Когда речь идет о Солнечной системе, прежде всего речь идет о восьми больших планетах и поясе астероидов. В то же время большинство объектов, диаметр которых превышает 100 км, находятся за орбитой Нептуна. Там можно найти отдельный необычный мир, которому во время рассказа о Солнечной системе в основном посвящают лишь несколько абзацев.
Скандальный Плутон
15 марта 1930 года руководитель Ловелловской обсерватории Весто Слейфер объявил об открытии нового астрономического объекта, которому суждено было стать самым скандальным небесным телом в Солнечной системе. Новая планета получила название Плутон, которое предложила 11-летняя школьница. Конечно, не это сделало Плутон таким скандальным сразу после объявления о его открытии. Дело в том, что поиски планеты за Нептуном продолжались с момента открытия восьмой планеты Солнечной системы. Все астрономы были согласны, что для того, чтобы объяснить орбиты Урана, Нептуна и некоторых комет, должна существовать большая девятая планета.
И планета должна была быть настолько большой, чтобы ее достаточно легко можно было бы найти в телескоп. Или же астрономы чего-то сильно не понимали в небесной механике. Шли десятилетия, а новую планету все не находили. Интрига продолжалась. Многие рассчитывали орбиту новой планеты, а астроном Уильям Пикеринг рассчитал орбиты аж семи планет за Нептуном. Но планеты все не было. Наконец еще один заядлый искатель девятой планеты Персиваль Ловелл для подтверждения своих расчетов создал целую обсерваторию, в которой одиннадцать лет тщетно искал новую планету. Ловелл разочаровался в поисках и вскоре умер. А вокруг его обсерватории вспыхнул скандал, потому что свои деньги ученый завещал сотрудникам обсерватории, а не жене, которая категорически с этим не соглашалась.
Судебная тяжба длилась 13 лет. В конце концов обсерватория победила и вернулась к поискам планеты. И вскоре астроном-любитель Клайд Томбо, которого обсерватория наняла конкретно для этой задачи, нашел планету. Это сразу вызвало новый скандал, ведь планета оказалась слишком маленькой для того, чтобы объяснить аномальные орбиты. На Томбо с командой посыпались обвинения в том, что они нашли не то, не там и вообще случайно. К счастью для первооткрывателей, массу Плутона сначала оценили аж в одну массу Земли, поэтому их открытие таки признали. А вопрос о непонятном влиянии на орбиты объяснили неточностью наблюдений.
Кстати, впоследствии стало понятно, что бедный Персиваль Ловелл таки оказался первым человеком, который наблюдал Плутон, хотя и не подозревал об этом. Плутон нашли на фотографической пленке, отснятой Ловеллом в 1915 году. В знак признания заслуг ученого символом Плутона стали буквы PL — «Персиваль Ловелл».
Плутон и Харон
На этом скандалы не закончились, ведь в начале 1970-х годов выяснилось, что масса Плутона не равна массе Земли, а по крайней мере в десять раз меньше. Плутон должен был быть примерно такого же размера как Марс. В 1976 году на нем открыли метановый лед и стало понятно, что он еще меньше и должен иметь массу в сотые и тысячные доли от земной.
В 1978 году у Плутона был открыт спутник Харон. Благодаря ему наконец определили массу Плутона — она оказалась равной 0,22% массы Земли. Сам Харон имел размер лишь вдвое меньше размера Плутона, к тому же вращался вокруг него на чрезвычайно небольшом расстоянии. Когда в следующем, 1979 году Плутон стал ближе к Солнцу, чем Нептун, ученые поняли, что этот объект нагло игнорирует все, что люди знают о планетах.
