Від планети Х до «Нових горизонтів»: астрофізик МДУ — про історію відкриття та вивчення Плутона

Сьогодні, 18 лютого, святкується День Плутона — далекого та маловивченого світу льоду та темряви. Про те, чому було обрано саме цю дату і як дослідили цю карликову планету, в інтерв'ю розповів Антон Бірюков, кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Лабораторії космічних проектів ДАІШ МДУ.

Розкажіть, будь ласка, чому саме 18 лютого стало Днем Плутона?

Тому що саме цього дня в 1930 році американський астроном Клайд Томбо помітив зірочку, що слабо світиться і повільно пересувається на фотопластинках, які зробив у січні того ж року. Цією «зірочкою» і виявився Плутон, дев'ята планета у Сонячній системі.

Чи правда, що відкриття Плутона сталося випадково?

Зовсім ні. У першій половині XIX століття в астрономії виникла проблема аномального руху планети Уран, найдальшої з відомих на той момент. Уран рухався своєю орбітою трохи негаразд, як передбачала небесна механіка (за суттю, закон тяжіння). Припустивши, що на нього впливає якась ще невідома планета, астрономи розпочали її пошуки і так 1846 року відкрили Нептун. Однак цим не вдалося пояснити аномальний рух Урана повністю — лишилося трохи. Дослідники продовжили шукати ще одну планету, так звану Планету Х, тяжіння якої могло б вплинути на Уран.

Її знайшли через 70 років після Нептуна і назвали на давньоримський манер на честь бога підземного царства — Плутоном, вважаючи, що вона є чимось темним і холодним.Символічно, що планету часто позначають монограмою, що складається з літер P і L: це ініціали Персіваля Лоуелла, американського ентузіаста астрономії кінця XIX — початку XX століття, який спонсорував обсерваторію, в якій Плутон був відкритий.

Плутон, коли його знайшли, вважався досить великим. Справа в тому, що, знаючи відстань до об'єкта, його яскравість, а також припускаючи відбивну здатність, можна зробити висновки про його розмір. Вважаючи, що Плутон відбиває небагато світла, астрономи вважали його порівнянним за масштабами із Землею. Однак згодом стало зрозуміло: Плутон покритий льодами, що відбивають сонячне світло, результат перерахували, і думка змінилася. Так він став найменшою з дев'яти «великих» планет Сонячної системи.

Як він втратив цей статус?

У тій же області, де розташовується Плутон, знаходиться велика кількість маленьких крижаних тіл - деякий аналог всім відомого поясу астероїдів між орбітами Марса і Юпітера, але набагато протяжнішепробільшою кількістю об'єктів. Він називається пояс Койпера, і саме тут виявили ще кілька досить великих об'єктів, один з яких — Еріда — виявився навіть масивнішим за Плутон. Нові відкриття великих тіл із цієї області призвели до того, що астрономи почали ставити питання: невже всі їх потрібно відносити до планет у класичному розумінні?

А що таке планета, в принципі? Так сталося, що до нульових років нашого століття строгого визначення взагалі не існувало, і з'явилося воно лише у 2006 році за рішенням міжнародного Астрономічного союзу. Тоді було прийнято, що вважати великими, малими, карликовими планетами, і коли це сталося, Плутон автоматично з великої став карликовою планетою.При цьому Церера, найбільший об'єкт головного поясу астероїдів, тоді зросла в званні: була астероїдом, а за новим визначенням також стала карликовою планетою.

Формалізація та постановка термінів були необхідні, тому що в нашу епоху ми стали краще розуміти будову Сонячної системи та її наповнення. Сьогодні у Сонячній системі нам відомі сотні тисяч об'єктів. І нам потрібна їхня фізично обґрунтована класифікація для того, щоб правильно вивчати їхні властивості, зіставляти історії їхньої еволюції, розуміти їхнє майбутнє та вплив один на одного.

Чи багато ми знаємо про Плутона?

Він виявився справді найменш вивченим із великих тіл Сонячної системи. Плутон дуже далеко; знаходиться на незвичайно витягнутій орбіті, яка при цьому не лежить у тій самій площині, що й орбіта Землі, Марса та інших; він маленький та крижаний. Ще ми знаємо, що об'єкт має розвинену систему супутників, але при цьому довгий час у нього був відомий тільки масивний Харон, розташований до Плутона настільки близько, що Плутон-Харон іноді називають подвійною планетою.

