Плутон

В начале 1930 года Клайд Томбо сравнивал фотопластинки одного участка неба, снятые в разные ночи. Звёзды оставались на месте, а слабая точка немного смещалась.

Она получила имя Плутон и почти сразу оказалась слишком маленькой, чтобы быть тем массивным «объектом X», который надеялись найти по предполагаемым отклонениям орбит гигантов. Открытие было настоящим; объяснение, ради которого начали поиск, оказалось неверным.

Диаметр Плутона равен примерно 2377 километрам. Даже Hubble видел на нём лишь крупные области разной яркости. Массу удалось надёжно определить после открытия Харона в 1978 году: период и размер взаимной орбиты связаны с общей массой системы.

До Харона оценки массы менялись в десятки раз. На фотопластинке размер и альбедо спутаны: маленький светлый шар может дать столько же света, сколько большой тёмный. Спутник превратил систему в весы. Третий закон Кеплера связал период, размер орбиты и сумму масс; покрытия звёзд затем уточнили диаметр и обнаружили атмосферу.

Орбита, которая не пересекается

Орбита Плутона вытянута и наклонена. Иногда он бывает ближе к Солнцу, чем Нептун, но столкновения не происходит: тела находятся в устойчивом резонансе 3:2. За три оборота Нептуна Плутон делает два, а взаимная геометрия удерживает их далеко друг от друга.

Резонанс объясняет не только безопасность Плутона. За Нептуном найдено целое семейство объектов с таким же отношением периодов. Их называют плутино. Орбита стала признаком родства раньше, чем телескопы смогли показать поверхности этих тел.

Большой наклон оси и вытянутая орбита создают сезоны, не похожие на земные. Расстояние меняется примерно от 30 до 49 астрономических единиц, а поток света — более чем в два с половиной раза. Но фраза «вдали атмосфера замерзает» слишком груба: давление зависит от освещения запасов азотного льда, тепловой инерции и запаздывания сезонов.

Лёд, который ведёт себя как порода и как жидкость

В светлой области Томбо лежит равнина Спутника, бассейн шириной около тысячи километров, заполненный главным образом азотным льдом. Поверхность разбита на многоугольные ячейки и почти лишена кратеров. По форме ячеек и моделям теплообмена исследователи связывают рисунок с медленной конвекцией: сравнительно тёплый лёд поднимается, остывает и опускается.

Рядом возвышаются горы из водяного льда. При плутоновской температуре вода становится прочной породой, а азот, метан и угарный газ играют роль более подвижных льдов. Это не метафора: разные вещества действительно меняются ролями при другом давлении и температуре.

Под гладкой равниной скрыт глубокий ударный бассейн. Его положение и гравитационные модели поддерживают гипотезу о подповерхностном океане, однако прямого измерения жидкости нет. Крупные горы с центральными впадинами согласуются с криовулканизмом, но их история остаётся предметом моделей.

Возраст поверхности получают подсчётом кратеров и моделью потока ударников. Древние области густо испещрены кратерами, а на равнине Спутника их почти нет. Значит, лёд обновлялся достаточно недавно, чтобы стереть следы. Точная датировка зависит от плохо известной популяции малых тел, поэтому вывод «геологически молодая» надёжнее эффектного точного возраста.

Спектрометр видит полосы поглощения молекул, но карта состава требует лабораторных данных о смесях, размере зёрен и температуре. Цвет пикселя не равен названию вещества без модели отражения. Так азотный ледник, метановый иней и водяные горы возникли из согласования изображения со спектром, а не из одной красивой фотографии.

Атмосфера, которую лучше видно на закате

Атмосфера состоит преимущественно из азота с примесями метана и угарного газа. Льды сублимируют, газ переносится над поверхностью, а при охлаждении снова конденсируется. За 248-летний год освещение меняется настолько сильно, что атмосфера связана с сезонным перераспределением вещества.

После пролёта New Horizons снял Плутон против Солнца и увидел десятки тонких слоёв голубоватой дымки. Мелкие органические частицы возникают в фотохимических реакциях из метана и азота. Радиосигнал аппарата, проходивший через атмосферу, позволил восстановить изменение плотности и температуры с высотой. Красивый контур здесь одновременно служит измерением.

Атмосферу нашли ещё в 1988 году во время покрытия звезды. Без газа свет исчез бы резко за твёрдым краем; он ослаб плавно из-за преломления в азоте. Повторные покрытия измеряли давление десятилетиями. New Horizons затем обнаружил более холодную верхнюю атмосферу и меньшую утечку газа, чем ожидали некоторые предполётные модели.

Классификация как результат открытия

Плутон потерял статус девятой планеты не потому, что с ним что-то произошло. В конце XX и начале XXI века за Нептуном нашли множество тел, а Эрида оказалась близка к Плутону по размеру и массивнее его. Международный астрономический союз отнёс Плутон к карликовым планетам и признал прототипом транснептуновой категории.

Классификация не сделала его менее сложным. Она поместила Плутон в физически содержательную семью. New Horizons показал ледники, тектонические разломы, дымку и участки резко разного возраста именно тогда, когда слово «планета» перестало быть главным объяснением этого мира.

Определение IAU остаётся предметом дискуссии, особенно выражение «очистил окрестность». Голосование не открыло новый физический закон, а установило рабочую номенклатуру для растущего каталога. Свойства Плутона измеряются независимо от предпочитаемого термина.

Харон добавляет историю обмена веществом. По модели, метан из атмосферы Плутона оседает в холодной полярной области Харона и под действием излучения превращается в красноватые соединения. Два мира могут химически связываться через почти пустое пространство.