Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Спутники Плутона

Хотя Плутон был переведен недавно из разряда классических планет в группу планет-карликов, он не стал от этого менее интересным для астрономов. Скорее наоборот: как далекий объект, трудный для изучения, он постоянно бросает вызов опытным наблюдателям.

Спутник Плутона Харон был открыт случайно. В июне 1978 г. Джеймс Кристи из Морской обсерватории США, просматривая свежие фотопластинки, полученные на 155-см астрометрическом телескопе (Флагстафф, шт. Аризона), заметил, что изображение Плутона на них не совсем симметричное: круглая «клякса» имеет чуть заметный выступ. Кристи и его коллега Роберт Харрингтон пересмотрели пластинки прошлых лет, вплоть до 1965 г. и обнаружили, что на некоторых из них, снятых при особенно высокой четкости изображений, также заметен выступ, причем от ночи к ночи он смещается. Сомнения исчезли — это спутник!

Так еще раз подтвердилась старая истина: «Увидеть можно лишь то, что ты готов увидеть». Похоже, что астрономы Флагстаффа постоянно готовы видеть все новое, связанное с Плутоном: ведь открытие спутника произошло всего в шести километрах от обсерватории Ловелла, где в 1930 г. открыли саму планету.

Кристи предложил назвать спутник Хароном: согласно греческой мифологии, так звали лодочника, перевозившего души умерших людей через реку Стикс в Аид, царство Плутона. Все попытки отыскать другие спутники Плутона в течение четверти века оставались безрезультатными. Но и находка одного Харона чрезвычайно обрадовала астрономов. Были использованы все возможности для детального изучения этой странной парочки. Определив орбитальный период Харона (6,387 сут.) и его расстояние от центра планеты (19600 км.), наконец-то удалось вычислить массу Плутона (конечно, в сумме с Хароном): их общая масса оказалась неправдоподобно малой, в 400 раз меньше массы Земли. Систему Плутон-Харон с еще большим правом, чем систему Земля-Луна, можно назвать двойной планетой. Ведь Харон всего лишь в 8 раз уступает по массе Плутону, тогда как Земля массивнее Луны в 81 раз. К тому же Харон в 20 раз ближе к Плутону, чем Луна к Земле.

Удача этого открытия состоит еще в том, что орбита спутника в те годы оказалась направлена своей плоскостью почти точно на Землю: с 1988 по 1991 гг. наблюдались взаимные затмения Плутона и Харона, которые позволили определить их диаметры и даже выявить крупные пятна на поверхности. Следующая такая удача представится только в начале XXII века!

По результатам затмений диаметр Харона был оценен в 1200 км., лишь вдвое меньше диаметра Плутона (2300 км.). При этом их средние плотности оказались близки — около 2 г/см³. Скорее всего, недра этих микро-планет состоят из льда и силикатных пород. Температура поверхности Харона не превышает 50-60 К, поэтому там могут конденсироваться многие летучие соединения. Еще недавно этим ограничивались наши знания о Хароне, но в 2005 г. удалось исследовать его более детально. Помогло редкое событие — покрытие звезды.

Любопытно, что предсказал это событие любитель астрономии: в 2004 г. австралиец Дейв Геральд рассчитал, что 5 июля 2005 г. Харон должен будет закрыть собой слабенькую звезду 15^m в созвездии Змеи. Поскольку блеск самой пары Плутон-Харон составляет около 14^m, то «временное отключение» звезды могло быть легко замечено в телескоп подходящего размера. Расчеты показали, что покрытие должно быть видно из некоторых мест в Южной Америке, включая гору Серро-Паранал на севере пустыни Атакама (Чили), где расположен крупнейший комплекс 8-метровых телескопов VLT (Very Large Telescope) Европейской южной обсерватории.

Покрытия звезд давно уже помогают астрономам измерять размеры малых или очень далеких тел, фигуры которых в телескоп неразличимы. Зная скорость движения тела и измерив длительность затмения звезды, легко можно вычислить размер тени, который в точности равен размеру самого тела, поскольку от звезды приходит практически параллельный пучок света. Кроме того, в моменты начала и конца затмения, по тому, насколько резко пропадает или появляется свет звезды, можно выявить наличие у затмевающего тела атмосферы, причем даже весьма разреженной.