Плутон традиційно спостерігали тільки з Землі та навколоземних апаратів, і через його дальність навіть Хаббл було дуже складно розглянути деталі його поверхні. Єдиний космічний апарат, який до нього відправляли, — американська міжпланетна станція «Нові горизонти», яка летіла до нього десять років, та дослідження провели близько 2015 року. Тоді ми вперше побачили цей далекий і дуже холодний світ, вкритий льодами з азоту, води, метану та чадного газу.

Також Плутон геологічно молодий.Це зрозуміло з того, що його крижана поверхня виявилася не настільки сильно поцяткованою кратерами, як могла б бути: все-таки з планетами в космосі постійно щось стикається, а це означає, що крижини змінюються, перетікають.

Які зараз основні напрямки у дослідженнях Плутона?

Нові горизонти принесли дуже багато нової інформації про влаштування цієї планети, але також і багато питань. Продовжують виходити статті та матеріали, і згодом ми матимемо більше розуміння того, як формувалася Сонячна система і сам Плутон, як він зайняв свою орбіту і чому на ній він знаходиться в резонансі з орбітою Нептуна.

Чи багато астрономів у Росії вивчає Плутон?

Я не знаю дослідників, які постійно працюють у Росії та вивчають Плутон. Важливо розуміти, що дослідження планет в останні десятиліття - це експериментальні дослідження, і передбачається, що у вас є апарат, який ви запустили. У Росії, на жаль, складно реалізувати свої місії, тим паче такі далекі. У нас ця область поки що не так активно розвинена, як у закордонних колег.

Що в цілому скажете про астрономічну науку в Росії?

Якщо коротко, у Росії близько 2–2,5 тисяч осіб працює в галузі астрономії та астрофізики. Якість досліджень відрізняється, але в середньому ми знаходимося на хорошому рівні, виходячи з наших фінансових та технічних можливостей. Також у російських дослідників дуже багато зв'язків та колаборацій із групами з інших країн, що зараз дуже важливо. Ми так чи інакше залучені до роботи міжнародних колаборацій — далеко не завжди на рівні інститутів та держави, але на рівні індивідуальної співпраці точно.

Росія помітна своєю публікаційною активністю: у нас є астрофізики, яких у світі знають, помічають, читають та цитують.Звичайно, таких у нас менше, ніж в Америці, Європі чи Китаї, але у нас і людей у ​​цій професії менше. При цьому на якомусь полі ми можемо бути досить сильними (наприклад, астрофізика високих енергій, теоретична космологія), а от із планетами далі за Марс у нас проблеми. Загалом все непогано, але є куди прагнути.

Інформація надана прес-службою МДУ

Плутон

Плутон - Карликова планета Сонячної системи: відкриття, назва, розмір, маса, орбіта, склад, атмосфера, супутники, яка Плутон планета, дослідження, фото.

Плутон - дев'ята чи колишня планета Сонячної системи, що перейшла до розряду карликових.

У 1930 році Клайд Томб зробив відкриття Плутона, що став цілим століттям 9-й планетою. Але в 2006 році його перенесли до сімейства карликових планет, тому що за межею Нептуна знайшли безліч подібних об'єктів. Але це не скасовує його цінності, адже тепер стоїть на першому місці по суті серед карликових планет у нашій системі.

У 2015 році до нього дістався апарат Нові Горизонти, і ми отримали не лише наближені фото Плутона, а й багато корисної інформації. Давайте розглянемо цікаві факти про планету Плутон для дітей та дорослих.

Цікаві факти про планету Плутон

Назва дісталося на честь володаря підземного світу

• Це пізніша варіація ім'я Аїда. Її запропонувала 11-річна дівчинка Венеція Бруней.

У 2006 році став карликовою планетою

• У цей момент МАС висуває нове визначення «планети» – небесний об'єкт, що перебуває на орбітальному шляху навколо Сонця, має необхідну масу для сферичної форми та очистив околиці від сторонніх тіл.

Знайшли 18 лютого 1930 року

• За 76 років між виявленням та зміщенням у карликовий тип Плутон встиг пройти лише третину орбітального маршруту.

