|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Визуальные характеристики и строение
См. также: Список деталей рельефа Плутона Звёздная величина Плутона составляет в среднем 15, 1, а в перигелии достигает 13, 65[2]. Для наблюдений Плутона необходим телескоп, желательно с апертурой не менее 30 см[67]. Даже в очень большие телескопы Плутон виден как точка (неотличим от обычной звезды), поскольку его угловой диаметр не превышает 0, 11″. Цвет у него светло-коричневый[68]. Расстояние до Плутона и возможности современных телескопов не позволяют получить качественные снимки его поверхности. На фотографиях, сделанных космическим телескопом «Хаббл», видно лишь основные детали альбедо[69]. Первыми картами Плутона были карты яркости, созданные по наблюдениям затмений Плутона его спутником Хароном, происходивших в 1985—1990 гг.[70] Метод основан на том, что затмение яркого участка поверхности даёт большее падение видимой яркости, чем затмение тёмной. Поэтому компьютерная обработка наблюдений изменений яркости при затмениях даёт возможность закартировать альбедо обращённого к Харону полушария Плутона. На этих картах тоже видно только основные детали альбедо, в частности, прерывистую тёмную полосу южнее экватора[71].
Карта с предварительными названиями крупных деталей поверхности (эти имена не утверждены рабочей группой по номенклатуре планетной системы МАС, поэтому могут измениться)
Детальная карта поверхности Плутона[72]
Горная система на юго-западе области Томбо. Фото с расстояния 77 000 км Поверхность Плутона очень неоднородна. Это видно даже на снимках, сделанных телескопом «Хаббл», а позже было подтверждено намного лучшими фотографиями зонда New Horizons. Альбедо разных участков его поверхности варьирует от 10 до 70 %, что делает его вторым по контрастности объектом Солнечной системы после Япета[3]. Эта неоднородность приводит к периодическому изменению при вращении Плутона его блеска (переменность достигает 0, 3m — 30 %[73]) и спектра. Последнее дало возможность узнать, что азота и монооксида углерода больше на стороне, обращённой от Харона (180° в. д., где находится «сердце Плутона»), а метана больше всего в окрестностях 300° в. д.[74]. Плотность Плутона составляет 1, 860 ± 0, 013 г/см3[3]. Вероятно, его недра на 50—70 % состоят из камня и на 50—30 % — изо льда, в основном водяного. Он там может существовать в модификациях лёд I, лёд II, лёд III, лёд V и лёд VI[75]. Если тепла от распада радиоактивных элементов хватило на отделение льда от камня, то недра Плутона дифференцированы — плотное каменное ядро окружено мантией изо льда, толщина которой составляет около 300 км[75]. Не исключено, что этого тепла хватило и на создание под поверхностью океана жидкой воды[76]. При её замерзании могли появиться наблюдаемые следы растяжения поверхности — грабены и уступы[77]. Спектральные данные показывают, что водяной лёд есть и на поверхности Плутона, но его по большей части маскирует покров из более летучих льдов[3][78], в основном азотного (97—98 %). Кроме того, обнаружены замёрзшие метан (по разным оценкам, 1, 5[73] или 3 %[79]) и монооксид углерода (0, 01[64] или 0, 5 %[73]), а также примеси других соединений (в основном образующихся из метана и азота под действием жёсткого излучения). Это, в частности, этан и, вероятно, более сложные углеводороды или нитрилы[64][80], а также толины, придающие Плутону (как и некоторым другим далёким от Солнца телам) коричневатый цвет[3]. Среди перечисленных веществ азот, монооксид углерода и, в меньшей степени, метан отличаются существенной летучестью в условиях Плутона и способны к сезонным перемещениям по поверхности[74][78][81]. В 2015 году по изображениям с АМС «Новые горизонты» на Плутоне обнаружены обширная светлая зона в форме символа сердца размером 1800× 1500 км; в экваториальной зоне — резко возвышающиеся над в целом сглаженной ледяной поверхностью 3, 5-километровые горы, состоящие, предположительно, из водяного льда, и много других деталей поверхности[3]. Им были даны предварительные имена (по состоянию на июнь 2016 года эти имена не утверждены рабочей группой по номенклатуре