К сожалению, угловой диаметр Харона на небе очень мал — всего 0,055", что соответствует видимому размеру двухрублевой монеты с расстояния 100 км. Поэтому покрытия Хароном звезд наблюдаются очень редко и точно рассчитать траекторию его тени нелегко. Но в последние годы ситуация стала лучше: созданы большие телескопы, позволяющие наблюдать слабые звезды. Звездные каталоги стали точнее, что повышает точность прогноза покрытий. Наконец, система Плутон-Харон в настоящее время видна на фоне богатого звездами Млечного Пути, что увеличивает шансы покрытий. В июле 2005 г. покрытие наблюдалось при помощи огромного телескопа системы VLT, оснащенного адаптивной оптикой, а также другими телескопами в Чили и Аргентине.

Точная регистрация моментов покрытия в разных обсерваториях позволила оконтурить тень Харона и определить диаметр спутника: 1207±2 км. Средняя плотность Харона оказалась равной 1,71±0,08 г/см³. Такая плотность указывает, что мы имеем дело с каменно-ледяным телом в пропорции примерно 1:1. Любопытно, что плотность Харона теперь известна точнее плотности Плутона, которая оценивается в 2 г/см³.

Атмосферу Харона в момент покрытия заметить не удалось. Если даже она есть, ее давление у поверхности спутника меньше одной десятимиллионной давления земной атмосферы, т.е. менее 0,1 микробара. Это не удивительно: при царящей на поверхности Харона температуре в —220°С тяжелые газы (Н₂О, СО₂,…) замерзают, а легкие (водород, гелий) не удерживаются слабой гравитацией и рассеиваются в космосе. В отличие от Харона, у Плутона атмосфера замечена, хотя и не очень «знатная»: ее давление у поверхности составляет 10—15 микробар, что минимум в 100 раз выше, чем у Харона. Сравнивая Плутон с Хароном, мы весьма точно ощущаем грань между телами с атмосферой, хотя бы и предельно разреженной, такими как Плутон, и абсолютно безвоздушными телами, такими как Харон.

Вот, пожалуй и все, что сейчас известно о далеком Хароне — гигантском спутнике карликовой планеты.

Но сюрпризы от Плутона продолжаются. В мае 2005 г. на серии снимков, полученных космическим телескопом «Хаббл», вблизи Плутона были замечены два новых тела. Ими  оказались небольшие спутники диаметром около 100 км. каждый, обращающиеся приблизительно втрое дальше Харона. Через год им дали имена — Гидра (Hydra) и Никта (Nix). Оба имени вполне подходят мрачной компании Плутона. В греческой мифологии Никта (иногда — Никс) — это богиня ночи, антипод богине дня, одно из движущих начал мироздания. Обитает Никта в бездне тартара, там же, где Аид и его одноименное царство мертвых. А Гидра — это, очевидно, та самая девятиглавая змея, которую убил Геракл. Кроме мифических имен об этих спутниках мало что известно. Но ждать осталось недолго: 19 января 2006 г. к Плутону стартовал зонд «New Horizons» (NASA), который пролетит мимо Плутона и его спутников в июле 2015 г.

Рис. Плутон с семейством своих спутников.

Среди прочих планет-карликов, а всего их пока три, Церера вообще не имеет спутников, а у Эриды пока найден лишь один спутник — Дисномия (Dysnomia, Eris I). Его окрыли 10 сентября 2005 г. с телескопом «Кек» при использовании системы адаптивной оптики с искусственной (лазерной) звездой. Максимальное расстояние Дисномии от Эриды 0,7", а блеск 23^m. Дисномия обращается по орбите радиусом 37,4 тыс. км. с периодом 15,77 сут. По фотометрическим данным ее диаметр около 150 км. Наблюдение за движением спутника показало, что масса системы Эриды на треть больше, чем системы Плутона.