Є 5 супутників

• У місячному сімействі числяться Харон (1978), Гідра та Нікта (2005), Кербер (2011) та Стікс (2012).

Найбільша карликова планета

• Раніше вважали, що це звання заслуговує на Еріда. Але зараз ми знаємо, що її діаметр досягає 2326 км, а у Плутона – 2372 км.

На 1/3 складається із води

• Склад Плутона представлений водяним льодом, де води в 3 рази більше, ніж у земних океанах. Поверхня вкрита крижаною кіркою.

Поступається за розміром деяким супутникам

• Найбільшими вважаються місяці Гінімед, Титан, Іо, Каллісто, Європа, Тритон і земний супутник.

Наділений ексцентричною та похилою орбітою.

• Плутон проживає з відривом в 4.4-7.3 млрд. км від нашої зірки Сонця, отже іноді підходить ближче Нептуна.

Приймав одного відвідувача

• У 2006 році до Плутона вирушив апарат Нові Горизонти, який прибув до об'єкту 14 липня 2015 року. З його допомогою вдалося отримати перші наближені зображення.

Позицію Плутона передбачили математично

• Це сталося у 1915 році завдяки Персівалю Ловеллу, який ґрунтувався на орбітах Урана та Нептуна.

Періодично виникає атмосфера

• Коли Плутон наближається до Сонця, то поверхневий лід починає танути і формує тонкий атмосферний шар.

Відкриття планети Плутон

Присутність Плутона передбачали ще до того, як знайти його в огляді.У 19 столітті пильне вивчення Нептуна показало те, що його спокій також порушується (транзит Плутона).

1906 року Персіваль Лоуелл заснував пошук Планети X. На жаль, його не стало в 1916 році і не дочекався відкриття. І він навіть не підозрював, що на двох його пластинах відобразився Плутон.

1929 року пошуки відновилися, і проект довірили Клайду Томбу. 23-річний хлопець провів цілий рік, роблячи знімки небесних ділянок, а потім аналізуючи їх, щоб знайти моменти усунення об'єктів.

1930-го року він знайшов можливого кандидата. Обсерваторія запросила додаткові фотографії та підтвердила наявність небесного тіла. 13 березня 1930 року відкрили нову планету Сонячної системи.

Назва планети Плутон

Після оголошення обсерваторія Лоуелла почала отримувати величезну кількість листів із пропозицією імен. Плутон був римським божеством, що відповідає за підземний світ. Ця назва надійшла від 11-річної Венеції Берні, якій підказав її дідусь-астроном. Нижче представлені фото Плутона від космічного телескопа Хаббл.

Офіційно його назвали 24 березня 1930 року. Серед конкурентів фігурували Міневра та Кронус. Але Плутон підходив ідеально, оскільки перші літери відбивали ініціали Персіваля Лоуелла.

До імені швидко звикли. А 1930 року Уолт Дісней навіть назвав пса Міккі Мауса Плуто на честь об'єкта. 1941 року з'явився елемент плутоній від Гленна Сиборга.

Розмір, маса та орбіта планети Плутон

При масі 1305 х 1022 кг Плутон займає другу позицію по масивності серед карликових планет. Показник площі - 1765 х 10 7 км, а обсяг - 6.97 х 10 9 км 3 .

Фізичні характеристики Плутона

Тепер ви знаєте, яка планета Плутон, але давайте вивчимо її обертання.Карликова планета рухається помірним ексцентричним орбітальним шляхом, наближаючись до Сонця на 4.4 млрд. км і віддаляючись на 7.3 млрд. км. Це говорить про те, що він іноді підходить ближче до Сонця, ніж Нептун. Але вони мають стійкий резонанс, тому уникають зіткнення.

Орбіта та обертання Плутона

На прохід навколо зірки витрачає 250 років, а осьовий оберт виконує за 6.39 днів. Нахил складає 120 °, що призводить до примітних сезонних коливань. У період сонцестояння ¼ поверхні безперервно прогрівається, а решта знаходиться у темряві.

Склад та атмосфера планети Плутон

З показником щільності в 1.87 г/см 3 Плутон має кам'яне ядро ​​і крижану мантію. Склад поверхневого шару на 98% представлений азотним льодом з невеликим об'ємом метану та окису вуглецю. Цікавим формуванням є Серце Плутона (Область Томбо). Нижче представлена ​​схема будови Плутона.

