Планетология - На этой фотографии с расширенной палитрой цветов, снятой зондом "Новые горизонты" в 2015 г., Плутон демонстрирует огромное раз...
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Планетология На этой фотогра- фии с расширенной палитрой цветов, снятой зондом «Новые горизонты» в 2015 г., Плутон демонстрирует огромное раз- нообразие теней и особенностей рельефа своей поверхности 40 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2018
Планетология
ПЛАН ЕТОЛОГИЯ
КОСМИЧЕСКИЙ ЗОНД NASA
«НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ» ИЗМЕНИЛ
НАШИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ОБО ВСЕМ, ЧТО, КАК НАМ
КАЗАЛОСЬ, МЫ ЗНАЛИ ОБ ЭТОЙ
ДАЛЕКОЙ ПЛАНЕТЕ
ПЛУТОН
РАС К Р Ы ВА Е Т
СЕКРЕТЫ
Алан Штерн
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
После длительных и полных проблем попыток привести проект в движение, космический зонд NASA
«Новые горизонты» (New Horizons) был запущен в 2006 г., чтобы исследовать систему Плутона с близ-
кого расстояния.
Во время сближения с планетой летом 2016 г. зонд обнаружил, что Плутон и его спутники гораздо
сложнее и активнее, чем ожидалось.
Вместо статичного и ничем не примечательного небесного тела Плутон явил нам вздымающиеся го-
ры, обширные ледяные поля и неожиданно плотную атмосферу.
Даже на его спутниках зонд обнаружил потрясающие особенности, такие как красная полярная шап-
ка и каньоны. Ученые продолжают анализировать данные, переданные зондом, и надеются уже вско-
ре представить новые открытия.
w w w.sci-ru.org [01/02] январь/февраль 2018 | В мире науkи 41
Планетология
ОБ АВТОРЕ
Алан Штерн (Alan Stern) — ученый-планетолог и помощник
вице-президента отделения космических исследований
и техники Юго-Западного научно-исследовательского ин-
ститута. Он научный руководитель экспедиции «Новые гори-
зонты», а в недавнем прошлом — директор Управления науч-
ных межпланетных экспедиций NASA.
Уран Около девяти часов вечера 14 июля 2015 г.
я вместе с прежним главой NASA Чарлзом Болденом
Земля (Charles Bolden) и другими коллегами стоял в нашем
Юпитер
2007
Нептун Центре управления полетом Лаборатории приклад-
Сатурн
(Положение пла-
ной физики Университета Джонса Хопкинса в Мэ-
нет на 2017 г.) риленде. Оставалось меньше минуты до того време-
ни, когда мы должны были получить первый сигнал
2015
Плутон
от космического зонда «Новые горизонты» с расстоя-
Зонд «Новые ния около 5 млрд км от Земли после дерзкого проле-
горизонты»
Объект пояса та вблизи Плутона и его системы из пяти спутников.
Койпера 2014 MU69
2019
PRECEDING PAGES: COURTESY OF NASA, JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LAB AND SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE
Этот сигнал, несущийся со скоростью света к ги- Центра управления полетом начали преобразовы-
гантским антеннам NASA на Земле, должен был вать поступающую информацию в сообщения о со-
рассказать нам, успешным ли был пролет. Сооб- стоянии космического аппарата. Один за другим
щит ли он нам, что наша экспедиция пошла на- наши инженеры, управляющие полетом, произвели
перекосяк? Или же что прошла успешно? А может оценку своих данных и представили отчеты. Они
быть, мы так ничего и не услышим? Любой исход подтвердили работоспособность всех систем. Зонд
был возможен. «Новые горизонты» успешно пережил свой истори-
Вместе с нами там находились также почти ческий перелет и находился в отличном рабочем
2 тыс. приглашенных гостей, ожидавших услы- состоянии. Зал управления взорвался радостны-
шать новости. Так же как и бесчисленное множе- ми возгласами, руки с флажками взвились вверх
ство других людей во всем мире, вглядывающих- в приветствии, и все, кто здесь находился, начали
ся в экраны телевизоров или присоединивших- радостно обниматься. Наши почти тридцатилет-
ся к нам в интернете. Потребовалось более 26 лет, ние усилия по изучению самой удаленной из иссле-
чтобы этот момент настал: 14 лет, чтобы «продать» дованных когда-либо планет — Эвереста межпла-
проект, еще четыре года — чтобы построить и за- нетных исследований — завершились успешно!
