Космос. От Солнца до границ неизвестного - Стивен Бэттерсби

На Плутоне и его большом спутнике Хароне сравнительно мало крупных кратеров. Это может поведать нам о том, как формировались планеты.

Согласно традиционной картине, небольшие тела, называемые планетезималями, появившиеся на первом этапе образования Солнечной системы, постепенно увеличивались в размерах по мере того, как маленькие камни собирались вместе. Этот процесс приводил к образованию большого количества объектов диаметром в несколько километров и некоторого количества объектов диаметром в десятки или сотни километров.

Планетезимали разных размеров время от времени должны были бомбардировать Плутон и Харон, образуя кратеры. Таким образом, относительный недостаток небольших кратеров на Плутоне, похоже, свидетельствует о нетрадиционной картине. Он поддерживает альтернативную модель, называемую аккрецией «гальки», в которой большие планетезимали формируются почти мгновенно, в то время как рои маленькой гальки, погруженные в газ, внезапно разрушаются. Это может быть жизненно важным этапом в строительстве не только маленьких ледяных миров вроде Плутона, но и ядер газовых гигантов и теплых скалистых планет, таких как Земля.

Кроме Плутона, за орбитой Нептуна вращаются тысячи ледяных тел. Большинство из этих транснептуновых объектов (ТНО) входят в пояс Койпера – сплющенный диск, начинающийся в 30 астрономических единицах (а. е.) от Солнца и доходящий до 50 а. е. (1 а. е. – это среднее расстояние от Земли до Солнца).

Орбиты других ТНО, более наклонные и удлиненные, образуют так называемый рассеянный диск. Считается, что здесь формируются короткопериодические кометы. Орбиты этих комет могут дестабилизироваться под действием гравитационных толчков со стороны гигантских планет. Иногда в результате этого комета забрасывается во внутреннюю часть Солнечной системы, где под жаркими лучами Солнца древний лед превращается в ярко сверкающие кому и хвост.

Один такой объект обнаружили в 2016 году. Он вращается вокруг Солнца в плоскости, наклоненной на 110 градусов к плоскости эклиптики, причем в направлении, обратном орбитальному движению планет. Команда исследователей назвала его «Нику» в честь китайского прилагательного «мятежный»: непонятно, что могло выбить его так далеко из упорядоченной плоскости Солнечной системы.

Диаметры большинства известных ТНО – от десятков до нескольких сотен километров. Зонд «Новые горизонты» должен посетить один из них, 2014 MU69, в январе 2019 года. Это классический объект из так называемой холодной популяции. Объекты этой группы движутся по относительно круговым орбитам по сравнению с другими объектами пояса Койпера и имеют красноватый оттенок. Встреча межпланетной станции «Новые горизонты» с объектом 2014 MU69 будет мимолетной, но она поможет понять, был ли Плутон сформирован из таких объектов[5]. Попутно ученые надеются решить некоторые фундаментальные вопросы проблемы планетообразования. Объекты типа 2014 MU69 являются представителями той области пространства, которую, начиная с момента возникновения Солнечной системы, практически не затрагивали возмущения. Поэтому эти объекты можно считать древними остатками процесса планетообразования.

Наблюдения должны помочь ответить на вопрос, почему Солнечная система устроена именно так, а не иначе. Современные модели предполагают, что газовые гиганты когда-то были сгруппированы гораздо теснее, чем сегодня, и окружены солидным диском из планетезималей. Затем что-то нарушило это уютное расположение и отбросило планеты на те позиции, которые они занимают сейчас. Внешний диск тоже встряхнуло, хотя часть его сохранилась, образовав пояс Койпера.

На что походил этот процесс – на бурную встряску или на мягкую миграцию? Чтобы ответить, нам нужно знать, насколько массивным был диск планетезималей до того, как газовые гиганты двинулись в свой путь. Узнать это мы можем с помощью объекта 2014 MU69. Например, если он изрешечен ударными кратерами, это будет означать, что когда-то вокруг было множество других сталкивающихся с ним объектов. Изучая кратеры на изображениях, полученных станцией «Новые горизонты», ученые должны получить более достоверные сведения о массе диска.

Ряд обитателей пояса Койпера и рассеянного диска довольно велики и могут по праву считаться карликовыми планетами. Решением, принятым Международным астрономическим союзом, такие объекты, как Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке, уже получили статус карликовых планет; наверное, многие ТНО вскоре тоже будут признаны таковыми. У всех них есть спутники. Судя по результатам, полученным в 2016 и 2017 годах, каждый из десяти известных ТНО с диаметрами не меньше 1000 км сопровождает, по крайней мере, один спутник. Значит, у них всех было бурное прошлое и вокруг них толпилось множество небесных тел. Они отличаются по формам и цветам. Хаумеа, например, похожа по форме на вытянутый эллипсоид («дыню»). У Хаумеа есть кольцо. Может быть, некоторые из этих смутно видимых миров так же сложны и активны, как Плутон?

Рис. 4.1. Перед тем, как замолчать навеки, зонд «Новые горизонты» направляется в пояс Койпера, чтобы выполнить последнее задание – встретиться с объектом 2014 MU69, оставшимся в первозданном виде с сотворения Солнечной системы.

Существует ли на границе Солнечной системы планета с массой в десять раз больше массы Земли? В 2014 году астрономы обнаружили, что орбита недавно открытого транснептунового объекта 2012 VP113 была странным образом согласована с группой других объектов. Два года спустя Константин Батыгин и Майк Браун из Калифорнийского технологического института в Пасадине подробно изучили эти орбиты и обнаружили, что шесть объектов следуют по эллиптическим орбитам в одном направлении, и их углы наклонения по отношению к плоскости эклиптики одинаковы. Они предположили, что их может выровнять планета, расположенная по отношению к этим объектам с другой стороны Солнца. Вытянутая орбита этой планеты предположительно простирается в области от 200 а. е. до 700 а. е. Чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, ей требуется от 10 000 до 20 000 земных лет.