Разведка далеких планет
Шрифт:
После того как вскрылся этот исторический казус, многие астрономы, в особенности европейские, стали называть указанную область «поясом Эджворта – Койпера». Но исторические изыскания на этом не закончились. Выяснилось, что идею о существовании множества тел за орбитой Нептуна первым высказал даже не Эджворт, а американский астроном Фредерик Леонард (Leonard F. C., 1896–1960), причем сразу же после открытия Плутона. В «Записках Тихоокеанского астрономического общества» («Leaflets of the Astronomical Society of the Pacific», 1930, № 30) он утверждал, что Плутон лишь первый, но далеко не последний обитатель пространства за Нептуном.
Несмотря на очень высокий и вполне заслуженный авторитет Койпера, его сомнения в существовании пояса Койпера разделяли далеко не все астрономы. В 1960-е гг. наличие занептунового резервуара комет отстаивал знаменитый гарвардский астроном Фред Уипл (Whipple F. L., 1906–2004),
о «грязных снежках». Его коллега Эл Камерон независимо от Уипла тоже обосновывал идею занептунового кольца малых тел. Эту идею поддерживали своими исследованиями и другие астрономы, в том числе и советские (Е. И. Казимирчак-Полонская, Б. Ю. Левин, Р. И. Киладзе). Малая масса и нетипичная для планеты орбита Плутона многих подводила к мысли о том, что он первый представитель нового класса объектов. По существу, Койпер оказался единственным, кто отрицал возможность существования современного пояса Койпера! Но его имя было столь популярным, особенно среди американских астрономов (а он действительно много сделал в планетных исследованиях), что без особых сомнений этим именем стали называть область ново-открытых малых тел за Нептуном.
Стоит ли теперь, когда история восстановлена, настаивать на смене названия? Такое мнение существует. Например, некоторые предлагают изменить ставшее уже привычным название на новое – «пояс Уипла» или «пояс Леонарда – Уипла», указывая, что именем Койпера и так уже названы кратеры на Луне, Марсе и Меркурии, самолет-обсерватория, астероид и т. п. Другие предлагают никого не обижать и сменить «пояс Койпера» на «пояс ЛЭджКУип» (LEdgeKWhip belt), объединив в этом изящном термине имена сразу четырех персонажей (Leonard + Edgeworth + Kuiper + Whipple). Поскольку это предложение доводит идею переименования до абсурда, можно не сомневаться, что имя Койпера уже навсегда останется в истории связанным с Плутоном и его семьей. В конце концов, «пояс Койпера» – это всего лишь символ, идентификатор, указывающий на определенную область Солнечной системы и напоминающий нам о замечательном ученом, которого однажды подвела интуиция.
Плутон и его братья
В главе 4 мы уже познакомились с объектами пояса Койпера и прочими ТНО, с историей их открытия и основными подгруппами (плутино, кьюбивано и др.). Хотя исследования этой далекой области еще только разворачиваются, ясно уже, что объекты там очень разнообразны. Например, диаметры обнаруженных тел лежат в пределах от 2500 км у планеты-карлика Эриды до 1 км у самого маленького из зарегистрированных пока объектов, который был замечен телескопом «Хаббл» в декабре 2009 г. Вообще-то яркость этого малыша оценивается в 35 m, т. е. он в 100 раз тусклее, чем способен увидеть «Хаббл». Как же его заметили? Его выдала тень! Объект на мгновение заслонил собой звезду, устроив для «Хаббла» маленькое звездное затмение. Оно обнаружилось при анализе данных со звездных датчиков телескопа, помогающих ему поддерживать точную ориентацию в пространстве. Оказалось, что и эти чисто технические устройства могут послужить для разведки далеких планет. Правда, чтобы сделать это открытие, астрономам Калифорнийского технологического института пришлось проделать огромную работу: проанализировать многолетние непрерывные записи звездных датчиков, чтобы заметить единственное затмение, длившееся 1/ 3секунды!
Можно не сомневаться, что с появлением более мощных телескопов за Нептуном будут открыты и более мелкие объекты, а возможно, и более крупные. Кстати, не удивляйтесь, обнаружив в разных публикациях заметно различающиеся данные о размерах «транснептунят»: различить их диски от Земли очень сложно – например, Плутон виден под углом менее ОД''. Поэтому пока их размер оценивают разными методами. К примеру, сразу после открытия Квавара размер его изображения на снимках «Хаббла» оценивался в 0,04'', что давало диаметр этой планетки 1 300 км и делало ее крупнейшим объектом, обнаруженным в Солнечной системе после открытия Плутона. Но затем был использован фотометрический метод, давший существенно иной результат. Суть метода проста: падающий на планету солнечный свет частично отражается от ее поверхности, а частично поглощается и переизлучается в инфракрасном диапазоне.