Сорок лет спустя, уже после того, как возле системы Плутон — Харон пролетела автоматическая станция «Новые горизонты», мы можем уверенно свидетельствовать, насколько это необычное тело. Представьте себе ледяной шар диаметром 2376 км, внутрь которого вморожены камни и замерзшие метан и азот. Это и есть Плутон. На его поверхности есть ледяные горы, которые поднимаются вверх на несколько километров, и ударные кратеры. Значительную часть поверхности Плутона занимает углубленная равнина Спутника. Вполне возможно, что это — гигантский полуразрушенный кратер. Еще на Плутоне есть огромное ледяное сердце — равнина Томбо. На самом деле это гигантский ледник из замерзшего азота, покрывающий ледяные горы. Плутон меньше Луны, но имеет атмосферу, хотя и очень разреженную. Преимущественно она состоит из азота с примесями метана и угарного газа. В то же время на Плутоне адски холодно: 210-230 градусов ниже нуля по шкале Цельсия.
На расстоянии всего в 19,5 тыс. км от Плутона находится такой же шар изо льда и камней, только вдвое меньше — Харон. Сам по себе Харон примечателен преимущественно тем, что объекты на его поверхности предложили назвать в честь писателей-фантастов. Поэтому не стоит удивляться, что здесь есть земля Оз, Мордор и горы Кубрика.
Харон не вращается вокруг Плутона. Зато оба небесных тела вращаются вокруг общего центра масс между ними. По сути, это двойная планета. И, как будто этого было мало, вокруг этой пары вращаются еще четыре небольших спутника неправильной формы: Стикс, Гидра, Никта и Кербер. Вся вместе система из Плутона, Харона и их спутников вращается вокруг Солнца по вытянутой орбите, эксцентриситет которой больше эксцентриситета любой планеты Солнечной системы. В самой отдаленной точке он находится на расстоянии 49 астрономических единиц от светила, а в ближайшей — всего в 29. И один оборот вокруг Солнца он совершает за 249 лет. При этом орбита Плутона еще и наклонена к плоскости эклиптики под углом в 17 градусов. Все вместе это приводит к тому, что каждые 230 лет вся система Плутона приближается к Солнцу ближе, чем Нептун, находится в таком состоянии двадцать лет, после чего снова удаляется в занептунность.
Рассказ о Плутоне и Хароне следует завершить тем, что в римской мифологии Плутон — бог потустороннего царства, а Харон — перевозчик через реку, которая отделяет царство Плутона от мира живых. Стикс — та самая река, через которую Харон перевозил души, Кербер — трехголовый пес, который охранял вход в потустороннее царство, Никта — богиня ночи, которая живет в той же стране, а Гидра — просто огромная многоголовая змея.
Пояс Койпера и Эрида
Еще в 1951 году Джерард Койпер высказал мысль, что когда-то за орбитой Нептуна существовало множество небольших объектов, но они были рассеяны Плутоном. По мере того, как ученые узнавали, насколько Плутон отличается от обычной планеты, крепло убеждение, что пояс Койпера никуда не делся. Первый крупный объект в нем был открыт в 1992 году. Долгое время он имел обозначение просто 1992 QB1, и только в 2018-м получил официальное название Альбион. Очень быстро за первым объектом пояса Койпера появились другие, и уже в 1996 году их насчитывалось 32. Но пока это были относительно небольшие объекты, никто никаких глобальных выводов не делал. Однако в 2003 году астрономы открыли транснептуновый объект радиусом 1163 км, то есть примерно такого же размера, как и Плутон. И у этого объекта также был внушительный спутник.
Сначала новое небесное тело и его спутник назвали Ксеной и Габриэлой в честь героинь популярного тогда фэнтезийного сериала. Однако впоследствии решили, что названия эти недостаточно эпические для того уровня споров, которые повлекло открытие все новых и новых объектов пояса Койпера. Поэтому новое тело получило имя Эриды — греческой богини раздора. А спутник окрестили Дизномией — в честь дочери Эриды, богини беззакония.
Ученые таки пришли к выводу, что с «неправильной планетой» Плутоном и его не менее неправильным окружением надо что-то делать. Решение это обычно формулируют как «Плутон лишили статуса планеты», однако на самом деле тогда все было наоборот. Специально для Плутона и других подобных ему объектов создали отдельный, промежуточный между обычными планетами и астероидами класс карликовых планет, лишив их именно той особенности, которая всех больше всего напрягала в Плутоне. Карликовые планеты, в отличие от больших, недостаточно массивны, чтобы очистить свою орбиту от других тел, поэтому в поясе Койпера их может быть множество. Но при этом форма карликовой планеты должна быть близкой к сферической.
