Уважаемые посетители! В 2020 году, исполнилось 90 лет со времени открытия Плутона, единственной на данный момент планеты, которую еще не посещали космические аппараты. Почти полвека мы практически ничего не знали о самой далекой планете Солнечной системы. Только с открытием спутника Плутона Харона в 1977 году удалось точно определить его массу, а снимки космического телескопа "Хаббл" позволили рассмотреть некоторые детали его поверхности. Вниманию посетителей сайта предлагается статья о Плутоне В.А. Бронштэна - замечательного исследователя планет Солнечной системы.

18 февраля 1930 года молодой ассистент обсерватории Ловелла во Флагстаффе (США) К. Томбо обнаружил девятую планету Солнечной системы - Плутон. Довольно скоро астрономы определили элементы орбиты новой планеты: эксцентриситет 0,25, наклон к эклиптике - 17° (у Меркурия 7°, у остальных планет менее 3°), расстояние от Солнца примерно 39,4 а. е., период обращения - 248 лет.

Открытие Плутона не было случайным. Еще за четверть века до этого известный американский астроном П. Ловелл (1855-1916) начал изучать остававшиеся после открытия Нептуна отклонения в движении Урана. Ловелл приписывал их воздействию на Уран некоей "планеты X", находящейся за орбитой Нептуна. Расчеты и первый этап поисков этой планеты завершились в 1916 году безрезультатно. В 1929 году К. Томбо возобновил поиски и 18 февраля 1930 года нашел планету всего в 3° от положения, предсказанного Ловеллом.

Орбита Плутона отличалась от вычисленной орбиты "планеты X", но меньше, чем, скажем, орбита Нептуна от орбит, рассчитанных У. Леверье и Дж. Адамсом (так, у орбиты Плутона большая полуось была лишь на 3,5 а. е. меньше расчетной, а в случае с Нептуном расхождения достигали 7 а. е.). Чтобы отметить роль Ловелла в открытии Плутона, сообщение о новой планете было задержано до 13 марта-дня 75-летия Ловелла, а самой планете было присвоено обозначение Е , что представляет собой монограмму не только из первых двух букв названия планеты, но и из инициалов Персиваля Ловелла. И все же был ли Плутон "виновником" тех отклонений в движении Урана, которыми руководствовались в поисках планеты Ловелл и Томбо?

МАССА И РАЗМЕРЫ

Длительное время считали, что размеры и масса Плутона близки к земным, хотя никаких оснований для этого не было. В первом издании справочника К. Аллена "Астрофизические величины" (1955 г.) приведены; радиус Плутона 7200 км, а масса - 0,9 массы Земли. Это значение массы фигурировало в справочниках до 1968 года.

Но еще в 1950 году известный американский астроном Дж. Койпер на крупнейшем в то время 5-метровом телескопе обсерватории Маунт Паломар измерил видимый диаметр Плутона. Ему соответствовал линейный диаметр 5900 км, а с учетом некоторых поправок - даже 4900 км. При массе в 0,9 массы Земли и таких значениях диаметра получались совершенно нереальные значения средней плотности Плутона - 50 и 90 г/см3. В ночь с 28 на 29 апреля 1965 года представился случай проверить измерение Койпера. Путь Плутона по небу проходил вблизи звезды 15-й величины, и, если бы его диаметр превосходил 4400 км, он закрыл бы ее, хоть на мгновение. Но наблюдения на двенадцати обсерваториях мира не обнаружили эффекта покрытия. Значит, измерение Койпера было близко к истине. Плутон мог быть только меньше, но никак не больше полученного им значения диаметра. Но это означало, что оценка массы Плутона неверна, она должна быть по крайней мере в 10-20 раз меньше принятой величины. Чему же она равна?