Рис. 7.6.
Зная расстояние до объекта и измерив его излучение в широком диапазоне спектра – от видимого до ИК, легко вычислить, сколько солнечных лучей он перехватывает, а значит – каков его размер (предполагается, что собственных источников тепла у маленького тела нет). Используя данные наземных и космических ИК-обсерваторий, включая «Спитцер» (NASA), астрономы оценили диаметр Квавара примерно в 850 км. Даже учет некоторых тонких эффектов позволяет сейчас «натянуть» размер Квавара максимум до 900 км. По этой причине Квавар пока не включают в группу планет-карликов, а считают лишь кандидатом в нее.
Похожая история произошла и с Седной: первоначально ее размер предполагался около 1700 км, а позже был снижен до 1200:1600 км. Еще больше неопределенность у Варуны: за пять лет (2002–2007 гг.) оценка ее диаметра уменьшилась с 1000 до 500 км. Казалось бы, такие различия размеров не очень важны, но дело в том, что у многих крупных ТНО обнаружены спутники, наблюдение за движением которых позволяет очень точно определить массу главного тела. Если же мы ошибаемся при измерении его размера, скажем, на 30 %, то вдвое ошибаемся при вычислении объема, а значит, и средней плотности. А ведь именно средняя плотность характеризует состав и даже внутреннюю структуру твердого тела: 5:6 г/см 3– у тела есть металлическое ядро, 3:4 г/см 3– каменистое тело типа астероида, 1:2 г/см 3– льдистое тело типа ядра кометы. Иногда встречаются тела с плотностью менее 1 г/см 3; их структура, по всей видимости, пористая. Пример – спутник Сатурна Гиперион, похожий на губку и имеющий плотность 0,57 г/см 3.
Единственная транснептунная планета-карлик, размер которой удалось измерить весьма точно и даже получить грубое изображение поверхности, – это Плутон.
Рис. 7.7. Наиболее четкое изображение Плутона, полученное по снимкам космического телескопа «Хаббл». Пока трудно судить, что представляют собой эти пятна на поверхности. Загадочное яркое пятно в центре, судя по цвету, покрыто замерзшей окисью углерода. Детали поверхности Плутона мы увидим в 2015 г., когда к нему приблизится зонд «New Horizons» (NASA).
В этом существенно помогли прохождения Харона на фоне Плутона, наблюдавшиеся в 1985–1991 гг.: закрывая часть диска планеты, спутник помог просканировать ее и по вариациям яркости и цвета восстановить размер и вид поверхности. Очень ценными оказались и снимки с космического телескопа. Правда, диск Плутона занимает всего несколько пикселей на ПЗС-матрице «Хаббла». Чтобы получить изображение, имеющее более высокое разрешение, нежели размер пикселя, был использован метод субрастрирования (dithering). Для этого получают несколько последовательных изображений, каждый раз сдвигая приемник на известное расстояние, меньшее размера пикселя. Комбинация полученных снимков дает изображение с «субпиксельным» разрешением. Но для его восстановления понадобилось 4 года непрерывной работы 20 компьютеров. Исходные снимки Плутона были сделаны «Хабблом» в 2002–2003 гг., а итоговое изображение впервые опубликовано лишь в 2010 г. (см. рис. 7.7 и с. 10 цветной вкладки).
Только точное измерение размера и массы тела позволяет вычислить его среднюю плотность, узнать характерный состав и решить, можно ли зачислить это тело в группу планет-карликов. Расчеты показывают, что ледяные тела принимают округлую форму при диаметре более 400 км, а льдисто-каменистые тела типа Цереры – при диаметре более 900 км. По этим параметрам в Солнечной системе пока насчитывается 5 карликовых планет (табл. 7.4 и 7.5), но нет сомнения, что их намного больше: за Нептуном, вероятно, обнаружатся сотни льдистых тел размером более 400 км. Уже обсуждается несколько кандидатов в карликовые планеты. Сейчас в списке первоочередников около дюжины объектов размером более 650 км, среди которых Седна, Варуна, Квавар, Иксион (Ixion), Орк (Orcus), Веста, Паллада, Гигия и другие крупные объекты пояса астероидов и ТНО.