с Плутоном, когда он удалялся от него. Затем она сфотографировала атмосферу, освещенную солнечным излучением. На фотографиях, сделанных камерой LORRI, она несколько раз, с интервалом до 5 часов, зафиксировала туманы, зависшие над определенной географической областью. Яркость слоев варьировалась на 30%, хотя высота слоев над поверхностью оставалась прежней.

Весной 2016 г., в т.ч. в журнале New Scientist было высказано предположение, что некоторые из этих структур, видимых в туманной атмосфере Плутона, могут быть облаками. Об этом свидетельствует фотография, приложенная к электронному письму ученого Юго-Западного научно-исследовательского института Джона Спенсера, на котором он отметил особенно яркие участки атмосферы. «На первом фото видна исключительно яркая дуга низко над юго-восточным плато Спутника и слабое облако на фоне освещенной солнцем поверхности. Крун Макула«, — написал он в электронном письме (12).

12. Облака на Плутоне? Кто знает…

В отличие от облаков на Земле, облака на Плутоне не будут состоять из воды — скорее всего, они будут образованы частицами азотного льда, метанового льда и других подобных соединений. Облака отличаются от туманов тем, что, в отличие от очень нечетких и обширных слоев плавающих частиц, они более концентрированы, ограничены в размерах и гораздо короче по продолжительности. Если информация подтвердится, это будет означать, что на Плутоне впервые удалось обнаружить облака.

Луны тоже поражают

С июля 2015 года мы познакомились не только с Плутоном. Мы также посмотрели немного его космической компании. Вскоре после пролета через систему НАСА опубликовало подробные снимки крупнейшего спутника Плутона — Харона (13). Эта луна необычна тем, что относительно очень велика по сравнению с размером тела, вокруг которого вращается. Его диаметр составляет 1214 км, или примерно половину диаметра Плутона. Оба небесных тела на самом деле двойная планета – два объекта сравнимых размеров, вращающиеся вокруг общего центра масс.

Самый большой спутник Плутона тоже удивил разнообразие образований на поверхностиНаиболее заметными из них являются красноватые «крапинки» на Северном полюсе. Цвет этой области обусловлен наличием вышеупомянутых толинов. «В отличие от Плутона, поверхность Харона довольно старая и однородная. Большая его часть покрыта водяным льдом с небольшой примесью аммиака. Харон не так геологически активен, как Плутон», — заявила СМИ Кристина Далле Оре, ученый SETI.

Внимание привлекает огромный каньон в экваториальной зоне, протяженностью 1800 км — примерно столько же, сколько знаменитый Гранд-Каньон в США. По мнению ученых, это остаток разрыва коры Харона, что, в свою очередь, сигнализирует о драматических событиях в геологическом прошлом космического тела. Точнее, ученые выделили два основных каньона — первый имеет глубину до 7,5 км (Гранд-Каньон в самых глубоких местах не достигает даже 2 км) и второй — 1,6 км в глубину.

Тектонический ландшафт Харона указывает на то, что он каким-то образом растянулся в прошлом. В результате его внешняя оболочка треснула. Внешний слой Харона состоит в основном из водяного льда. В молодости Луны этот слой имел относительно высокую температуру – тепло обеспечивалось распадом радиоактивных элементов и внутренним теплом образования этого небесного тела. Ученые считают, что Харон мог быть достаточно теплым, чтобы сделать воду жидкой глубоко под поверхностью. Когда Луна остывает, внутренний океан может замерзнуть, расширяясь в объеме (как при замерзании воды в бутылке) и, таким образом, поднимая внешние слои Луны, что приводит к массивным трещинам, наблюдаемым сегодня.

Четыре меньшие луны – Стикс, Никс, Керберос и Гидра (14) – вероятно, возник одновременно с Хароном, в результате мощного столкновения. Небольшой вытянутый спутник Hydra размером 45 × 30 км отражает 45% падающего на него света, поэтому он может быть просто огромным куском водяного льда. «Мы думали, что маленькие спутники будут напоминать Харон», — сказал Марк Шоуолтер, старший научный сотрудник Института SETI, в заявлении для СМИ. «Вопреки нашим ожиданиям, оказалось, что их поверхность намного ярче и старше, чем у их старшего брата».

Исследователи поражены необычной схемой вращения этих спутников, которые быстро вращаются вокруг своих сильно наклоненных осей. «Гравитационное влияние Плутона должно уменьшить скорость вращения и изменить ориентацию оси вращения. Но это было не так», — отмечает Шоуолтер. Команда миссии New Horizons предполагает, что за необычное вращение ответственны столкновения с объектами за пределами системы.

Мы летим дальше!

New Horizons является частью программы НАСА под названием New Frontiers, управляемой Центром космических полетов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама. Зонд New Horizons был спроектирован, построен и эксплуатируется, как и вся миссия, APL (Лабораторией прикладной физики) от имени Управления научной миссии НАСА. Юго-западный исследовательский институт отвечает за научную миссию и планирование науки, когда космический корабль проходит через систему Плутона.

В номере журнала «Наука» от 18 марта 2016 года можно найти множество статей по изучению Плутона и его спутников. На данный момент космический аппарат New Horizons отправил на Землю около половины данных, собранных во время прошлогоднего пролета Плутона. Ученые ожидают, что гораздо более удивительная информация все еще ждет своего прибытия на Землю.

New Horizons отправился в это долгое путешествие 19 января 2006 года и преодолел более 4,8 миллиардов километров, чтобы приблизиться к Плутону. Это самая важная, но не последняя остановка на его пути. Зонд движется со скоростью почти 14 км/с, поэтому вместо того, чтобы затормозить его (что и так было бы скорее невозможно) и попытаться выйти на орбиту карликовой планеты, было решено, что космический аппарат пойдет дальше. Уже в сентябре прошлого года НАСА указало еще одну цель исследования. Это будет объект, известный как 2014 МУ69, расположены в поясе Койпера. Считая от Плутона, до него от зонда чуть больше полутора миллиардов километров.