пустить космический аппарат, и затем более девя- К утру следующего дня зонд уже передал на Зем-
ти лет, чтобы он пролетел через Солнечную систе- лю первые изображения с высоким разрешени-
му. Для меня как руководителя проекта, а также ем, открывшие потрясающе сложный мир Плуто-
для группы управления полетом и группы науч- на. В течение последующих дней и месяцев дан-
ных исследований результат всей нашей работы ные с космического зонда продолжили поступать,
зависел от того, что мы вскоре узнаем из приходя- и они все шли и шли до конца 2016 г. В общей слож-
щих к нам сигналов. ности зонд «Новые горизонты» выполнил более
И вот наконец связь установлена. Несколько се- 400 отдельных наблюдений с помощью семи на-
кунд спустя огромные компьютерные мониторы учных приборов — улов, который принес данных
42 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2018
Планетология
почти в 5 тыс. раз больше, чем в ходе первой экс- Сообщество ученых, занимающихся изучением
педиции на Марс передал космический зонд NASA планет, сразу же перешло к активным действиям,
«Маринер-4». решительно осудив отмену проекта и потребовав
Эти бесценные данные произвели революцию от NASA пересмотреть свое решение. Несогласие
в наших знаниях о системе Плутона и переверну- с этим решением выразила и широкая обществен-
ли общепринятые представления о том, насколь- ность, засыпав агентство телефонными звонка-
ко сложными и активными могут быть маленькие ми и отправив более 10 тыс. писем с протестом.
планеты. И буквально вирусная реакция на нашу А один из подростков даже совершил автопробег
межпланетную экспедицию — включая более по всей стране с персональным призывом к NASA
2 млрд просмотров страниц на сайте, посвящен- воскресить исследования девятой планеты. (Не-
ном экспедиции, почти 500 публикаций в течение смотря на сложившиеся неверные представле-
недели об этом событии на первых полосах газет, ния, я и большинство других ученых-планетоло-
не считая десятков статей в журналах, а также гов из числа тех, которых я знаю, считаем Плутон
специальный логотип поисковика Google и многое планетой и не используем в докладах или науч-
другое, — стала для нас приятным сюрпризом. ных статьях определение планеты, данное Между-
Оглядываясь назад, легко увидеть, насколько народным астрономическим союзом, которое ис-
ценным было исследование Плутона как для на- ключило Плутон из списка планет.) Наконец в де-
уки, так и для восприятия межпланетных иссле- кабре 2000 г. NASA объявило, что проведет конкурс
дований общественностью. Но, по правде говоря, для проработки концепции новой экспедиции с це-
судьба экспедиции в самом ее начале буквально лью пролета вблизи Плутона. Эти предложения
висела на волоске. по-прежнему должны были удовлетворять зада-
чам, сформулированным в отношении экспедиции
Космическая одиссея 2001 года Pluto Kuiper Express, и, согласно плану, зонд должен
Впервые NASA выразило твердое намерение по- был достичь Плутона к 2020 г., но при этом стои-
слать экспедицию к Плутону в 1999 г., когда пред- мость нового проекта не должна была превысить
ложило научным группам со всей страны выска- примерно половину стоимости проекта Pluto Kuiper
зать свои предложения по составу научных при- Express. В конечном итоге NASA получило от раз-
боров для своей экспедиции Pluto Kuiper Express личных научных групп список предложений тол-
(«Экспресс к Плутону и в пояс Койпера»). Я возглав- щиной в пять телефонных справочников, каждое
лял группу, которая представила предложения из которых предлагало подробный план для такой
по основной фотокамере и набору спектрометров, экспедиции. Я возглавлял одну из таких групп. Мы
но к сентябрю 2000 г. оценочная стоимость экспе- назвали свою экспедицию «Новые горизонты» (New
диции выросла до такой суммы, что, даже не сде- Horizons), потому что мы предлагали то, что стало
лав окончательный выбор научного оборудования бы первым исследованием новой планеты со време-
для нее, агентство экспедицию отменило. ни экспедиций «Вояджеров» в 1970‑х гг.
COURTESY OF NASA, JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LAB AND SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE
На этой фотографии, полученной с зонда «Новые горизонты», заметна атмосферная дымка, нависающая над Плутоном.
Горы высотой до 5 км видны слева, а ледники разрезают поверхность справа. Вверху — ровное пространство покрытой
твердым азотом Равнины Спутника.
w w w.sci-ru.org [01/02] январь/февраль 2018 | В мире науkи 43
Планетология
Вглядываясь в новые горизонты 1 REX
Радиометрический эксперимент
Зонд «Новые горизонты» несет на себе семь научных приборов, чтобы использует систему радиосвязи
собрать как можно больше информации о Плутоне и его пяти спутни- космического зонда для измерения
ках во время своего короткого пролета сквозь эту систему. Набор ин- температуры и давления атмосферы
струментов дал ему возможность сделать цветные и черно-белые фо- Плутона.
тографии, измерить температуру и спектры, а также зарегистрировать
космическую пыль и плазму, которые встретились на его пути. 2 PEPPSI
Этот спектрометр заряженных частиц
анализирует плотность и ионный со-
3
2 став плазмы в атмосфере Плутона.
3 SWAP
Этот инструмент измеряет, как бы-
стро Плутон теряет свою атмосферу,
1 и изучает ее взаимодействие с солнеч-
ным ветром.
4
4 LORRI
Эта фотокамера с телеобъективом
может делать фотографии с высоким
разрешением с большого расстояния.
