Ветреное сердце Плутона

На этом фото Плутона, сделанном зондом «Новые горизонты» с расстояния 768 000 км, отчетливо виден регион, напоминающий по форме сердечко. Этот регион, по-научному называющийся область Томбо (Tombaugh Regio), образовался около миллиона лет назад, предположительно в результате столкновения с другим космическим телом. Расстояние между крайними точками «сердечка» в самом широком месте составляет приблизительно 1600 км. Если бы этот элемент рельефа находился на Земле, он бы вполне мог поместиться ровно между Москвой и Берлином.

Регионы Плутона принято называть в честь героев хтонической мифологии, космических миссий и ученых, связанных с этой карликовой планетой и поясом Койпера. К примеру, область Томбо — самая крупная область Плутона, — названная в честь Клайда Уильяма Томбо, американского астронома, открывшего Плутон в 1930 году, соседствует с грядами Тартара (Tartarus Dorsa), землями, получившими имена космических аппаратов «Спутник-1» (Равнина Спутника), «Вояджер» (Voyager Terra) и «Хаябуса» (Hayabusa Terra), и прочими более мелкими объектами. Из них особого упоминания заслуживает кратер Берни, названный в честь Венеции Берни (Venetia Burney), которая, будучи одиннадцатилетней школьницей в Оксфорде, и предложила имя «Плутон» для новооткрытой планеты (в 2006 году Плутон разжаловали в карликовые планеты).

Первая официальная карта Плутона, опубликованная в 2017 году, через два года после получения детального изображения поверхности. На карте показано примерно 80% отснятой поверхности. Изображение с сайта nasa.gov

Все эти топонимы Международный астрономический союз официально признал совсем недавно, в 2017 году. А между 2015 годом (когда появилась качественная карта поверхности Плутона) и 2017-м был достаточно любопытный период существования только неофициальной карты, которая выглядит намного разнообразнее. Все имена для нее были коллективно придуманы командой «Новых горизонтов» и представляют очаровательный микс истории астрономии, фольклора и популярной культуры. Так, в темных пятнах под «сердечком», где поверхность покрыта тонким слоем темноцветных толинов, образующихся из-за взаимодействия метана, азота и ультрафиолетового излучения Солнца, поселились Ктулху (морское чудовище из произведений Говарда Лавкрафта), Балрог и Моргот (существа из произведений Джона Толкина), пять богов смерти и подземного мира и один южноамериканский злой дух — Cadejo. Все эти названия на данный момент находятся в статусе обсуждаемых и вполне могут со временем стать официальными.

Неофициальная карта всей поверхности Плутона. Изображение с сайта en.wikipedia.org

В геологическом плане Плутон — очень интересный объект благодаря обилию H₂O. Из него состоит мантия (см. Mantle) карликовой планеты, находящаяся между каменным силикатным ядром и корой из твердого азота с небольшими локальными примесями других льдов (водяного, метанового и из монооксида углерода). Высказываются даже предположения, что если его ядро еще геологически активно, то над ним возможно существование подлёдного океана.

Распределение водяного льда на поверхности Плутона. Изображение получено на основе обработки фотографий в инфракрасном диапазоне, сделанных камерой Ralph (New Horizons). Фото с сайта photojournal.jpl.nasa.gov

Ученым не до конца понятно, как на Плутоне сохраняется геологическая активность. Основной является «гипотеза молодого Плутона», предполагающая, что карликовая планета сформировалась относительно недавно по геологическим меркам и в ее недрах всё еще идет радиоактивный распад или хранится тепло от крупного столкновения с другим телом. Одним из свидетельств существования значительного теплового потока на Плутоне мог бы быть криовулканизм, но активные криовулканы на Плутоне — это пока обсуждаемая гипотеза, а не установленный факт.

Распределение твердого монооксида углерода (CO) в районе равнины Спутника — его количество увеличивается к центру. Фото с сайта nasa.gov

В структуре «сердца Плутона» отчетливо выделяются две части: более светлая равнина Спутника слева и более темная, менее ровная половинка справа, граничащая с грядами Тартара. Различие в цвете объясняется разным геологическим возрастом: светлая часть более молодая и, как недавно установили ученые, в ней наблюдается интересная геологическая активность. Своим ярким цветом и странной сетчатой структурой светлая часть обязана активной конвекции азота (N₂). В ходе этого процесса потоки более теплого твердого азота поднимаются из глубины к поверхности, напоминая работу лава-лампы.

Равнина Спутника крупным планом. Фото с сайта photojournal.jpl.nasa.gov

Каждая из ячеек диаметром 20–30 км представляет один такой вертикальный поток, поднимающийся с глубины примерно десяти километров.

Равнина Спутника в приближении. Более теплый азот поднимается к поверхности из глубины, отдельные «струи» образуют полигональную сеть конвективных ячеек. Ширина области на фото — 400 км. Фото с сайта pluto.jhuapl.edu

А в прошлом году было опубликовано еще более любопытное исследование, которое позволяет называть область Томбо сердцем Плутона уже без кавычек. Правда, не просто сердцем, а скорее сердцем ветров: на основе компьютерных симуляций международная группа исследователей установила, что испарение и сублимация азота в этом регионе, связанные со сменой дневных и ночных температур, руководят циркуляцией атмосферы Плутона. Один день на Плутоне длится 6,4 земных дня, а температура меняется от −240°С ночью до −228°С днем. Подобные циклы или «биения», как их романтично назвали в статье, вызывают ветры, следы которых заметны в рельефе. На поверхности наблюдаются продольные темные полосы пыли и дюны как раз в направлениях ветров, которые предсказывает компьютерная модель. Более того, благодаря биениям азотного сердца вся атмосфера карликовой планеты циркулирует в направлении, обратном ее вращению.

Метановые дюны на поверхности равнины Спутника. A — местоположение равнины с районами снимков B и E; B — положение участка С; С — положение снимка D, x — полосы, предположительно возникшие из-за ветра; D: y — типичные раздваивающиеся дюны, z — ветровой след; E — x — возможные следы ветров. Изображение из статьи M. Telfer et al., 2018. Dunes on Pluto

Фото с сайта nasa.gov, композитное изображение из снимков, сделанных камерами приборов LORRI и Ralph 13 июля 2015 года.

Кирилл Власов