планетной системы МАС, поэтому могут измениться). Самый примечательный геологический объект, обнаруженный на Плутоне[82], — равнина Спутника. Это впадина размером больше 1000 км, занимающая 5 % его поверхности, — вероятно, сильно разрушенный ударный кратер. Она заполнена замёрзшими газами (в основном азотом) и пересечена множеством борозд, которые делят её на ячейки размером в десятки километров. Их интерпретируют как результат конвекции в текучем азотном льде. Водяной же лёд при температурах Плутона очень прочный; по-видимому, именно из него состоят окружающие равнину горы высотой до 5 км. Он легче азотного и может образовывать плавающие в нём айсберги. Вероятно, такими айсбергами и являются мелкие тёмные холмы, которых немало в упомянутых бороздах. Предполагается, что подобные мелкие блоки водяного льда под действием конвекции могут плавать по всей равнине, тогда как большие — угловатые горы, расположенные по её краям, — лишь немного смещаются и поворачиваются (судя по их виду, они могут быть фрагментами когда-то целостного покрова)[83][84]. Компьютерное моделирование показывает, что скорость льда на поверхности равнины измеряется сантиметрами в год[82]. Детали поверхности Плутона должны получать названия согласно шести темам, утверждённым Международным астрономическим союзом в феврале 2017 года[85]:
Масса и размеры
Земля и Луна в сравнении с Плутоном и Хароном Сначала астрономы, полагая, что Плутон и есть та самая «Планета X» Лоуэлла, пытались вычислить его массу на основе его предполагаемого воздействия на орбиту Нептуна и Урана. Сам Лоуэлл в 1915 году предсказывал массу 6, 6 земных. В 1931 году считалось, что масса Плутона близка к массе Земли, а дальнейшие расчёты к 1971 году позволили понизить эту оценку на порядок, примерно до массы Марса[44] (такая же оценка была получена в 1950 году в ходе попыток измерить его угловой диаметр[45]). В 1976 году астрономы из Гавайского университета обнаружили в спектре Плутона признаки метанового льда. Это указывало на его большое альбедо, а оно, в свою очередь, — на малый размер и, соответственно, массу в несколько тысячных земной[44][46][86]. Открытие в 1978 году спутника Плутона — Харона — позволило измерить их общую массу, используя третий закон Кеплера[47]. Дальнейшие исследования позволили определить массу Плутона и Харона по отдельности. Современное значение массы Плутона — (1, 303 ± 0, 003)⋅ 1022 кг[3], что составляет 0, 22 % массы Земли. До 1950 года считалось, что по диаметру Плутон близок к Марсу (то есть около 6700 км), ввиду того, что если бы Марс был на таком же расстоянии от Солнца, то он тоже имел бы 15 звёздную величину. В 1950 Дж. Койпер измерил при помощи телескопа с 5-метровым объективом угловой диаметр Плутона, получив значение 0, 23″, которому соответствует диаметр в 5900 км[45]. В 1963 году Холидей (Ian Halliday) предложил метод оценки диаметра Плутона на основании наблюдения из нескольких обсерваторий покрытия им звезды. Расчёты показали, что в ночь с 28 на 29 апреля 1965 года Плутон должен был покрыть звезду 15-й величины с экваториальными координатами: прямое восхождение — 11 ч 23 мин 12, 1 с, склонение — 19°47’32" (1950)[87][комм. 7], если бы его диаметр был равен определённому Койпером. Двенадцать обсерваторий следили за блеском этой звезды, но он не ослабел. Так было установлено, что диаметр Плутона не превосходит 5500 км. В 1978 году, после открытия Харона, диаметр Плутона был оценён как 2600 км. Позднее наблюдения за Плутоном во время затмений Плутона Хароном и Харона Плутоном в 1985—1990 годах[70] позволили установить, что его диаметр равен 2290±92 км[88]. В 2007 году диаметр Плутона был определён в 2322 км[89], в 2014 году — в 2368±8 км[90]. В 2015 году на основе данных АМС «Новые Горизонты» было получено значение 2374±8 км[3]. Соответственно, площадь поверхности Плутона составляет 17, 7 млн км², что ненамного больше площади современной Российской Федерации (и меньше площади СССР)[91]. Заметной сплюснутости у него нет (по крайней мере, она не превышает 1 %, то есть экваториальный радиус отличается от полярного не более чем на 12 км)[3].