Полученные с ее помощью данные
помогли ученым картографировать
Плутон и изучить геологию планеты.
5 SCD
Этот инструмент, построенный
и управляемый студентами, анализи-
рует частицы космической пыли, ко-
торые сталкиваются с зондом «Новые
горизонты», когда он бороздит про-
сторы Солнечной системы.
5
7 6 RALPH
Эти камера и спектрометр измеряют
длины волн падающего на них света
и инфракрасного излучения, чтобы
получить цветные, композитные и те-
COURTESY OF NASA, JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LAB AND SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE (Pluto terrain); NASA, JOHNS
пловые карты поверхности Плутона.
HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LAB, SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE, AND LUNAR AND PLANETARY INSTITUTE (elevation data)
6
7 ALICE
Проводит спектрографические изме-
рения ультрафиолетового излучения,
чтобы дать астрономам возможность
изучить состав атмосферы Плутона
и помочь в поисках атмосферы Харона
и объектов пояса Койпера.
Наша научная группа, базирующаяся в Юго- десятилетнего путешествия к Плутону, чтобы
Западном научно-исследовательском институте, снизить расходы на персонал и сконцентриро-
где я работаю, и Лаборатория прикладной физи- ваться на научном потенциале за счет возможно-
ки Университета Джонса Хопкинса, где наш кос- сти после пролета быстро передать на Землю на-
мический аппарат в итоге будет построен и от- учные данные. Мы настойчиво совершенствовали
куда будет управляться, имели гораздо меньше наши предложения и пропустили их через бесчис-
опыта в исследовании планет с помощью кос- ленное число рецензий, чтобы удостовериться,
мических зондов, чем наши конкуренты, но мы что зонд безукоризнен во всех отношениях — на-
компенсировали это изобретательностью. Что- чиная с технического воплощения, подбора науч-
бы удержать стоимость в приемлемых рамках, ной группы, управления планированием и закан-
мы предложили послать в путешествие не два, чивая образованием и информационно-аналити-
а один космический аппарат — решение настоль- ческой работой с общественностью, управлением
ко рискованное, что почти не имело прецедентов стоимостью и даже составлением планов дей-
ни при одном первом исследовании какой-либо ствий в чрезвычайных ситуациях. В конце ноя-
из планет. Мы также предложили отправить кос- бря 2001 г. NASA объявило, что из всех участников
мический аппарат в спячку на время его почти конкурса оно выбрало проект «Новые горизонты».
44 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2018
Планетология
Область неизведанного
Эти масштабные топографические
карты Плутона и Харона, созданные A
на основе стереоскопических фото-
графий, полученных с зонда «Новые
горизонты», демонстрируют участки
поверхности небесных тел. Более
темные области, такие как круп-
нейшая ледяная Равнина Спутника
на Плутоне, — это низменности,
а более светлые области — это
возвышающиеся над поверхностью
элементы ландшафта, такие как горы.
Отсутствующие на карте области по-
верхности в нижних углах либо были
укутаны мглой во время пролета
зонда «Новые горизонты», либо их
не удалось прочитать на стереофото-
графиях. На верхнем фото показана Равнина Спутника
полоса шириной 80 км на Плутоне, Высота
покрывающая скалистую, сильно -3 км
расчлененную эрозией поверхность -1 миля A
(слева), массивные горы (в цен- ПЛУТОН
тре) и границы ледяной Равнины Равнина
Спутника. Высота Спутника
-14 км
-8 миль
Зонду «Новые горизонты» удалось
провести наблюдения поверхности
планеты с двух различных углов Высота
зрения, как это делают наши глаза, -3 км 0 +4
что позволило измерить «парал-
лакс» вершин гор и других выступа-
ющих над поверхностью элементов
ландшафта, то есть зафиксировать
их кажущееся смещение на фоне ПЛУТОН
более низких участков поверх-
ности и таким образом оценить их
высоту.
