Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Атмосфера Плутона

Спектрометрические измерения уверенно указывают на присутствие на Плутоне метана. Но неясно, относятся ли наблюдающиеся метановые полосы к атмосфере или к инею на поверхности. Вероятно, иней метана есть, но и существование атмосферы также доказано, причем она даже не очень разреженная. Вначале исследователи исходили из того, что она состоит из метана, и заключали, что атмосфера Плутона тонка, но на пределе возможностей современной аппаратуры ее удается обнаружить. В полученном спектре отражения Плутона имеются полосы у длин волн 620, 790 и 840 нм., которые совпадают с расчетным спектром поглощения метана. Эти полосы, вероятнее всего, относятся к газовой фазе.

Толщина атмосферы Плутона оценивалась всего в 7,3?10²² молекул/см² (около 1/3 содержания углекислого газа в столбе атмосферы Марса). Но эта оценка относится только к метану. Напомним: у Тритона и Титана азотные атмосферы. В атмосфере Плутона азота тоже может быть много. Возможно и присутствие аргона. Согласно последним измерениям, атмосфера Плутона может быть более плотной, чем предполагалось. В 1988 г. наблюдалось покрытие Плутоном звезды: ее яркость убывала постепенно, в течение нескольких секунд, что несомненно указывает на довольно плотную атмосферу.

Глобальные колебания температуры Плутона должны приводить к накоплению конденсатов метана и азота в полярных шапках зимой и увеличению атмосферной массы летом, в период таяния полярных шапок. Согласно расчетам, уменьшение температуры всего на 2 градуса приводит к конденсации половины атмосферного метана на Плутоне. Поэтому содержание метана в атмосфере должно особенно сильно меняться в зависимости от положения Плутона на орбите, вызывающего сезонные изменения температуры.

Если на Земле смена сезонов в основном обязана наклону экватора планеты к ее орбитальной плоскости, то на Плутоне и Хароне к большому наклону экватора добавляется и большой эксцентриситет орбиты (0,25), что изменяет поток падающего на поверхность солнечного тепла на ±56% за 248 лет. Это приводит к глобальному потеплению в перигелии орбиты и к охлаждению в афелии. Плутон прошел перигелий в 1989 г. Вероятно, значительная часть отложений метана и азота перешла при этом с поверхности в атмосферу.

Ось вращения Плутона ориентирована в нашу эпоху так, что в перигелии и афелии он повернут экватором к Солнцу. Это делает сезонные эффекты довольно замысловатыми. В полярных областях Плутона смена сезонов, в целом, такая же, как на Земле — одна зима и одно лето за год, хотя есть различие между полушариями: в южном быстро наступает лето и медленно — зима, а в северном наоборот. Но в экваториальных областях друг друга сменяют четыре сезона: два сезона низкого Солнца и два — высокого, которые можно назвать «летними», но при этом одно лето более теплое, а другое — более прохладное. В период теплого лета температура достигает —220 °С, а в зимний период опускается до —240 °С. Расчет показывает, что в результате прецессии ось Плутона описывает конус вокруг оси его орбиты с периодом в несколько миллионов лет (у Земли этот период всего 26 тыс. лет). Поэтому примерно через миллион лет ось Плутона, подобно земной оси, будет в перигелии и афелии смотреть в сторону Солнца (под углом 33°), и смена сезонов станет проще: в каждом полушарии будет четкая смена зимы и лета, причем в одном из полушарий лето будет «жарче», чем в другом.

Неожиданный результат был получен при расчете структуры атмосферы Плутона. Оказалось, что из-за малого расстояния между Плутоном и Хароном у них должна быть общая атмосфера. Но это требует подтверждения. Если существующие оценки массы Плутона и Харона правильны, то метан в атмосфере Плутона находится на грани диссипации. Для сохранения метановой атмосферы требуются примерно такие параметры: масса Плутона 2,3?10²² кг. (1/3 массы Луны), радиус 1400 км., средняя температура поверхности не более 52 К, максимальная 62 К. При этом сферическое альбедо должно быть около 0,45, а ускорение свободного падения у поверхности около 0,8 м/с².

В 1988—91 гг. методами астрометрии удалось определить положение центра масс и оценить среднюю плотность Плутона как 1,8—2,1 г/см³., что типично для силикатно-ледяных тел вроде Тритона, Титана или Ганимеда. Плотность Харона получилась равной 1,2—1,3 г/см³. Отсюда следовало, что состав Плутона — это каменные породы и водяной лед, а Харон — это аналог ледяных спутников Сатурна. Такое различие должно было указывать на независимое происхождение этих небесных тел. Однако позже были получены иные оценки: расстояние между центрами компонентов 19640 км., диаметр Плутона 2300 км., диаметр Харона 1200 км. Полная масса системы 1,46?10²² кг., из которых на Харон приходится около 10%. Отсюда плотность Харона 1,7 г/см³, что заметно ближе к плотности Плутона. Таким образом, вопрос о происхождении Плутона и Харона остается открытым до более детального их исследования.