Американские астрономы Р. Данкомб, П. Сейдельман и другие провели громадную работу по учету возмущений в движении Нептуна, вызываемых, как они полагали, Плутоном. Обработав свыше 5000 наблюдений Нептуна, они сначала получили массу Плутона, равную 0,18, а затем 0,11 массы Земли. Но даже при последнем значении массы и диаметре 4400 км плотность девятой планеты получалась 15 г/см3, что опять-таки было нереально.

Точно определить массу Плутона удалось лишь недавно. 22 июня 1978 года американский астроном Дж. Кристи с помощью 155-сантиметрового рефлектора Морской обсерватории США во Флагстаффе открыл у Плутона спутник, названный Хароном. Расстояние между планетой и ее спутником невелико-лишь 20000 км, период его обращения в точности равняется периоду вращения Плутона - 6,39 суток. Этих данных было достаточно, чтобы по третьему закону Кеплера найти массу Плутона. Она составляет всего-навсего 0,002 массы Земли, то есть в 6 раз меньше массы Луны.

Теперь становится понятно, почему усилия Р. Данкомба и его коллег определить массу Плутона из возмущений в движении Нептуна были заранее обречены на неудачу. При такой ничтожной массе Плутон не мог оказать заметных возмущений на движение Нептуна, тем более что из-за соизмеримости их периодов обращения вокруг Солнца обе планеты никогда не сближаются теснее, чем на 18 а. е. Даже к Урану Плутон подходит ближе- на 14 а. е.

Малая масса Плутона давно уже породила серию гипотез, пытающихся разрешить противоречие между данными небесно-механических расчетов и оценками массы Плутона. Так, еще в 40-е годы было высказано предположение, что Плутон - самый большой объект из гипотетического пояса астероидов, расположенного за орбитой Нептуна. Суммарная масса астероидов этого пояса может во много раз превышать массу Плутона и вызывать заметные возмущения в движении Урана и Нептуна. Известна гипотеза о существовании еще одной-десятой планеты Солнечной системы. Ее искали (особенно долго и упорно - К. Томбо), но безуспешно.

Вернемся к реальному Плутону, оставив на время гипотезы. Чтобы составить хотя бы приблизительное представление о строении планеты, надо определить ее плотность, а для этого необходимо измерить диаметр. Такую же информацию требовалось получить и о вновь открытом спутнике Плутона - Хароне. На все это ушло немногим больше двух лет. Задачу измерения диаметра Плутона решили английские астрономы С. Арнольд и А. Боксенберг и американский астроном У. Сарджент с помощью метода спекл-интерферометрии. Диаметр планеты равен 3000 км, если диск Плутона фотометрически однороден, и 3600 км, если он имеет заметное потемнение к краю. Так или иначе, Плутон сравним по размерам с Луной. Это значит, что именно Плутон, а не Меркурий-самая маленькая из больших планет Солнечной системы.

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ПЛУТОН?

До сих пор считалось, что наименьшей плотностью в Солнечной системе обладает Сатурн (0,7 г/см³). Но сравните приведенные выше результаты: размеры Плутона такие же, как у Луны, а масса в 6 раз меньше. Это значит, что плотность Плутона может составлять от 0,5 г/см³ (если диаметр Плутона 3600 км) до 0,8 г/см³ (если его диаметр равен 3000 км). Так что пока неизвестно, какая из планет имеет наименьшую плотность: Сатурн или Плутон. Однако уже ясно, что Плутон состоит в основном из рыхлых льдов, образованных замерзшими летучими веществами, входившими некогда в первичное околосолнечное облако.

Прежде чем продолжить наш рассказ о Плутоне, следует подчеркнуть важное отличие его внутреннего строения от строения планет-гигантов. Планеты-гиганты снаружи имеют газовую оболочку, под которой находится слой жидкого молекулярного водорода, еще ниже - слой водорода, перешедшего в металлическое состояние, и наконец, глубоко внутри - небольшое ядро из твердых. Плутон, скорее всего, весь состоит из рыхлого льда, поскольку давление в его центре из-за малой массы сравнительно невелико и не влияет существенно на изменение строения его вещества с глубиной. Впрочем, модель внутреннего строения Плутона еще предстоит построить на основе точных математических расчетов.

