Год назад (15 июля 2015 г. в 00:52:37 UTC) автоматическая станция New Horizons осуществила пролет Плутона. Это небесное тело долгое время считалось девятой по счету и самой дальней планетой Солнечной системы. Однако впоследствии, по мере открытия новых планетных тел схожего размера, Международный астрономический союз после долгих оживленных споров лишил его этого статуса и причислил к объектам пояса Койпера. Что, впрочем, не сказалось на интересе ученых к этому пусть теперь уже и планетоиду, но явно выделяющемуся из общего числа, как минимум, в силу своих размеров.
    В окрестностях Плутона New Horizons находился всего несколько часов, в целом же наблюдения проводились около девяти суток. Однако полученный научный материал ввиду чрезвычайно малой скорости передачи данных с аппарата на Землю, составляющей около 2000 бит в секунду, передается до сих пор. Кроме того, как показывает практика современных планетных исследований, даже при работе с гораздо более близкими автоматическими станциями, наиболее интересные открытия совершаются не в онлайн-режиме, а уже по итогам тщательного изучения отснятого материала. При этом сама станция уже может либо образовать еще один кратер на поверхности изучаемой планеты, либо уйти далеко в пространство Солнечной системы.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Недавно специалисты миссии анонсировали ряд интересных результатов, о которых мы и расскажем в этой статье. Правда, начнем с новостей, относящихся даже не к самому Плутону, а к его самому крупному спутнику - Харону.
    Автор еще помнит время, когда о самом его существовании астрономы знали только исходя из факта периодического изменения формы изображения Плутона на некоторых фотографиях, а также изменения яркости при взаимном покрытии - разрешающей способности телескопов не хватало для того, чтобы увидеть его отдельно. Понятно, что в ту пору даже размеры его можно было оценивать лишь теоретически, и уж точно никакой речи не могло идти о наблюдении каких-либо деталей на поверхности. И вот спустя несколько десятилетий телекамеры, посланные человеком, передали на Землю виды, можно сказать, из другого мира. На них взору исследователей предстают порой просто удивительные детали.
    Перед вами изображение (внизу), полученное с помощью инструмента LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) 14 июля 2015 г., с расстояния приблизительно 466000 км, когда до момента максимального сближения космического аппарата с Плутоном оставалось 9 часов 22 минуты. На врезке показана увеличенная часть восточного лимба Харона, где хорошо заметна слегка касающаяся его затененная часть гигантского разлома, получившего неофициальное название каньон Арго (Argo Chasma). Длина разлома на этом изображении, согласно оценкам, составляет приблизительно 300 км, однако, по утверждениям специалистов, он простирается по поверхности на 700 км. Для сравнения: длина Гранд-Каньона, одной из наиболее примечательных и известных достопримечательностей США, составляет только 450 км.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ: КАНЬОН АРГО

