Азотный снег и ледяные вулканы

В холодной атмосфере Плутона преобладает азот. Атмосфера очень разреженная, давление на уровне поверхности планеты равно земному давлению на высоте 80 км над уровнем моря. Туманные слои мелких аэрозольных частиц простираются ввысь на 200 км.

Погода здесь на удивление похожа на земную, только в основе круговорота в природе лежит не вода, как на Земле, а азот. Подобно тому, как вода испаряется из океанов Земли, азот сублимируется из льдов равнины Спутника. Затем он выпадает в виде снега на восточном плоскогорье и в конце концов сползает вниз, на ледники равнины. В некоторых местах можно наблюдать признаки азотного тумана и даже облаков.

Гора Райт не похожа на большинство зубчатых гор, которые украшают поверхность Плутона. Холмистая масса с огромной центральной ямой подозрительно похожа на вулкан. Однако четырехкилометровая гора Райт и соседствующая с ней еще более высокая гора Пиккар – необычные вулканы. Они извергали не расплавленную породу, а какую-то более холодную жидкость – это могла быть вода, смешанная с другим веществом, понижающим температуру кипения.

Гора Райт – не реликвия старых дней карликовой планеты. На ее боках почти не видно кратеров – она не могла слишком долго находиться под дождем космического мусора, найденного в других местах на поверхности Плутона. Возраст ее гораздо меньше миллиарда лет; скорее всего, ей несколько миллионов лет. Что же, этот вулкан потух – или просто спит?

Дело о пропавших кратерах

На Плутоне и его большом спутнике Хароне сравнительно мало крупных кратеров. Это может поведать нам о том, как формировались планеты.

Согласно традиционной картине, небольшие тела, называемые планетезималями, появившиеся на первом этапе образования Солнечной системы, постепенно увеличивались в размерах по мере того, как маленькие камни собирались вместе. Этот процесс приводил к образованию большого количества объектов диаметром в несколько километров и некоторого количества объектов диаметром в десятки или сотни километров.

Планетезимали разных размеров время от времени должны были бомбардировать Плутон и Харон, образуя кратеры. Таким образом, относительный недостаток небольших кратеров на Плутоне, похоже, свидетельствует о нетрадиционной картине. Он поддерживает альтернативную модель, называемую аккрецией «гальки», в которой большие планетезимали формируются почти мгновенно, в то время как рои маленькой гальки, погруженные в газ, внезапно разрушаются. Это может быть жизненно важным этапом в строительстве не только маленьких ледяных миров вроде Плутона, но и ядер газовых гигантов и теплых скалистых планет, таких как Земля.

Страна каньонов

Диаметр Харона равен половине диаметра Плутона, то есть Харон – самый крупный в Солнечной системе планетарный спутник по отношению к своему «хозяину». Некоторые исследователи считают Харон и Плутон карликовыми планетами-близнецами. До полета межпланетной станции «Новые горизонты» мы подозревали, что Харон будет скучным, однообразным миром, но у него оказался красочный и разнообразный ландшафт.

К северу от экватора находится пояс трещин и каньонов, протянувшийся почти на 2000 км. Эта система трещин и каньонов в четыре раза длиннее Большого каньона и в некоторых местах в два раза глубже его. По-видимому, у Харона в прошлом были сложные периоды, когда его кора разрывалась на части.

На юге находится гладкая Равнина вулкана (Vulcan Planum). На ней меньше крупных кратеров, чем на севере, а значит, эта поверхность образовалась относительно недавно. Возможно, внутренний океан при замерзании разрушил кору, в результате чего лава вытекла на поверхность.

Ледяной рой

Кроме Плутона, за орбитой Нептуна вращаются тысячи ледяных тел. Большинство из этих транснептуновых объектов (ТНО) входят в пояс Койпера – сплющенный диск, начинающийся в 30 астрономических единицах (а. е.) от Солнца и доходящий до 50 а. е. (1 а. е. – это среднее расстояние от Земли до Солнца).

Орбиты других ТНО, более наклонные и удлиненные, образуют так называемый рассеянный диск. Считается, что здесь формируются короткопериодические кометы. Орбиты этих комет могут дестабилизироваться под действием гравитационных толчков со стороны гигантских планет. Иногда в результате этого комета забрасывается во внутреннюю часть Солнечной системы, где под жаркими лучами Солнца древний лед превращается в ярко сверкающие кому и хвост.

Один такой объект обнаружили в 2016 году. Он вращается вокруг Солнца в плоскости, наклоненной на 110 градусов к плоскости эклиптики, причем в направлении, обратном орбитальному движению планет. Команда исследователей назвала его «Нику» в честь китайского прилагательного «мятежный»: непонятно, что могло выбить его так далеко из упорядоченной плоскости Солнечной системы.

Диаметры большинства известных ТНО – от десятков до нескольких сотен километров. Зонд «Новые горизонты» должен посетить один из них, 2014 MU₆₉, в январе 2019 года. Это классический объект из так называемой холодной популяции. Объекты этой группы движутся по относительно круговым орбитам по сравнению с другими объектами пояса Койпера и имеют красноватый оттенок. Встреча межпланетной станции «Новые горизонты» с объектом 2014 MU₆₉ будет мимолетной, но она поможет понять, был ли Плутон сформирован из таких объектов. Попутно ученые надеются решить некоторые фундаментальные вопросы проблемы планетообразования. Объекты типа 2014 MU₆₉ являются представителями той области пространства, которую, начиная с момента возникновения Солнечной системы, практически не затрагивали возмущения. Поэтому эти объекты можно считать древними остатками процесса планетообразования.

Наблюдения должны помочь ответить на вопрос, почему Солнечная система устроена именно так, а не иначе. Современные модели предполагают, что газовые гиганты когда-то были сгруппированы гораздо теснее, чем сегодня, и окружены солидным диском из планетезималей. Затем что-то нарушило это уютное расположение и отбросило планеты на те позиции, которые они занимают сейчас. Внешний диск тоже встряхнуло, хотя часть его сохранилась, образовав пояс Койпера.

На что походил этот процесс – на бурную встряску или на мягкую миграцию? Чтобы ответить, нам нужно знать, насколько массивным был диск планетезималей до того, как газовые гиганты двинулись в свой путь. Узнать это мы можем с помощью объекта 2014 MU₆₉. Например, если он изрешечен ударными кратерами, это будет означать, что когда-то вокруг было множество других сталкивающихся с ним объектов. Изучая кратеры на изображениях, полученных станцией «Новые горизонты», ученые должны получить более достоверные сведения о массе диска.

Ряд обитателей пояса Койпера и рассеянного диска довольно велики и могут по праву считаться карликовыми планетами. Решением, принятым Международным астрономическим союзом, такие объекты, как Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке, уже получили статус карликовых планет; наверное, многие ТНО вскоре тоже будут признаны таковыми. У всех них есть спутники. Судя по результатам, полученным в 2016 и 2017 годах, каждый из десяти известных ТНО с диаметрами не меньше 1000 км сопровождает, по крайней мере, один спутник. Значит, у них всех было бурное прошлое и вокруг них толпилось множество небесных тел. Они отличаются по формам и цветам. Хаумеа, например, похожа по форме на вытянутый эллипсоид («дыню»). У Хаумеа есть кольцо. Может быть, некоторые из этих смутно видимых миров так же сложны и активны, как Плутон?

Рис. 4.1. Перед тем, как замолчать навеки, зонд «Новые горизонты» направляется в пояс Койпера, чтобы выполнить последнее задание – встретиться с объектом 2014 MU₆₉, оставшимся в первозданном виде с сотворения Солнечной системы.