На самом деле насчет сферичности формы мы уверены только в отношении Эриды, Плутона и нескольких других крупных транснептуновых объектов. Слишком уж запредельно далеко, и даже в мощные телескопы его объекты на вид, как пятнышки.
Например, относительно поверхности той же Эриды известно лишь, что она значительно светлее Плутона, то есть содержит в себе гораздо меньше органических компонентов. Что резко контрастирует с темной окраской ее спутника Дизномии. Последняя достаточно большая, имеет диаметр 700 км и вращается вокруг Эриды за 17 суток. В отличие от системы Плутон — Харон это не двойная система, а действительно карликовая планета со спутником. Оборот вокруг Солнца Эрида делает аж за 512 лет, то есть год на ней вдвое больше, чем даже на Плутоне.
Другие крупные объекты пояса Койпера
Впрочем, одной только Эридой удивительный мир занептунья не ограничивается. Так, существует транснептуновый объект Гунгун, средний диаметр которого составляет 1230 км, однако он имеет неправильную форму. Гунгун движется по удлиненной орбите, ближняя точка которой на расстоянии 33 астрономических единиц, а самая отдаленная — за 100 астрономических единиц. И это путешествие занимает у Гунгуна 549 лет. Имя свое Гунгун получил от китайского речного бога, насылающего наводнения и разрушения. Кроме того, Гунгун считается самым красным объектом Солнечной системы.
Квавар — еще один объект, который очень напоминает Эриду и Плутон. Его диаметр — около 1070 км. И у него есть спутник под названием Вейвот с диаметром 170 км. Интересно, что в отличие от Гунгуна, Эриды и Плутона, Квавар с Вейвотом вращаются вокруг Солнца по почти круговой орбите, делая один оборот за 248 лет.
Часто транснептуновые объекты имеют имена богов и персонажей, которых трудно назвать мягкими и пушистыми. Скажем, Орк — эта карликовая планета диаметром около 915 км получила свое имя в честь бога подземного царства, злого воплощения Плутона. Варуна диаметром 678 км названа в честь индуистского судьи вечности. 600-километровый Иксион получил свое название в честь злого царя из греческой мифологии, которого за его злодеяния боги распяли на колесе и запустили вечно крутиться в небе.
Необычная Гаумеа
Когда мы говорим, что карликовые планеты имеют в основном сферическую форму, следует помнить, что у этого правила есть и исключения. Примером здесь может быть Макемаке — карликовая планета, состоящая преимущественно из метана и азота и совершающая один оборот вокруг Солнца за 305 лет. Свое имя она получила от верховного бога жителей острова Пасхи. Необычным этот объект делает то, что экваториальный диаметр у него составляет 1430 км, а полярный — 1500 км. То есть у Макемаке немного вытянутая форма.
Но даже Макемаке не является самым необычным объектом пояса Койпера. Куда удивительнее его карликовая планета Гаумеа, названная именем полинезийской богини плодородия. Гаумеа — самое большое в Солнечной системе «яйцо». Его параметры: 2100 × 1680 × 1074 км. То есть самый большой из размеров этого яйца превышает половину диаметра Луны.
У Гаумеа два спутника. За 49 суток вокруг него вращается 300-километровый Хииака. Свое имя он получил в честь полинезийской богини пения, танцев и колдовства, дочери Гаумеа. Намака, второй спутник Гаумеа диаметром 170 км, совершает один оборот вокруг планеты за 18 суток. Имя он получил в честь другой дочери Гаумеа, богини моря.
Но и это еще не все. Гаумеа имеет систему колец. Как и кольца планет-гигантов, они состоят из частиц разного размера, но не такие плотные и яркие. Их наличие и необычная форма Гаумеа наводят на мысль о том, что в прошлом этот объект подвергся частичному разрушению в результате столкновения с другим крупным телом. Частично эту теорию подтверждает существование «семейства Гаумеа» — группы транснептуновых объектов, имеющих очень похожий на нее химический состав и орбитальные характеристики. Размер самых крупных из них — 200-300 км.