Плутон (справа внизу) в сравнении с крупнейшими спутниками Солнечной системы (слева направо и сверху вниз): Ганимед, Титан, Каллисто, Ио, Луна, Европа и Тритон Плутон уступает по размерам и массе не только большим планетам Солнечной системы, но и некоторым их спутникам. Он меньше семи спутников: Ганимеда, Титана, Каллисто, Ио, Луны, Европы и Тритона. Масса Плутона меньше массы Луны почти вшестеро (и в 480 раз меньше массы Земли), его диаметр составляет 2/3 диаметра нашего естественного спутника. Но он в 2, 5 раза крупнее и в 14 раз массивнее Цереры, самого большого тела пояса астероидов. Среди известных транснептуновых объектов Плутон — крупнейший в диаметре, но по массе он на четверть уступает карликовой планете Эриде из рассеянного диска[10][11]. Атмосфера
Ночная сторона Плутона. Видно атмосферу, подсвеченную лучами Солнца. Фото New Horizons, цвета приближены к настоящим. Атмосфера Плутона была обнаружена в 1985 году при наблюдении покрытия им звезды[92]. Если у покрывающего объекта нет атмосферы, свет звезды исчезает довольно резко, а в случае с Плутоном — постепенно. Окончательно наличие атмосферы было подтверждено в 1988 году интенсивными наблюдениями нового покрытия[7][93]. Атмосфера Плутона очень разрежена и состоит из газов, испаряющихся из поверхностного льда. Это азот с примесью метана (около 0, 25 %[3]) и угарного газа (около 0, 05–0, 1%[94][95]). Под действием жёсткого излучения из них образуются более сложные соединения (например, этан, этилен и ацетилен), постепенно выпадающие на поверхность. Вероятно, именно их частицы образуют лёгкую слоистую дымку, достигающую высот > 200 км[3][96][97][98]. Давление атмосферы Плутона очень мало и сильно меняется со временем, причём неожиданным образом. Из-за эксцентричности орбиты в афелии Плутон получает почти втрое меньше тепла, чем в перигелии, и это должно приводить к сильным изменениям в его атмосфере. По некоторым прогнозам, в афелии она большей частью замерзает и выпадает на поверхность, а её давление уменьшается во много раз[7]. Но наблюдения покрытий Плутоном звёзд показывают, что с 1988 до 2015 года это давление выросло примерно втрое, хотя с 1989 года Плутон удаляется от Солнца[99][100][101][102]. Вероятно, это связано с тем, что в 1987 году северный (точнее, положительный) полюс Плутона впервые за 124 года вышел из тени, что способствовало испарению азота из полярной шапки[93][103]. В 2015 году измерения зонда «Новые горизонты» показали, что поверхностное давление составляет около 10–5 атм (1 Па). Это согласуется с наблюдениями покрытий за предыдущие несколько лет[96], хотя некоторые расчёты указывали на то, что данные покрытий соответствуют значительно большему давлению (определение поверхностного давления по наблюдениям покрытий сопряжено с некоторыми трудностями)[3][104]. Температура поверхности Плутона растёт с высотой (3–15° на километр). Средняя температура поверхности — 50 К (-223, 15 Ц), а средняя по атмосфере — на 40° больше (данные 2008 года). Это результат парникового эффекта, вызванного метаном[8][105][106][107]. Взаимодействие с атмосферой существенно влияет на температуру поверхности Плутона. Расчёты показывают, что она, несмотря на очень низкое давление, способна эффективно сглаживать суточные перепады этой температуры[101]. Участки поверхности, где возгоняется азотный лёд, охлаждаются (подобно охлаждению при испарении воды) на величину до 20°[7]. Спутники Основные статьи: Спутники Плутона, Кольца Плутона