Высота
-14 км 0 +6
Не в масштабе
ХАРОН
Мы победили! Но мы имели весьма слабое пред- проект «Новые горизонты», вычеркнув его из редак-
ставление о том, во что мы ввязались. ции федерального бюджета, вышедшей в начале
Чтобы быть готовыми провести запуск в запла- 2002 г. Этот шаг вызвал затяжную войну за финан-
нированное окно пусков в январе 2006 г., мы долж- сы между Конгрессом США и Белым домом, кото-
ны были сконструировать и построить наш косми- рая была остановлена только тогда, когда Нацио-
ческий зонд, а также провести его проверку всего нальная академия наук назвала исследования Плу-
за четыре года и два месяца. При подготовке та- тона в качестве одного из наивысших приоритетов
ких экспедиций, как «Вояджер», «Галилео» и «Кас- в своем плане, очерчивающем программу космиче-
Illustration by Bryan Christie Design
сини», на все это у NASA ушло от восьми до 12 лет. ских полетов для проведения исследований и спи-
Но как раз в то время, когда мы готовились решать сок важнейших научных задач США на следующее
вставшие перед нами сложные проблемы, спустя десятилетие, убедив тем самым достаточное число
менее чем три месяца после того, как нас выбрали законодателей в том, что эта экспедиция заслужи-
в качестве контрагентов, администрация Джор- вает поддержки. Затем, когда мы уже считали, что
джа Буша — младшего предложила совсем закрыть все преграды остались позади, две многомесячные
w w w.sci-ru.org [01/02] январь/февраль 2018 | В мире науkи 45
Планетология
остановки реакторов Лос-Аламосской националь- полета к Плутону, планирование облета плане-
ной лаборатории поставили под угрозу возмож- ты занимало нашу группу в течение основной ча-
ность получить достаточно плутония для ядерной сти времени его многолетнего путешествия. Чтобы
энергетической установки нашего зонда. успешно выполнить все задачи, зонду «Новые гори-
Многие в NASA и в научном сообществе считали, зонты» после девяти с половиной лет полета нужно
что группе «Новые горизонты» не удастся преодо- было прибыть к месту назначения строго в девяти-
леть такое количество препятствий. Но мы рабо- минутное временн е окно. Ему также необходимо
тали буквально день и ночь, в том числе и в выход- было попасть в пространственное окно размером
ные, 52 недели в году на протяжении четырех лет. 56 x 96 км. Это может показаться достаточно боль-
В результате мы доставили космический аппарат шой мишенью, но прицелиться так, чтобы угодить
на пусковую площадку, готовым лететь к Плутону, в это окно с расстояния 5 млрд км от места запу-
вовремя. ска, было равносильно тому, чтобы одним ударом
Задача: попасть мячом в лунку
с огромного расстояния
Одним из важнейших
Зонд «Новые горизонты» был оснащен всем не- открытий стало то, что
обходимым для того, чтобы выяснить как мож-
но больше за время своего короткого пролета си- атмосфера Плутона
стемы Плутона. Рабочая часть зонда «Новые гори-
зонты» — это его груз из семи научных приборов,
простирается на сотни
в числе которых черно-белая и цветная фотока- километров в высоту,
меры, два спектрометра (преобразующие входя-
щее излучение в пучки с различной длиной вол- но практически
ны, чтобы определить состав атмосферы и поверх-
ности планеты) и датчик для изучения пылинок,
не содержит облаков. Зонд
с которыми сталкивается космический аппарат
в полете. На борту находятся также два датчика
«Новые горизонты» впервые
плазмы, используемые для того, чтобы измерить, измерил атмосферное
как быстро улетучивается атмосфера Плутона,
и определить состав этих рвущихся наружу газов,
давление у поверхности
а еще комплект радиометров, которые могут изме-
рять температуру поверхности планеты плюс тем-
Плутона, найдя, что
пературный профиль и распределение давления оно составляет всего
атмосферы в зависимости от высоты над поверх-
ностью.
11 микробар — столько
Этот научный груз обеспечил для первого в исто-
рии облета новой планеты б льшую научную «ог-
же, сколько на вершине
невую мощь», чем когда-либо ранее, и в первую земной мезосферы,
очередь потому, что мы использовали технику эры
2000‑х гг., а не изготовленные в 1960‑е и 1970‑е гг.
на высоте примерно 80 км
комплектующие, применявшиеся в первых меж-
планетных экспедициях, вроде тех, которыми
от поверхности Земли
были оборудованы близнецы «Вояджеры». Напри- по мячу для гольфа попасть прямо в лунку с рас-
мер, если камера спектрометра для картографиро- стояния от Лос-Анджелеса до Нью-Йорка.