Самые длинные орбиты
Однако не только необычной формой могут удивить транснептуновые объекты. Есть среди них и такие, которые вращаются по невероятно удлиненным орбитам, и период их обращения вокруг Солнца составляет тысячи лет. Классическим примером здесь выступает Седна — тысячекилометровый транснептуновый объект, который носит имя эскимосской богини морских животных. В перигелии эта карликовая планета подходит к Солнцу на 76 астрономических единиц, а это — в полтора раза больше, чем Плутон в своей самой отдаленной точке. А в афелии Седна удаляется от солнца на 1000 астрономических единиц. Вследствие этого она делает один оборот вокруг Солнца за 10 тыс. лет.
И это далеко не рекорд. Лелеакухонуа — объект диаметром около 220 км. В перигелии он подходит к Солнцу на расстояние 65 астрономических единиц, а в афелии удаляется от него на 2037 астрономических единиц. Период обращения вокруг Солнца у Лелеакухонуа составляет 34 тыс. лет. После открытия в 2015 году объект называли Гоблин. А потом он получил современное название, которое является сокращением фразы на гавайском языке, сравнивающей возвращение объекта к Солнцу с возвращением птиц домой. Стало ли от этого лучше — вопрос спорный.
Необычные названия
Лелеакухонуа — довольно необычное название, однако встречаются в поясе Койпера и куда более странные. Среди прочих здесь поселились некоторые герои «Сильмариллиона» Джона Р. Р. Толкиена. Например, транснептуновый объект Манве назвали в честь верховного валар. А у него есть спутник Торандор, названный именем предводителя тех орлов, которые в книге «Хоббит» несли Бильбо Бегинса и гномов к одинокой горе. Следует заметить, что диаметр Торандора составляет 2/3 диаметра Манве, то есть здесь снова речь идет о двойной планете.
Другой транснептуновый объект получил название Таронхайавагон. К вагонам его название не имеет никакого отношения. Это имя бога — творца мира из мифологии ирокезов. Диаметр небесного тела составляет 176 км. Таронхайавагон — один из пары объектов. На расстоянии 27 тыс. км от него находится второй транснептуновый объект этой пары, который назвали Тавискарон в честь злого брата-близнеца Таронхайавагона.
Впрочем, не системе Таронхайавагон — Тавискарон принадлежат самые удивительные названия в занептунье. Так, транснептуновый объект с большим спутником называется Гк’кунл’хомдима. Трудно сказать, сколько в Украине людей знают, как правильно произносить это слово койсанского происхождения. Гк’кунл’хомдима — волшебная девушка-трубкозуб из легенд пустыни Намиб. Да и это еще не все, ведь у космической Гк’кунл’хомдимы есть спутник Гк’о’эк’ху, названный в честь волшебного рога антилопы-орикса, с помощью которого Гк’кунл’хомдима борется со злом. При этом Гк’кунл’хомдима — достаточно крупный объект диаметром 648 км. В главном поясе астероидов, то есть между Марсом и Юпитером, больше нее только Церера. Диаметр Гк’о’эк’ху — около 140 км, он вращается вокруг Гк’кунл’хомдимы за несколько десятков часов. А вместе они обращаются вокруг солнца за 600 лет.
Примечательным для транснептуновых объектов является то, что до сих пор не все они получили собственные названия. Есть по крайней мере восемь крупных тел, диаметр которых превышает 700 км, но имен у них до сих пор нет. А количество безымянных объектов, диаметр которых составляет более 100 км, составляет несколько сотен. Поэтому у каждого есть возможность превзойти по странности названий людей, которые давали имена Гк’кунл’хомдиме и ее спутнику.
Двойные кентавры и другие удивительные объекты
Система Плутон — Харон далеко не единственная двойная система в поясе Койпера, в которой компоненты имеют близкие массы, поэтому вращаются не вокруг друг-друга, а вокруг общего центра масс. Пара Таронхайавагон — Тавискарон яркий пример этого. Кроме нее, есть еще как минимум системы Сила — Нунам и Борасиси — Пабу.