Дослідники думають, що всередині об'єкт ділиться на шари, а щільне ядро ​​наповнене кам'янистим матеріалом і оточене мантією водяного льоду. У діаметрі ядро ​​тягнеться на 1700 км, що охоплює 70% усієї карликової планети. Розпад радіоактивних елементів вказує на можливий підповерхневий океан з товщиною 100-180 км.

Тонкий атмосферний шар представлений азотом, метаном та окисом вуглецю. Але об'єкт такий холодний, що атмосфера застигає та падає на поверхню. Середній показник температури досягає -229°С.

Супутники Плутона

Карликова планета Плутон має 5 супутників. Найбільшим та найближчим виступає Харон. Його знайшов у 1978 році Джеймс Крісті, який розглядав старі знімки. За ним ховаються решта місяців: Стікс, Нікта, Кербер і Гідра.

Супутники Плутона

2005 року телескоп Хаббл знайшов Нікс і Гідру, а 2011-го – Кербер. Стікс помітили вже під час польоту місії Нові Горизонти у 2012 році.

Харон, Стікс і Кербер мають необхідну масу, щоб сформуватися у вигляді сфероїдів. А ось Нікс і Гідра здаються витягнутими. Система Плутон-Харон цікава тим, що їхній центр мас розташований поза планетою. Через це деякі схиляються до думки про подвійну карликову систему.

До того ж перебувають у приливному блоці та повернені завжди одним боком. У 2007 році на Хароні помітили кристали води та гідрати аміаку. Це говорить про те, що на Плутоні є активні кріогейзери та океан. Супутники могли сформуватися через удар Платона і великого тіла на початку зародження Сонячної системи.

Класифікація планети Плутон

Чому Плутон не вважається планетою? На орбіті з Плутоном 1992 року почали помічати схожі об'єкти, що навело на думку про належність карлика до пояса Койпера. Це змусило замислитись над істинною природою об'єкта.

У 2005 році вчені знайшли транс-нептуновий об'єкт – Еріда. Виявилося, що він більший за Плутона, але ніхто не знав, чи можна назвати його планетою. Однак це стало поштовхом до того, що у планетарній природі Плутона стали сумніватися.

2006 року в МАС розгорнули суперечку з приводу класифікації Плутона. Нові критерії вимагали перебування на сонячній орбіті, наявності достатньої гравітації на формування сфери та очищення орбіти з інших об'єктів.

Плутон провалився за третім пунктом. На зборах вирішили, що такі планети слід називати карликами. Але не всі підтримали це рішення. Проти активно виступали Алан Стерн та Марк Бай.

2008 року провели ще одну наукову дискусію, яка не призвела до єдиної думки. Але МАС затвердило офіційну класифікацію Плутона як карликової планети. Тепер ви знаєте, чому Плутон не планета.

Дослідження планети Плутон

За Плутоном складно спостерігати, тому що він крихітний і розташований дуже далеко. У 1980-х роках. НАСА почали планувати надсилання місії Вояджер-1. Але вони все ж таки орієнтувалися на супутник Сатурна Титан, тому не змогли навідатися до планети. Вояджер-2 також не розглядав цієї траєкторії.

Але в 1977 році порушили питання про досягнення Плутона та транс-нептунових об'єктів. Створилася програма Плутон-Койпер Експрес, яку скасували 2000 року, оскільки закінчилося фінансування. 2003 року стартував проект Нові Горизонти, який вирушив у 2006 році. У тому ж році з'явилися перші фото об'єкта під час тестування інструменту LORRI.

Апарат почав наближатися в 2015 році і надсилав фото карликової планети Плутон на віддаленість 203 000 000 км. На них відобразилися Плутон та Харон.

Найближчий підхід стався 14 липня, коли вдалося видобути найкращі та детальні кадри. Зараз апарат рухається на швидкості о 14.52 км/с. З цією місією ми отримали величезну кількість інформації, яку ще доведеться перетравити та усвідомити. Але важливо, що ми також краще розуміємо процес формування системи та інші подібні об'єкти. Далі можете уважно вивчити карту Плутона та фото особливостей його поверхні

Будова Плутона

Становище та рух Плутона

Поверхня Плутона