Плутон и три из пяти его известных спутников У Плутона известно пять естественных спутников, один из которых — Харон — намного больше остальных. Он был открыт в 1978 году Джеймсом Кристи, а остальные — значительно позже с помощью телескопа «Хаббл». Никту и Гидру обнаружили в 2005 году[16], Кербер — в 2011[17], Стикс — в 2012[19]. Все они обращаются по почти круговым орбитам примерно в экваториальной плоскости Плутона в ту же сторону, что и он вокруг своей оси[3]. Ближайший к Плутону спутник — Харон; дальше идут Стикс, Никта, Кербер и Гидра. Все они близки к орбитальному резонансу: периоды их обращения соотносятся примерно как 1: 3: 4: 5: 6. Три спутника — Стикс, Никта и Гидра — действительно находятся в резонансе с соотношением периодов 18: 22: 33[108]. Спутниковая система Плутона интересна тем, что занимает очень малую часть возможного объёма. Максимальный возможный радиус стабильных орбит для его проградных спутников оценивают в 2, 2 млн км (для ретроградных — ещё больше)[109], но фактически радиус орбиты известных спутников Плутона не превышает 3 % этой величины (65 000 км). Харон вращается синхронно с Плутоном, а другие спутники — нет: периоды их осевого вращения намного меньше орбитальных, а оси вращения сильно наклонены к осям Плутона и Харона[110]. Все 4 маленьких спутника Плутона имеют неправильную форму и неожиданно яркие (геометрическое альбедо около 0, 6, а у Гидры — даже 0, 8). Это существенно больше, чем у Харона (0, 38) и большинства других небольших тел пояса Койпера (около 0, 1); вероятно, они покрыты довольно чистым водяным льдом[3][110][111][112]. Съёмка системы Плутона аппаратом «Новые горизонты» позволила определить предельные размеры неоткрытых спутников. Установлено, что на расстояниях до 180 000 км от Плутона нет спутников размером > 4, 5 км (для меньших расстояний эта величина ещё меньше). При этом предполагается альбедо 0, 38, как у Харона[3]. Открытие маленьких спутников Плутона позволило предположить наличие у него системы колец, образованных выбросами от ударов в эти спутники метеоритов[113]. Но ни по данным «Хаббла»[113], ни по данным «Новых горизонтов» никаких признаков колец найти не удалось (если они и существуют, то настолько разрежены, что их геометрическое альбедо не превышает 1, 0⋅ 10− 7)[3].
Обращение Харона вокруг Плутона. Снимок АМС «Новые горизонты», июль 2014 года Харон Основная статья: Харон (спутник) Сообщение об открытии Джеймсом Кристи первого спутника Плутона было опубликовано Международным астрономическим союзом 7 июля 1978 года. Его временным обозначением стало 1978 P 1[114], а 3 января 1986 года МАС утвердил[115] для него имя Харона — перевозчика душ умерших через Стикс. Его диаметр составляет 1212±6 км (чуть больше половины диаметра Плутона), а масса — 1/8 массы Плутона. Это очень большие соотношения (для сравнения, масса Луны составляет 1/81 земной, а у остальных планет масса всех спутников не составляет и тысячной доли массы планеты). Расстояние между Плутоном и Хароном (точнее, большая полуось орбиты Харона относительно центра Плутона) — 19 596 км[3]. В период с февраля 1985 года по октябрь 1990 года наблюдались чрезвычайно редкие явления: попеременные затмения Плутона Хароном и Харона Плутоном. Они происходят, когда восходящий или нисходящий узел орбиты Харона оказывается между Плутоном и Солнцем, а такое случается примерно каждые 124 года. Поскольку период обращения Харона — чуть меньше недели, затмения повторялись каждые трое суток, и за пять лет произошла большая серия этих событий[70]. Эти затмения позволили составить «карты яркости» и получить хорошие оценки радиуса Плутона (1150—1200 км) и Харона[116].