А есть объекты, странные одновременно и потому, что они являются двойными, и потому, что их орбиты пересекают орбиты больших планет, то есть эти пары залетают вглубь Солнечной системы. Объекты, пересекающие орбиты больших планет, называются кентаврами. А те, что при этом представляют собой пару тел — двойными кентаврами. Среди крупных объектов пояса Койпера существуют по крайней мере две пары двойных кентавров. Это системы Кето — Фокий и Тифон — Ехидна. Кстати, последняя пара названа в честь двух чудовищ из древнегреческой мифологии, которые поженились и подарили миру уже упомянутую в этой статье Гидру и Цербера, а также других чудовищ.
Но самый удивительный объект пояса Койпера называется Лемпо — Хииси — Паха. Как нетрудно догадаться, это — система из трех больших тел, каждое из которых получило имя лесного духа из карельской мифологии. Лемпо и Хииси имеют диаметры 272 и 251 км соответственно и вращаются вокруг общего центра масс на расстоянии всего 800 км. А Паха диаметром 132 км вращается вокруг этой пары на расстоянии 7 тыс. км. Однако не эти необычные орбитальные характеристики делают Лемпо — Хииси — Паха таким особенным.
В отличие от Плутона, Эриды и других карликовых планет пояса Койпера, ни один из этих трех объектов не является сплошным телом. По сути это просто огромные кучи камней, которые достаточно слабо сцементированы льдом и только благодаря ему и небольшой силе тяжести держатся вместе. Кстати, в такой структуре нет ничего удивительного. Большое количество комет, залетающих к нам с окраин Солнечной системы, имеют именно такую структуру. Однако для столь крупных небесных тел она еще относительно недавно была экзотикой.
Будущие исследования занептунья
Самое интересное во всем вышеизложенном то, что еще тридцать лет назад мы практически ничего об объектах за Нептуном не знали. То есть на самом деле все описанное — столь же новая тема в астрономии, как и экзопланеты. И влияние занептунья на наши представления о планетных системах отнюдь не меньше.
В сознании большинства любителей астрономии до сих пор живет модель Солнечной системы 1989-х годов, в которой есть только восемь (или девять) планет, вращающихся по круговым орбитам, и всякая мелочь, которую ни называть, ни показывать как следует не надо. Исследования же пояса Койпера показывают нам, что мир небесных тел значительно разнообразнее, чем мы думали. И кроме больших планет, в нашей Солнечной системе есть еще десятки тел среднего размера, которые очень точно назвали карликовыми планетами. И которые оказались фантастичнее всего, что мы видели до этого.
А самое удивительное в занептунне то, что его только начали по-настоящему исследовать. По сравнению с объектами пояса Койпера, даже Уран с Нептуном, не говоря уже о Марсе — хорошо исследованные космические объекты. Потому что в конце концов известно, какой на самом деле на вид только один объект этого пояса — Плутон. Только его поверхность смогли подробно рассмотреть. Остальные же так и остались крошечными пятнышками, которые не в любой телескоп можно увидеть.
Среди прочего объекты занептуння интересны своим химическим составом. Считается, что они больше всего похожи на то, как выглядела ранняя Солнечная система, однако проверить это до сих пор невозможно. Мы знаем, что по соотношению органических соединений, силикатных пород, метанового и водяного льда разные тела существенно отличаются, но взять образцы с каждого из «ледяных карликов» смогут только космические аппараты с двигателями нового поколения.
А пока даже не все крупные объекты пояса Койпера открыли. Потому что Седну и Лелеакухонуа открыли только благодаря тому, что они находились на ближних частях своих вытянутых траекторий. Транснептуновых объектов, которые сейчас находятся возле перигеев своих вытянутых орбит, могут быть тысячи. И их можно увидеть, только если добраться к ним поближе. А до тех пор они еще тысячи лет могут остаться неизвестными. Следовательно, будущее исследование занептуння требует от человечества лучше научиться летать в космосе.
Автор: кандидат технических наук Александр Бурлака
Эта статья была опубликована в №6(188) 2021 года журнала Universe Space Tech. Приобрести этот номер в электронной или бумажной версии можно в нашем магазине.