вания состава поверхности на «Вояджере‑1» име- Нам необходимо было также разработать, про-
ла разрешение всего в один пиксель, то камера для тестировать и написать программы для всех опе-
картографирования состава поверхности на зонде раций зонда «Новые горизонты», которые ему
«Новые горизонты» имела уже 64 тыс. пикселей. Та- предстояло выполнить в течение всего шестиме-
кой прогресс в мощи научного потенциала вкупе сячного пролета системы Плутона начиная с се-
с возросшей памятью самого космического аппа- редины января и до середины июля 2015 г. Эти
рата, которая может хранить более чем в 100 раз операции включали более чем 400 сеансов по из-
больше данных, чем накопители на магнитной учению Плутона и всех его пяти спутников с помо-
ленте «Вояджера», означал, что экспедиция «Но- щью каждого из семи наших научных приборов;
вые горизонты» сможет стать намного более про- поиски на близком расстоянии от планеты косми-
дуктивной, чем предыдущие аналогичные экспе- ческого мусора и прочих опасностей, которые мог-
диции. ли бы причинить ущерб зонду; поиски новых спут-
Хотя наш космический аппарат находился в «ле- ников и колец; наблюдения с целью уточнить ме-
таргическом сне» значительную часть своего стоположение Плутона, чтобы помочь нам на него
46 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2018
Планетология
ацелиться; включение его
н 1 дымки, но практически не со-
ракетных двигателей, чтобы держит облаков. Зонд «Но-
точно скорректировать тра- вые горизонты» впервые из-
екторию облета; а также пе- мерил атмосферное давле-
редачу всех данных, запи- ние у поверхности Плутона,
санных в ходе сближения. найдя, что оно составля-
Кроме того, мы должны были ет всего 11 микробар — при-
за п ла нировать не один, мерно столько же, сколь-
а три варианта облета Плу- ко на вершине земной мезо
тона, каждый по отличной сферы, на высоте примерно
от других траектории, в слу- 80 км от поверхности Зем-
чае если бы мы обнаружили ли, у границы космоса. Мы
опасный космический мусор также обнаружили, что ат-
и возникла необходимость мосфера Плутона улетучи-
изменить направление по- вается в 500–1000 раз мед-
лета космического аппара- леннее, чем ожидалось, что
та. Наконец, нам было нужно близко к скорости потери ат-
написать для бортовых ми- мосферы Марсом и Землей,
кропроцессоров интеллекту- 2 а не кометами, как это пред-
альные программы, которые сказывали математические
смогли бы справиться с бо- модели до экспедиции «Но-
лее чем 150 возможными не- вые горизонты». И, к наше-
исправностями систем зонда му удивлению, мы обнару-
или его научной аппарату- жили, что дымка в атмосфе-
ры. Нам требовалось и выра- ре Плутона окрашивает ее
ботать процедуры по управ- в голубое, придавая ее небе-
лению полетом для несколь- сам цвет, отдаленно напоми-
ких десятков возможных нающий земное небо.
нарушений в работе, слиш- На Хароне, крупнейшем спутнике Плутона, Открытием зонда «Новые
ком сложных для того, чтобы есть глубокие каньоны и обширные ледяные горизонты» стало также то,
с ними можно было совла- равнины (1); толпа в Лаборатории прикладной что Плутон больше, чем да-
дать программными сред- физики Университета Джонса Хопкинса при- вали оценки до его полета,
ветствует прилет зонда «Новые горизонты»
ствами. и имеет истинный диаметр
к Плутону в 2015 г. (2)
2377 км. Эти измерения без-
Новая планета условно упрочили положе-
Из-за своего небольшого размера и удаленно- ние Плутона как самой крупной из планет-кар-
сти орбиты Плутон был практически неизве- ликов в поясе Койпера. Выросший размер Плу-
стен ученым до полета к нему зонда «Новые гори- тона вкупе с его уже установленной ранее массой
зонты». Даже космический телескоп «Хаббл» был снизил его плотность, а это означает, что, хотя
едва способен различить его диск. Почти все, что он по-прежнему остается в основном каменистой
мы о нем знали, — это то, что он диаметром при- планетой с ледяным внешним фасадом, доля ка-
мерно 2,3 тыс. км, имеет по крайней мере пять менистых пород у него ближе к 66, а не 70 с не-
спутников, разреженную атмосферу, краснова- большим процентам, как мы полагали до его об-
тую поверхность, которая покрыта льдом из ме- лета. Из оставшейся (некаменной) массы б льшую
COURTESY OF NASA, JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LAB AND
SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE (1); COURTESY OF BILL INGALLS NASA (2)
тана, азота и монооксида углерода, а также при- часть составляет водяной лед со следами более эк-
знаки полярной ледяной шапки и других крупно- зотических видов льда на поверхности планеты.
масштабных деталей на своей поверхности. Эти Модели недр Плутона, основанные на измерен-
факты наводили на мысль, что планета, вероят- ных при пролете его размере, массе и форме, се-
но, более интересна и устроена сложнее, чем боль- годня дают веские косвенные свидетельства, что
шинство замерзших космических тел во внешней Плутон таит в себе слой океана с жидкой водой
части Солнечной системы. Но зонд «Новые гори- толщиной в несколько сотен километров, где тем-
зонты» явил нам планету, которая оказалась бо- пература и давление достигают точки плавления
лее сложной, многообразной с геологической точ- воды.
ки зрения и гораздо активнее, чем предполагали В течение многих лет ученые-планетологи спо-
большинство ученых. рили о наличии у Плутона горного рельефа. От-
Одним из наших открытий было то, что атмо вет зависел от того, насколько глубок его верх-
сфера Плутона простирается на сотни километров ний слой льда из азота. Этот лед, покрывающий
в высоту и имеет десятки концентрических с лоев большую часть поверхности Плутона, непрочен
w w w.sci-ru.org [01/02] январь/февраль 2018 | В мире науkи 47
Планетология
и обваливается под своим собственным весом даже было времени, чтобы на ней появились кратеры).