Подобное представление о Плутоне дополняют и астрономические наблюдения. Еще в 1976 году американский астроном Д. Крукшенк со своими коллегами, изучая спектр отражения Плутона, заподозрил наличие на его поверхности метанового инея. Совсем недавно, в 1980 году, Ю. Финк (США) обнаружил в спектре Плутона полосы поглощения метана, что как будто говорило в пользу существования у этой планеты метановой атмосферы. Но здесь возникают два возражения. Во-первых, при такой массе и размерах ускорение силы тяжести на поверхности Плутона должно быть в 30-40 раз меньше, чем на поверхности Земли, и вряд ли он сможет удержать заметную атмосферу. По оценке Ю. Финка, давление атмосферы Плутона в 6700 раз меньше давления земной атмосферы, то есть оно таково, как у нас на высоте 63 км. Но даже такую разреженную атмосферу в условиях Плутона удержать трудно.

Во-вторых, температура поверхности Плутона (без учета атмосферы) крайне низкая- около 45 К. Это гораздо ниже точки замерзания метана (89 К). Поэтому трудно ожидать, чтобы существенное количество метанового инея перешло в газообразное состояние. Более тщательное изучение этого вопроса американскими астрономами Д. Хантеном и А. Уотсоном с учетом реальной термической структуры и теплового баланса атмосферы Плутона показало, однако, что она устойчива и стабильна. Более того, атмосфера создает заметный парниковый эффект, так что температура поверхности Плутона равна 58 К вместо 45 К.

Зная размеры Плутона и его блеск, можно рассчитать его альбедо (отражательную способность). При диаметре 3000 км оно равно 0,32. Это значение слишком низко для сплошной ледяной поверхности, поэтому разумнее предположить, что лед покрывает поверхность планеты лишь частично, а другая часть покрыта более темным веществом. Каким? Скальными породами? Но этому противоречит низкая средняя плотность планеты. Скорее, темное вещество - это мелкая пыль силикатного состава, вкрапленная в метановый лед. Возможно, строение поверхности Плутона напоминает немного ядра комет, также состоящие из загрязненного льда.

СПУТНИК ПЛУТОНА-ХАРОН

Поскольку период обращения Харона в точности равен периоду вращения Плутона, на небе Плутона спутник висит неподвижно в одной и той же точке, положение которой зависит от координат воображаемого наблюдателя. Вероятнее всего, Харон обращен к Плутону одной стороной, как Луна к Земле. Видимый диаметр диска Харона на небе Плутона в 9 раз больше, чем диск Луны.

Первые определения диаметра Харона дали значение около 1000 км, последующие- 1300 км. 6 апреля 1980 года Плутон проходил очень близко от звезды 12-й величины. В 23 часа 39 минут Всемирного времени произошло покрытие звезды, продолжавшееся 50 секунд. Но закрыл звезду не Плутон, а Харон, потому что в этот момент звезда была на расстоянии 1" от края диска Плутона (угловой диаметр Плутона равнялся 0,14"). Отсюда следует, что диаметр Харона никак не меньше 1200 км.

Сотрудники Морской обсерватории США определили положение орбиты Харона. Она наклонена на 65° к плоскости орбиты Плутона, а если учесть, что направление вращения Плутона вокруг собственной оси противоположно обращению планеты вокруг Солнца, то этот угол следует принять равным 115°. При условии, что плотность Харона равна плотности Плутона, отношение масс планеты и спутника в этой системе равно 12, против 81 в системе Земля-Луна. Таким образом, система Плутона предлагает нам еще один рекорд: наибольшее в Солнечной системе отношение массы спутника к массе своей планеты,