    Однако этот сюрприз оказался не единственным. По совершенно случайному стечению обстоятельств, снимок был сделан с очень удачного ракурса, позволяющего оценить не только протяженность, но и глубину каньона в северной его части, которая составляет около 9 км. Таким образом, получается, что харонский каньон даже более чем в пять раз глубже аризонского. Кроме того, в самом каньоне могут присутствовать отвесные скальные выходы, своими размерами превосходящие открытую при анализе снимков станции «Вояджер-2» скальную гряду уступ Верона (Verona Rupes) на спутнике Урана Миранде. Высота этого уступа составляет около 5 км, и пока что он считается самым высоким скальным образованием в Солнечной системе. И очень возможно, что только пока - ведь специалисты New Horisons продолжают пристально изучать полученные изображения.
    Теперь перенесемся с Харона на более мелкие луны Плутона, открытые только в 2005 г. с помощью легендарного телескопа «Хаббл».
    Обработанные данные наблюдений одной из таких лун - спутника Никты, проведенных с помощью спектрометра LEISA, предоставили убедительные доказательства того, что поверхность его покрыта водяным льдом. Аналогичные выводы были недавно сделаны и относительно состава поверхности другого спутника - Гидры. Однако этот новый результат позволяет ученым построить целостную картину образования всей системы Плутона, включающей в себя, помимо Харона, Никты и Гидры, еще две карликовые луны - Стикс и Кербер.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    По мнению научного руководителя проекта Хэла Уивера (Hal Weaver) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, вполне вероятно, что малые спутники Плутона формировались из облака обломков, образовавшегося в ранний период существования Плутона в результате его столкновений с астероидами. Таким образом, было бы вполне ожидаемо, что они все должны состоять из аналогичного материала. Сильные же признаки поглощения в спектре водяного льда на поверхности обоих спутников придают этому сценарию еще больший вес. И хотя ученым не удалось получить спектры двух самых крохотных спутников Плутона - Стикса и Кербера, их высокая общая отражательная способность является аргументом в пользу того, что, вероятно, их поверхность тоже покрыта водяным льдом.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Однако разница в глубине спектров поглощения водяного льда для Никты и Гидры ставит перед специалистами и новые вопросы. Более глубокие детали в спектре Никты, заметные на графике, являются признаком присутствия относительно крупнозернистого и чистого водяного льда: рассеяние от более мелких или же менее чистых ледяных зерен имеет тенденцию делать спектральные характеристики поглощения более размытыми. Таким образом, возникает вопрос: почему Никт и Гидра имеют разные структуры поверхностного льда, несмотря на сходные физические размеры? Еще одна загадка: почему отражательная способность поверхности Гидры в видимом диапазоне выше, чем поверхности Никта, хотя последняя, как представляется, должна быть более «ледянистая», а значит лучше отражать падающий свет.
    Наблюдения LEISA были осуществлены 14 июля 2015 г. с расстояния 60000 км с разрешением 3.7 км на пиксель.
    Ну и, наконец, опустимся на поверхность самого Плутона. Точнее - на огромные равнины азотного льда, покрывающие поверхность крупного плато, неофициально названного плато Спутник в честь советского первого искусственного спутника Земли.
    Специалисты миссии в ходе обработки снимков этого района выявили сложные, ранее не обнаруживаемые структуры на поверхности этой ледниковой равнины, поперечный размер которых варьируется в диапазоне от 15 до 50 км. Согласно предварительным оценкам, возраст этих образований составляет чуть менее одного миллиона лет.
    На левой вставке в изображении (фото внизу) показана область в центре плато. Сразу в глаза бросается ее своеобразная «клеточная» структура, напоминающая изображение живой ткани под микроскопом. На правой же вставке показана так называемая «карта рассеяния» той же самой области, образованная путем соединения двух снимков, полученных с разных ракурсов. Чем обусловлена разница в цвете различных участков поверхности? Яркие области в центре «клеток» на втором изображении преимущественно отражают солнечный свет вперед, в сторону от направления на Солнце, вероятно, потому, что имеют относительно гладкую структуру поверхности. Напротив, более темные области отражают солнечный свет обратно к Солнцу, что может свидетельствовать об их более грубой структуре. Именно этим обстоятельством и обусловлен необычный вид равнины при взгляде на нее с высоты полета межпланетной станции.

Изображения получены с помощью камеры видимого диапазона MVIC в составе прибора Ralph. Левый снимок сделан с расстояния 33 900 км от поверхности за 44 минуты до момента максимального сближения, разрешение составляет 680 м. Для формирования «карты рассеяния» использованы два изображения, полученных с расстояний 24750 км (за 29 минут до максимального сближения) и 16000 км (за 18 минут), их разрешение составляло соответственно 495 и 320 м