в условиях слабой гравитации планеты, поэтому Проделав это, мы обнаружили на планете широ-
толстый слой такого льда помешал бы образова- кий диапазон возрастов областей поверхности —
нию крутых гор. Но когда зонд «Новые горизонты» от самой древней, сильно истерзанной поверхно-
приблизился к Плутону, уже на первых фотогра- сти, возраст которой доходит до 4 млрд лет, до об-
фиях с высоким разрешением были различимы ластей среднего возраста, от 100 млн до 1 млрд лет,
горы высотой до 5 км, и это дало основания пола- и самого ледника Спутника, на котором нет по-
гать, что слой азота на поверхности Плутона — это дающихся обнаружению кратеров и который мо-
всего лишь тонкий налет, устилающий то, что, как ложе — возможно, гораздо моложе — 30 млн лет.
мы впоследствии установили, представляет собой Такой диапазон возрастов стал неожиданным,
кору из водяного льда. поскольку многие ученые предсказывали, что от-
Зонд «Новые горизонты» выявил на Плутоне и по- носительно небольшой размер Плутона приведет
трясающее многообразие других элементов релье- к его быстрому охлаждению еще на раннем этапе
фа. Мы увидели гигант- существования планеты, по-
ские ледники, системы сле чего он утратит способ-
разломов, простирающих- Коэффициент ность обновлять свою поверх-
ся на сотни миль, мест-
ность с беспорядочным
отражения ность. Как оказалось, эта об-
щепринятая точка зрения
горным рельефом, образо-
ванным в результате раз-
поверхности у всех неверна. Плутон сегодня все
еще геологически активен,
рушения колоссальных четырех малых хотя природа источника энер-
глыб льда, расползающие-
ся крутые склоны из мета-
спутников Плутона гии, питающего все эти изме-
нения, пока неясна.
на, шапки снега из метана
на некоторых горных хреб-
примерно такой Однако есть еще кое-что. Ге-
ологи, работающие в нашей
тах и тысячи ям шириной же, как и у самого группе, обнаружили выступы
от 1 км до 10 км на эквато-
риальных равнинах Плу- Плутона, и примерно из замерзшего метана высо-
той более 300 м, вытянувшие-
тона, вероятно, образовав-
шиеся в результате субли-
вдвое выше, чем ся в организованную систему
на протяжении сотен киломе-
мации твердого азота. у Харона. Остается тров. И если всего этого недо-
Самый большой ледник
Плутона, элемент рельефа загадкой, почему статочно для одной планеты,
мы также обнаружили то, что
из твердого азота, назван-
ный Равниной Спутни-
они так хорошо оказалось большими ледяны-
ми вулканами возрастом все-
ка (Sputnik Planitia) в честь отражают свет, хотя го от 100 до 300 млн лет, и это
первого иск усственно-
го спутника Земли, по- их поверхности, судя дает основания полагать,
что они были действующи-
крывает поверхность пла-
неты площадью более
по всему, состоят ми в недавнем прошлом Плу-
тона. Кое-кто из нашей груп-
800 тыс. кв. км — больше, из того же вещества, пы, включая меня, видит сви-
чем штаты Техас и Окла- детельства сети дренажных
хома вместе взятые. Ниче- что и у Харона каналов и замерзших озер,
го подобного где-либо еще которые, возможно, указыва-
в Солнечной системе не обнаружено. Более того, ют на минувшие эпохи, когда атмосферное давле-
по-видимому, с геологической точки зрения, Рав- ние на Плутоне было гораздо выше — выше даже,
нина Спутника живет и развивается, о чем го- чем сегодня на Марсе, — что позволяло жидкостям
ворят нам языки внутри ледника, а также узоры на его поверхности течь и даже собираться в бас-
по всей его поверхности, и это указывает на то, что сейны.
под ним расположен источник тепла. Мы увидели Проще говоря, ряд ошеломляющих особенностей
также отчетливые признаки того, что его льды по- атмосферы и поверхности Плутона поставили на-
полняются за счет ледников и лавин, сходящих учное сообщество в тупик, указывая на то, что
с окружающих горных хребтов, которые возвыша- маленькие планеты могут соперничать с Землей
ются над ним. и Марсом по степени сложности.
Но геологические сюрпризы Плутона на этом
не заканчиваются. Подсчитав его кратеры, мы Исследование спутников Плутона
можем оценить, как давно сформировалась его по- Как и о самом Плутоне, о его пяти спутниках до их
верхность (чем моложе поверхность, тем меньше исследования зондом «Новые горизонты» было
48 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2018Планетология
известно очень мало. Харон, что намного боль- олушарии, широкий пояс каньонов, впятеро
п
ше остальных (размером в половину Плутона), от- глубже Большого каньона в Аризоне, горы и крас-
крыли астрономы-планетологи Джим Кристи (Jim ная северная «полярная шапка», которая не по-
Christy) и Роберт Харрингтон (Robert Harrington) хожа ни на что другое в Солнечной системе. Этот
с помощью наземного телескопа в 1978 г. До поле- красный полюс, похоже, состоит из метана и азо-
та зонда «Новые горизонты» было известно, что Ха- та, которые когда-то «сбежали» из атмосферы Плу-
рон покрыт инертным слоем водяного льда и если тона и затем осели на холодных полюсах Харона,
и имеет атмосферу, то очень тонкую, а также то, где химические реакции, идущие под воздействи-
что он менее красочен, чем Плутон, и его отра- ем ультрафиолетового излучения, превратили их
жающая способность меньше. Четыре более мел- в побочные продукты углеводородов. Пояс каньо-
ких спутника — Стикс, Никта, Кербер и Гидра — нов на Хароне — это, по всей видимости, результат
были открыты членами группы «Новые горизон- колоссальных напряжений, образовавшихся при
ты» с помощью космического телескопа «Хаббл» замерзании и расширении воды во внутренних об-
между 2005 и 2012 гг. До облета Плутона ученым ластях Харона, когда он охлаждался после своего
почти ничего не было известно о них за исключе- формирования.
