Фотография Плутона, сделанная космическим аппаратом Новые Горизонты. Фото: NASA
Тонкая оболочка воздуха карликовой планеты генерируется испарением поверхностных льдов, что приводит к образованию азота и небольшого количества метана и других газов. Это испарение вызвано солнечным светом, интенсивность которого сильно варьируется во время эллиптического 248-летнего похода Плутона вокруг Солнца.
Многие ученые считают, что атмосфера Плутона резко возрастает в ближайшей точке к Солнцу и резко уменьшается, вероятно, даже полностью разрушаясь, когда Плутон находится дальше всего от Солнца. Однако недавно опубликованные результаты, основанные на наблюдениях, проведенных стратосферной обсерваторией инфракрасной астрономии NASA (SOFIA), могут заставить ученых переосмыслить подобные представления. SOFIA - модифицированный самолет Boeing 747, оснащенный телескопом шириной почти 2.7 метров.
«Теперь мы задаемся вопросом, не собирается ли атмосфера Плутона разрушиться в ближайшие годы? Однако, она может быть более устойчивой, чем мы думали», - сказал в своем заявлении ведущий автор исследования Майкл Перс, директор Уоллесской астрофизической обсерватории Массачусетского технологического института.
Большая часть того, что мы знаем об этой атмосфере и о самом Плутоне, предоставлена миссией NASA «Новые горизонты», которая промчалась рядом с карликовой планетой в июле 2015 года.
Пылевидный слой дымки показывает синее сияние, запечатленное камерой MVIC на аппарате Новые Горизонты. Полагают, что формирование напоминает то, что видели на спутнике Сатурна Титане. Источником может служить активированные солнечными лучами химические реакции между азотом и метаном. Это вызывает создание небольших сажеподобных частичек (толины), которые растут при сближении с поверхностью. Для снимка использовали программное обеспечение, учитывающее сведения синих, красных и ближних ИК-изображений, чтобы создать цвет, доступный человеческому глазу.
За две недели до этого грандиозного пролета SOFIA взглянула на атмосферу Плутона с гораздо большей дистанции, изучая карликовую планету, проходящую перед далекой звездой. Инструмент смотрел на то, как звездный свет проходил через атмосферу Плутона.
Эта «окклюзия» была видна всего 2 минуты и только с небольшого участка Тихого океана возле Новой Зеландии. Изначально SOFIA находилась в положении достаточно долго, но самолет должен был скорректировать курс всего за два часа до события, когда обновленные прогнозы показали, что слабая тень фактически пройдет на 320 километров дальше к северу, чем предполагалось ранее.
«Для захвата этой тени потребовалось немного борьбы. Преимущество SOFIA в том, что она мобильна, но пересмотренный план полета должен был быть очищен с помощью управления воздушным движением», - сказал в том же заявлении Уильям Рич, заместитель директора SOFIA по научным операциям. «Было несколько напряженных моментов, но команда работала вместе, и мы получили потрясающие данные», - сказал Рич. «Мы достигли тени Плутона как раз в нужное время и были очень рады сделать это!».
14 июля 2015 года Новые Горизонты максимально сократил дистанцию к Плутону. Через четверть часа он оглянулся назад и запечатлел этот вид на закате, отобразив горы и плоские ледяные равнины. Неофициально гладкую территорию наименовали Равниной Спутника (справа). Рядом есть горы (слева), простирающиеся на 3500 м – Норгей Монтес (спереди) и Хиллари Монтес (на горизонте). С восточной стороны от Равнины – грубая местность, покрытая ледниками. Подсветка демонстрирует 12 слоев в дымке. Снимок выполнили на удаленности в 18000 км, а охват – 1250 км в ширину.
SOFIA смогла заглянуть в средние слои атмосферы карликовой планеты, собирая данные в инфракрасном и видимом диапазоне длин волн. Две недели спустя, во время своего пролета, New Horizons собрали информацию о верхнем и нижнем слоях в радио и ультрафиолетовых частотах.
«Эти комбинированные наблюдения, сделанные так близко по времени, дали наиболее полную картину атмосферы Плутона», - написали представители NASA в том же заявлении.
Например, образы New Horizons показали, что атмосфера имеет отчетливый синий оттенок, как воздух Земли. Считается, что цвет был получен благодаря крошечным частицам тумана, которые преимущественно отражают коротковолновый синий свет.
Этот образ удалось зафиксировать при помощи камеры MVIC аппарата Новые Горизонты. Можно различить примерно 20 шаров, простирающихся на сотни километров. Но они не идут строго параллельно поверхности. К примеру, ближе всех к поверхности расположен 5-километровый отсек (снизу слева). Ученые выяснили, что атмосфера наделена подобными слоями и они намного прохладней и компактней, чем полагали. Верхняя часть простирается в пространство из-за контакта с солнечными частичками.
Наблюдения SOFIA подтвердили существование этих частиц и охарактеризовали их, показав, что каждая частичка имеет ширину всего от 0,06 до 0,10 мкм, что примерно в 1000 раз тоньше человеческого волоса.
Проанализировав эти и другие результаты, в том числе информацию, собранную предшественником SOFIA, Воздушно-десантной обсерваторией Койпера, которая работала с 1975 по 1995 год, Перс и его коллеги определили, что атмосфера Плутона, вероятно, будет развиваться в короткие сроки, исчезать и сгущаться в течение всего нескольких лет.
Этот короткий цикл предполагает, что нечто иное, чем расстояние Плутона от Солнца, управляет обилием частиц тумана. Например, исследователи считают, что периоды густой дымки могут возникать, когда особенно богатые льдом участки поверхности Плутона проводят свое время на Солнце.
«Нам ещё многое не понятно, но мы вынуждены сейчас пересмотреть более ранние прогнозы», - сказал Персон. «Атмосфера Плутона может разрушаться медленнее, чем предполагалось ранее, или, может быть, вовсе не разрушиться. Мы должны продолжать следить за Плутоном, чтобы это выяснить».
Исследование было опубликовано в в ноябре 2019 года в журнале Icarus.