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    На снимке видно, что границы между ледяными ячейками во многих случаях оказываются даже более яркими и, следовательно, более гладкими, чем центры ячеек. Эта картина, по мнению Уилльяма МакКиннона (William McKinnon) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, создается за счет медленной тепловой конвекции азотных льдов, заполняющих плато Спутник. В некоторых местах на глубине слои твердого азота нагреваются скромным внутренним теплом Плутона и поднимаются вверх в виде больших сгустков, после чего, уже вблизи поверхности, охлаждаются - и снова опускаются вниз. Затем цикл повторяется. Таким образом, большая часть ледяной поверхности Плутона постоянно обновляется, и старые поверхностные льды заменяются более свежим материалом.
    Компьютерные модели показывают, что для осуществления этого процесса достаточно, чтобы толщина слоя льда составляла хотя бы несколько километров. Кроме того, согласно результатам моделирования, эти «сгустки» твердого азота могут медленно эволюционировать и сливаться на протяжении миллионов лет. Конвективные движения вышедшего на поверхность льда по направлению к внешним границам осуществляются со скоростью в среднем всего лишь несколько сантиметров в год - примерно с такой же скоростью растут ногти человека. Это означает, что «клетки» полностью обновляют свою поверхность примерно каждые 500000 лет - по геологическому масштабу времени довольно быстро.
    «Впервые мы можем определить, что эти странные рубцы на ледяной поверхности Плутона представляют собой на самом деле, - говорит Уилльям МакКиннон. - Мы нашли доказательства того, что даже на далекой холодной планете в миллиардах километров от Земли присутствует достаточное количество энергии для того, чтобы поддерживать значительную геологическую активность, до тех пор, пока у вас есть подходящий материал - мягкий и податливый, как твердый азот».
    Подробности механизма влияния конвекции на формирование поверхностных структур внутри «клеток» пока неизвестны. Гладкие равнинные участки иногда даже проникают через границы ячеек, что свидетельствуето неустойчивости и постоянном развитии конвективной системы, ячейки которой постоянно делятся и рекомбинируются.
    Научный руководитель проекта Алан Стерн (Alan Stern) из Юго-Западного исследовательского института (г. Боулдер, штат Колорадо) считает, что «плато Спутник является одним из самых удивительных геологических открытий, совершенных за 50 с лишним лет исследования планет, а открытая ледовая конвекция, пожалуй, есть одно из самых зрелищных открытий миссии New Horizons».
    «Эта конвективная активность, - продолжает МакКиннон, - вероятно, помогает поддерживать и атмосферу Плутона. И мы бы не удивились, если бы такой же процесс обнаружился и на других карликовых планетах в поясе Койпера. Будем надеяться, что когда-нибудь мы получим шанс узнать об этом в ходе будущих разведывательных миссий».
    Впрочем, и космический аппарат New Horizons может потенциально увидеть и другие, более древние, объекты по мере своего проникновения дальше в пояс Койпера. В частности, на 1 января 2019 г. планируется встреча аппарата с объектом 2014 MU69, и необходимые для этого коррекции уже выполнены. Сейчас это является серьезным аргументом для NASA в пользу продления финансирования миссии.
    И раз уж мы упомянули об атмосфере Плутона, то следует остановить внимание и еще на одном интересном изображении (снизу), полученном камерой MVIC с расстояния 21550 км спустя примерно 19 минут после момента максимального сближения New Horizons с Плутоном. Изображение снято с разрешением 430 метров, и на нем хорошо заметны уже упоминавшееся плато Спутник и горы Норгея (Norgay Montes), также, впрочем, названные пока неофициально. Но все же главная его особенность состоит в большом фазовом угле: Солнце находится практически по другую сторону от планеты, если смотреть с борта аппарата. Солнечный свет, наблюдаемый с такого ракурса, проходит через атмосферу Плутона, давая возможность лучше рассмотреть ее сложную структуру.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ: НОЧНАЯ СТОРОНА ПЛУТОНА

    На вставке в верхнем правом углу, покрывающей участок поверхности размером в 230 км, показан фрагмент полумесяца Плутона, на котором недалеко от центра заметно интригующее яркое образование размером в десятки километров в поперечнике. По версии специалистов, оно может являться низким метановым облаком. Образование таких облаков вполне допустимо с точки зрения существующих моделей атмосферы Плутона. Но если эта версия подтвердится, то обнаруженное облако станет пока единственным объектом такого класса, до сих пор идентифицированным на фотографиях.
    Вставка в правом нижнем углу, охватывающая участок размером в 750 км, более подробно показывает ночную сторону Плутона. Как удалось увидеть что-то на участке поверхности, находящемся в глубокой тени? Опять же благодаря атмосфере и специфическому ракурсу съемки, некоторые участки оказались подсвечены светом, отраженным от атмосферной дымки.
    На снимке видно, что поверхность имеет весьма пересеченный рельеф, в котором на относительно небольшом расстоянии соседствуют друг с другом и широкие долины, и остроконечные пики, а перепад высот составляет порядка 5 км. Интересен и тот факт, что полученное с близкого расстояния «ретроградное» изображение оказалось гораздо более качественным, чем снимки той же местности, принятые за несколько суток до пролета с существенно большего расстояния и, как следствие, обладающие значительно более низким разрешением. По всей видимости, это изображение может играть роль своеобразной «привязочной точки» для специалистов-планетологов.

Район северного полюса Плутона. Снимок от 14 июля 2015 г.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ: СЕВЕРНЫЙ ПОЛЮС

    По оценкам специалистов, данные с затерявшейся у границ Солнечной системы станции будут передаваться на Землю до конца текущего года, а может быть, и дольше. И весьма вероятно, что они принесут еще немало интереснейших открытий.