нием параметров их орбит, а также, что их цвет — Мы обнаружили, что коэффициент отражения
относительно нейтральный, как у Харона. Даже поверхности у всех четырех малых спутников
оценки их размеров были весьма приблизитель- Плутона примерно такой же, как и у самого Плу-
ны. Детали поверхности ни одного из них нельзя тона, и примерно вдвое выше, чем у Харона. Оста-
различить с помощью даже самого большого теле- ется загадкой, почему они так хорошо отражают
скопа — были видны только точки света, обраща- свет, хотя их поверхности, судя по всему, состо-
ющиеся вокруг Плутона. ят из того же вещества, что и у Харона. Ни один
Зонд «Новые горизонты» предоставил нам воз- из них не велик достаточно, чтобы удержать ат-
можность составить подробные геологические, ко- мосферу. И хотя на каждом из них есть кратеры,
лориметрические карты, карты химического со- которые, весьма вероятно, образовывали времен-
става и топографического рельефа Харона, с более ные кольца вокруг Плутона, когда при их форми-
высокой чувствительностью вести поиски там ат- ровании из кратеров извергалось вещество, мы об-
мосферы, измерить его коэффициент отражения наружили, что в настоящее время таких колец во-
в ультрафиолетовой области и точно провести из- круг Плутона нет.
мерения его размера и формы. Космический зонд Орбиты Никты и Гидры дают нам основания
не имел возможности пролететь настолько же предполагать, что они образовались в результате
близко ни к одному из четырех малых спутников, того же столкновения массивного тела с Плутоном,
как к Харону, поэтому понятно, что мы смогли уз- в результате которого родился Харон. Наши карты
нать о них значительно меньше. Но даже при та- этих спутников имеют достаточное разрешение,
ких обстоятельствах «Новые горизонты» измерил чтобы разглядеть на них всевозможные кратеры.
их размеры, периоды обращения и формы, а так- Датировка появления этих кратеров показывает,
же позволил составить грубые черно-белые кар- что возраст их поверхностей составляет пример-
ты для каждого из них. Для Никты и Гидры «Но- но 4 млрд лет — как и у Харона. Эти открытия до-
вые горизонты» позволил составить цветные кар- казывают, что столкновение, в результате которо-
ты, определить состав поверхности и оценить ее го они образовались, произошло на очень раннем
возраст. этапе истории Солнечной системы и в настоящее
В результате всех этих открытий сегодня мы время не может быть источником энергии, питаю-
имеем общую картину Харона, которая по коли- щим нынешнюю геологическую активность Плу-
честву и характеру данных соперничает с теми тона. Мы также выяснили, что периоды обраще-
сведениями о больших ледяных спутниках пла- ния всех четырех мелких спутников Плутона во-
нет-гигантов, которые были получены в ходе меж- круг своей оси коротки по сравнению со временем
планетных экспедиций NASA «Вояджер», «Галилео» их орбитального обращения — неожиданный ре-
и «Кассини». У Харона нет и намека на атмосферу, зультат, который показывает, что ни один из них
нет и летучих веществ на поверхности, хотя мы все не достиг приливной синхронизации скорости
же обнаружили экзотические выходы на поверх- вращения и движения по орбите, что так харак-
ность аммиака и аммиачного льда. Судя по коли- терно для спутников планет-гигантов. Что-то —
честву кратеров, возраст его поверхности более возможно, это гравитационные силы со стороны
4 млрд лет, и если чуть больше или меньше, то не- двойной системы «Плутон — Харон», вращающей-
намного, а это означает, что геологические процес- ся вокруг общего центра масс, — влияет на харак-
сы на нем, прежде чем окончательно выдохлись, тер их вращения.