Французские астрономы Д. Бонно и Р. Фуа с помощью спекл-интерферометра, установленного на 3,6-метровом рефлекторе обсерватории Мауна Кеа на Гавайях, разделили изображения Плутона и Харона и определили, что альбедо Харона равно 0,2. При таком альбедо Харон с поверхности Плутона должен выглядеть большим, но довольно тусклым диском. Ведь освещенность его Солнцем даже в перигелии в 900 раз слабее, чем освещенность Луны. Но поскольку альбедо Харона в 3 раза больше, чем альбедо Луны, яркость его поверхности не в 900, а только в 300 раз меньше яркости поверхности Луны. Освещенность от Харона во время "полнохарония" на поверхности Плутона из-за больших видимых размеров его диска будет лишь в 4-5 раз меньше освещенности от полной Луны.

СТРАННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БЛЕСКА

Еще в середине 50-х годов были установлены периодические изменения блеска Плутона. Их период составлял 6,39 суток, который американские астрономы М. Уокер и Р. Харди правильно объяснили вращением планеты. Вызывает удивление характер этих колебаний:

медленный рост блеска планеты, занимающий 0,7 периода, сменяется быстрым спадом. Спустя 10 лет характер колебаний блеска Плутона не изменился, но... Плутон стал- на 0,1 звездной величины слабее, хотя за это время он приблизился к Солнцу и к Земле, а значит, должен был, наоборот, стать ярче. К 1971 году Плутон ослабел еще на 0,1 звездной величины. Итак-перед нами две новых загадки далекой планеты.

Изменение блесна Плутона в 1953-1955 и в 1964 году. Заметно понижение яркости Плутона за 10 лет (по данным Р. Харди) Впрочем, асимметрию кривой блеска Плутона можно объяснить своеобразным расположением более светлых и более темных (загрязненных пылью) областей на его поверхности. С одной стороны, они сменяют друг друга постепенно, а с другой - между ними лежит как бы резкая граница.

Роль Харона в этих колебаниях блеска незначительна. Харон примерно в 5 раз (на 1,6 звездной величины) слабее Плутона, и в случае затмения общий блеск Плутона и Харона упадет на 20%, то есть на 0,25 звездной величины. Скорость Харона на его орбите составляет 0,23 км/с, поэтому заход диска Харона за Плутон (частная фаза затмения) будет продолжаться 1,6 часа, полное затмение- до двух часов, но, может быть, и меньше, в зависимости от взаимного расположения обоих тел.

Как же объяснить, что с приближением к Солнцу и к Земле Плутон темнеет? Видимо, единственное разумное объяснение этого - испарение метановых льдов. С приближением к Солнцу на Плутоне повышается температура, хотя и незначительно. За последние 30 лет Плутон приблизился к Солнцу на 7 а. е., приток солнечного тепла к поверхности планеты возрос в 1,5 раза, но... это должно вызвать на Плутоне "потепление" всего на 4-5°. Вместо 40 будет 45 К. Вряд ли это приведет к существенному испарению метановых льдов с его поверхности. Более низкие температуры замерзания", чем у метана имеют азот (63 К) и кислород (55 К). Однако пока никаких признаков присутствия азотного и кислородного льдов на Плутоне не обнаружено. Так отчего же тогда темнеет поверхность? Загрязнение в результате выпадения метеоритной пыли? Почему же это происходит именно теперь? Ведь Плутон сейчас расположен на 17° севернее эклиптики, то есть удален от основной плоскости планетных орбит (где можно ожидать сгущения межпланетной пыли) на 13,5 млн. км.

Авторские права на материалы, размещенные на странице, принадлежат авторам статей. Все права защищены и охраняются законом. При использовании материалов конкретно с данной страницы - ссылка на нее обязательна.

Сopyright 2002-2023 © Сайт "Галактика"•Проект "Астрономическая энциклопедия"•Идея, дизайн, хостинг, веб-мастер сайта - Кременчуцкий Александр, Москва.