В одном масштабе системы Земля — Луна и Плутон — Харон с обозначениями положения барицентров Барицентр системы Плутон—Харон находится вне поверхности Плутона, поэтому некоторые астрономы считают Плутон и Харон двойной планетой. Такой вид взаимодействий крайне редко встречается в Солнечной системе, уменьшенным вариантом такой системы можно считать астероид (617) Патрокл[117]. Кроме того, эта система необычна синхронным вращением обоих тел: и Харон, и Плутон всегда повёрнуты друг к другу одной и той же стороной. Таким образом, если смотреть с одной стороны Плутона, Харон виден всегда (и не движется по небу), а с другой стороны не виден никогда. Точно так же виден Плутон с Харона[91]. Особенности спектра отражаемого света приводят к заключению, что Харон покрыт водным льдом, а не метаново-азотным, как Плутон. В 2007 году наблюдения обсерватории Джемини позволили обнаружить на Хароне участки с гидратами аммиака и водяными кристаллами, что позволяет предположить наличие там криогейзеров[118]. Согласно проекту Резолюции 5 XXVI Генеральной ассамблеи МАС (2006) Харону (наряду с Церерой и Эридой) предполагалось присвоить статус планеты. В примечаниях к проекту резолюции указывалось, что в таком случае система Плутон—Харон будет считаться двойной планетой. Однако в итоге приняли иное решение: Плутон, Цереру и Эриду отнесли к новому классу карликовых планет, а Харон не попал даже в их число, поскольку является спутником.
В июне 2016 года были опубликованы результаты исследования центра НАСА, согласно которым на поверхности Харона могут скрываться крупные залежи графита[119]. Гидра и Никта Основные статьи: Гидра (спутник), Никта (спутник)
Гидра
Никта
Схематическое изображение системы Плутона. P1 — Гидра, P2 — Никта Эти спутники были открыты вместе на снимках, сделанных космическим телескопом «Хаббл» 15 и 18 мая 2005 года. Об открытии было объявлено 31 октября 2005 года[16][120]. Спутники получили временные обозначения S/2005 P 1 и S/2005 P 2, а 21 июня 2006 года МАС официально назвал их Гидра (или Плутон III, более далёкий спутник) и Никта (Плутон II, более близкий) соответственно[121]. Обращаются они в 2—3 раза дальше, чем Харон: радиус орбиты Никты — 49 тыс. км, а Гидры — 65 тыс. км[3]. Они находятся в орбитальном резонансе: за время трёх оборотов Никты Гидра делает два[108]. Размер Гидры — 43× 33 км, а Никты — 54× 41× 36 км. Их масса точно не известна; грубая оценка — 0, 003 % массы Харона (0, 0003 % массы Плутона) у каждой. На их поверхности видно отдельные кратеры. Разные области отличаются яркостью, а у Никты — и цветом: там обнаружена тёмная красноватая область, окружающая крупный кратер[3][110]. Кербер и Стикс Основные статьи: Кербер (спутник), Стикс (спутник) В июне 2011 года телескопом «Хаббл» был обнаружен ещё один спутник Плутона — S/2011 (134340) 1, S/2011 P 1, или Р4; об открытии было объявлено 20 июля 2011[17]. 2 июля 2013 года он получил имя Кербер[122]. Его размер, как выяснилось впоследствии, составляет около 12× 4, 5 км[111], а расстояние от Плутона — 58 тысяч км[3]. 11 июля 2012 года было объявлено об открытии с помощью того же телескопа пятого спутника Плутона[19]. Его временным обозначением стало S/2012 (134340) 1 или Р5, а 2 июля 2013 года он получил имя Стикс[122]. Его размер — 7× 5 км[112], а расстояние от Плутона — 42 тысячи км[3]. |
||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 230; Нарушение авторского права страницы