длились совсем недолго. Тем не менее за тот ко- Хотя зонд «Новые горизонты» уже передал
роткий отрезок времени на Хароне образовались на Землю все данные, полученные в результате
обширные покрытые льдом равнины в его южном пролета через систему Плутона, мы пока еще лишь
w w w.sci-ru.org [01/02] январь/февраль 2018 | В мире науkи 49Планетология
поверхностно исследовали многие аспекты проде- Мы полны оптимизма и надеемся, что NASA ре-
ланных им измерений. Я ожидаю гораздо больше шит продлить экспедицию «Новые горизонты»
научных открытий, касающихся поверхности, и после 2021 г. Космический аппарат находится
недр, происхождения и атмосферы Плутона, а так- в отличном состоянии и имеет достаточные запа-
же его спутников, по мере того как наша и другие сы топлива и энергии, чтобы продолжить свою ра-
научные группы начнут многоуровневый процесс боту и связь с Землей до середины 2030-х гг. и даже
освоения этого невероятного массива данных. дольше. За это время «Новые горизонты», возмож-
но, будет в состоянии изучить множество других
Следующая цель — пояс Койпера объектов в поясе Койпера и совершить еще одно
Исследование системы Плутона с помощью зонда сближение с одним из них.
«Новые горизонты» завершено, но его экспедиция
продолжается. В 2016 г. NASA одобрило пятилет- Горизонты будущего
нюю программу ее продолжения до 2021 г., во вре- После полного проблем подготовительного периода
мя которого космический странник продолжит и долгого перелета через Солнечную систему зонд
исследования пояса Койпера — обширного кольца «Новые горизонты» завершил разведку последней
небольших небесных тел и карликовых планет, ко- из известных еще на заре космического века пла-
торые обращаются вокруг Солнца далеко за преде- нет и стал первым межпланетным аппаратом, ко-
лами орбиты Нептуна. Кульминацией этих иссле- торый изучит малые небесные тела в поясе Кой-
дований станет пролет 1 января 2019 г. вблизи не- пера.
большого объекта в поясе Койпера 2014 MU69. Этот В течение 15 лет, когда мы планировали и прово-
древний астероид красноватого цвета, законсер- дили эту межпланетную экспедицию, я требовал
вированный в космическом «морозильнике» дале- от членов нашей научной группы использовать все
ко от Солнца вот уже более 4 млрд лет, станет са- возможные подходы и знания, полученные при ис-
мым древним из когда-либо исследованных остат- следовании других планет, для предсказания того,
ков строительного материала, не использованного что мы отыщем на Плутоне. Как оказалось, приро-
при формировании Солнечной системы. Его диа- да и на этот раз нас удивила, приоткрыв секреты
метр всего около 30 км, однако, возможно, у него гораздо более многообразной и активной планеты,
есть собственные спутники, и, как полагают, он — чем мы могли ожидать.
типичный строительный блок, из подобных кото- В действительности Плутон настолько сложен
рому образовались Плутон и другие карликовые и настолько активен, что многие из нашей груп-
тела пояса Койпера. пы, работавшие над программой «Новые горизон-
Зонд «Новые горизонты» встретится с MU69, ког- ты», и многие другие в научном сообществе, хоте-
да расстояние от него до Солнца будет в 44 раза ли бы увидеть отправку другой экспедиции, что-
больше, чем расстояние от Солнца до Земли. Кос- бы провести дальнейшие исследования его и его
мический аппарат воспользуется всем своим ар- спутников с орбиты. Мы также хотели бы увидеть,
сеналом научных приборов для изучения во вре- как новые исследовательские межпланетные экс-
мя пролета состава и геологических особенностей педиции, подобные «Новым горизонтам», исследу-
объекта. Он будет искать признаки активности ют другие небесные тела в поясе Койпера, чтобы
и атмосферы, займется поиском спутников и ко- изучить их разнообразие, как это уже было сдела-
лец, а также измерит его температуру. но с помощью космических аппаратов в отноше-
Кроме пролета вблизи астероида MU69 в про- нии планет внутренней части Солнечной системы
межутке между 2016 и 2021 гг. зонд «Новые гори- и планет-гигантов. Мы надеемся, что ошеломляю-
зонты» проведет изучение с близкого расстояния щий успех межпланетной экспедиции — это не ко-
по крайней мере еще двух десятков объектов поя- нец, а лишь начало исследования планет и неболь-
са Койпера. Эти наблюдения позволят нам расста- ших небесных тел пояса Койпера.
вить по местам результаты наших исследований
MU69 и заняться поиском спутников этих объек- Перевод: А.П. Кузнецов
тов, изучить свойства их поверхностей и опреде-
лить их форму. Зонд «Новые горизонты» исследу-
ет также свойства космической среды на самом
краю пояса Койпера — концентрацию газообраз-
ного гелия, солнечный ветер и заряженные части- ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ
цы в этой очень далекой от нас области, куда про-
стирается сфера солнечного влияния. Мы также The Pluto System: Initial Results from Its Exploration by New Ho-
проследим плотность пыли в поясе Койпера до рас- rizons. S. A. Stern et al. in Science, Vol. 350, Article No. aad1815;
стояния, в 50 раз превышающего радиус орбиты October 16, 2015.
Земли, немного дальше самой удаленной точки эл- Chasing New Horizons: Inside the First Mission to Pluto. Alan
липтической орбиты Плутона. Stern and David Grinspoon. Picador, 2018.
50 В мире науkи | [01/02] январь/февраль 2018Вы также можете почитать
