Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 61

Наклонение орбиты к эклиптике 17,2°.

Эксцентриситет орбиты 0,25.

Средняя орбитальная скорость 4,7 км/с.

Наклон экватора к орбите (вращение 57,5° обратное).

Масса 1,3×10²² кг.=0,002 М_⊕.

Средняя плотность 2,0 г/см³.

Экваториальный радиус 1150 км.=0,18 R_⊕.

Ускорение свободного падения 0,58 м/с².

Скорость ускользания (2-я космич.) 1,2 км/с.

Сферическое альбедо (по Бонду) 0,4—0,6.

Геометрическое альбедо (визуальное) 0,5—0,7.

Визуальная звездная величина 14^m.

Поток солнечного излучения у поверхности 0,88 Вт/м².

Поглощаемая радиация 3×10⁶ МВт.

Эффективная температура 38 К.

Состав атмосферы CH₄N₂.

Количество спутников 3.

Спутник Харон:

Радиус 603 км.

Масса 1,6×10²¹ кг.

Средняя плотность 1,7 г/см³.

Ускорение свободного падения 0,31 м/с².

Скорость ускользания (2-я космич.) 0,6 км/с.

Радиус орбиты (круговая) 19600 км.

Наклонение орбиты к эклиптике 64°.

Наклонение орбиты к орбите Плутона 57,5°.

Период (орбитальный и суточный) 6,38725 сут. (движение обратное).

Визуальная звездная величина 17^m.

Происхождение Плутона

Плутон столь значительно отличается от планет-гигантов, что с тех пор, как Клайд Томбо (1906—1997) открыл его в 1930 г., различные гипотезы о происхождении Плутона выдвигались много раз.

Известно, что положение Плутона в Солнечной системе противоречит эмпирическому правилу Тициуса-Боде, которое предсказывает для него большую полуось орбиты 77 а.е. (при действительном значении 39,4 а.е.). Для Нептуна тоже нет хорошего соответствия: 30,1 а.е. вместо предсказанных 38,8 а.е. Но положение планетных орбит в действительности определяется теорией резонансов, а правило Тициуса-Боде — это ее частный случай. Положение орбит Нептуна и Плутона соответствует 1:2 и 1:3 относительно Урана и, как результат, 2:3 для орбиты Плутона относительно Нептуна.

В 1936 г., когда еще не знали, что Плутон — двойная планета, была предложена гипотеза о том, что когда-то он был одним из спутников Нептуна, но в результате сближения с неизвестной планетой оказался выброшен из системы, а другой спутник Нептуна — Тритон — перешел при этом на необычную орбиту с обратным вращением. Предполагалось даже, что исходя из нынешних орбит Плутона и Тритона можно рассчитать массу и орбиту неизвестной планеты.

Плутон действительно похож на спутник Нептуна Тритон. И хотя критики утверждали, что орбиты Нептуна и Плутона вообще никогда не пересекались, идея близкого родства этих тел постепенно распространялась. В 1984 г. были даже выполнены расчеты совместного происхождения Тритона и Плутона, в которых рассматривалась возможность захвата Нептуном массивного протопланетного тела (планетезимали), распавшегося на Тритон и Плутон. Расчеты дали совсем другой результат. Они показали, что если бы такая катастрофа произошла, то вторая, «плутонная» половина, по-видимому, была бы выброшена за пределы Солнечной системы, и что Тритон и Плутон скорее всего имеют независимое происхождение.

Тем не менее внешнее (а возможно, и внутреннее) сходство двух этих тел несомненно, если учесть подобие в составе, средней плотности, размерах, особенностях атмосфер и расстояниях от Солнца. Другой вопрос — вероятность катастрофы таких масштабов и возможность восстановить ее подробности расчетным путем на основе известных в настоящее время орбит. Хотя подобные катастрофы действительно возможны, происхождение Плутона связывается теперь не с Нептуном, а с поясом транснептуновых объектов (поясом Койпера), о котором будет рассказано ниже. Формальным признанием «неполноценности» Плутона как планеты стало решение MAC (2006 г.) о введении нового семейства тел Солнечной системы — планет-карликов, прототипом которых и стал Плутон.

Плутон и Харон

Из-за большого эксцентриситета своей орбиты Плутон с 1979 г. по 1999 г. был ближе к Солнцу, чем Нептун. Начиная с 1930 г., когда он был открыт, Плутон все еще находится к северу от эклиптики, и ныне (2007 г.) его высота над нею около 4 а.е.

Еще в 1960-х гг. было установлено, что блеск Плутона изменяется с периодом 6сут. 9ч. 17мин. Это значение приняли как период вращения Плутона, и не ошиблись. Но оказалось, что это же значение имеют еще два важных периода, связанные с Плутоном. В 1978 г. было доказано, что чуть вытянутая форма изображения Плутона на фотоснимках означает наличие у него спутника. Оба тела имеют близкие размеры, поэтому правильнее называть их двойной планетой или системой двух планет. Тем не менее принято говорить о Плутоне и его спутнике Хароне.

С космического телескопа «Хаббл», для которого не существует проблемы земной атмосферы, впервые удалось сделать снимок, на котором раздельно видны Плутон и Харон. Они так близки друг к другу (<1"), что с Земли их вначале удавалось разделить только методом спекл-интерферометрии, но к 2000 г. новые наземные телескопы с активной оптикой позволили уверенно разделить Плутон и Харон. Период 6,387 сут оказался также периодом их взаимного обращения вокруг общего барицентра. По измеренному периоду и радиусу орбиты удалось измерить общую массу системы Плутон-Харон (1,47×10²² кг.=0,0025 М_⊕). Отношение их масс (1/7) выше, чем у любой другой пары спутник-планета.

Рис. Фото Плутона (слева) и Харона, полученное космическим телескопом «Хаббл» в 1994 г.

Плоскость орбит компонентов повернута к Земле так, что в 1985 г. начались их систематические взаимные затмения (покрытия), длившиеся по нескольку часов. Полная фаза затмений была в 1988 г., а закончились они в 1991 г. Это позволило не только уточнить размеры компонентов, но даже исследовать распределение альбедо по их поверхности. Следующий период затмений повторится только через 124 года. Уменьшение блеска при затмениях составляло поочередно 4 и 8%, из чего сделан вывод, что поверхность Харона на 30% темнее, чем у Плутона. Ныне с телескопа «Хаббл» уже получены нечеткие еще изображения Плутона.

Рис. Плутон.

От Плутона диск Солнца неразличим для невооруженного глаза. Поэтому Солнце там блестит как ослепительная звезда, тускло освещая поверхность. Впрочем, этого освещения должно быть достаточно для телевизионной съемки и даже для чтения.

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.