На протяжении семи десятилетий Плутон носил звание девятой планеты Солнечной системы. Считалось, что его орбита отмечает границу, за которой следует огромная пустота, простирающаяся вплоть до облака Оорта — гипотетического региона, из которого в Солнечную систему прилетают новые кометы.

Теперь мы знаем, что это не так. Плутон — вовсе не одинокий странник на окраине Солнечной системы, а лишь одно из множества ледяных тел. Но все это не делает его менее интересным, скорее, наоборот. Сегодня мы расскажем о том, как человечество сумело исследовать этот далекий и странный мир, а также, почему его лишили статуса планеты.

В поисках новой планеты Х

В 1846 году, руководствуясь расчетами французского математика Урбена Леверье, астрономы Иоганн Галле и Генрих д’Арре совершили одно из наиболее значимых открытий ХІХ века. Они обнаружили планету Нептун.

Открытие на кончике пера не было случайностью. Леверье пытался найти планету Х — небесное тело, вызывавшее отклонения в орбите Урана. Однако, после того как были произведены первые оценки массы Нептуна, часть исследователей принялись утверждать, что ее недостаточно, чтобы объяснить все отклонения в орбите Урана. Другим аргументом в пользу этого предположения были аномалии в траекториях некоторых комет. Следовательно, на окраинах Солнечной системы, вероятно, скрывалась еще одна планета.

Проблема заключалась в том, что новая планета X должна была располагаться на столь большом расстоянии от Солнца, что даже в самые мощные телескопы того времени она бы выглядела как очень тусклая и крайне медленно перемещающаяся звездочка. Поэтому на протяжении долгого времени астрономы не предпринимали серьезных попыток найти это тело.

Все изменилось в начале ХХ века, когда к поискам планеты Х подключился американский бизнесмен Персиваль Лоуэлл. В какой-то момент он очень заинтересовался астрономией и построил крупнейшую в США частную обсерваторию. В 1906 году Лоуэлл инициировал обширный проект по поиску планеты X. Проведенные расчеты показали, что она должна находиться в созвездии Близнецов. Лоуэлл потратил 10 лет, стараясь найти эту планету. По иронии судьбы, в 1915 году его обсерватория дважды сфотографировала Плутон. Увы, на одном из снимков изображение наложилось на звезду, на другом — попало на дефект пластинки. Так что открытие не состоялось.

В 1916 году Лоуэлл умер. Его вдова начала судебные тяжбы по поводу наследства, что привело к прекращению работы обсерватории более чем на десятилетие. Лишь в конце 1928 года она была возобновлена молодым астрономом Клайдом Томбо. Работал ученый в одиночку на новом фотографическом телескопе. Он воспользовался координатами обсерватории Лоуэлла и разбил весь сектор поисков на маленькие участки. Каждый из них он фотографировал три раза с интервалом в 2-3 дня. На одной фотопластинке у него в среднем получалось 160 000 точек — изображений звезд. Задачей было найти среди этих 160 000 точечек одну, которая бы сместилась относительно звезд — она и должна была оказаться искомой планетой X.

Чтобы обнаружить это смещение, Томбо использовал прибор под названием блинк-компаратор. В него помещались две последовательно полученные фотопластинки одного и того же участка неба. За счет перекладывания зеркал исследователь мог попеременно видеть одну из двух пластинок — левую или правую. Важно было так расположить пластинки, чтобы все изображения звезд оставались на месте и сливались воедино. Если же какая-то из точек оказывалась смещенной, то при перекидывании зеркальца она начинала как бы «моргать», что становилось заметно наблюдателю.

Настойчивый астроном работал по 14 часов в сутки на протяжении года почти без выходных. Разумеется, он неоднократно находил смещающиеся точки, но они оказывались либо астероидами, либо кометами. Часто ученый сталкивался с дефектами фотоэмульсии — тогда приходилось использовать третью, контрольную фотопластинку. Ситуацию затрудняло то, что в процессе поисков исследователь приближался к полосе Млечного пути и количество звезд неуклонно увеличивалось, доходя до 400 000 на одной пластинке. Тем не менее, Томбо не сдавался и продолжал работать. 18 февраля 1930 года он обнаружил свою точку.

После того как наблюдения подтвердили, что найденное Клайдом Томбо тело не является астероидом и действительно находится на краю Солнечной системы, встал вопрос о его названии. Среди предлагавшихся вариантов были Зевс, Минерва, Кронос, а также Персиваль. В итоге было выбрано имя, предложенное 11-летней Венецией Берни. На вопрос дедушки, как бы она назвала новую планету, девочка ответила, что раз она такая далекая и холодная, то ее нужно назвать Плутоном в честь римского бога подземного царства. Этот вариант так понравился деду, что он рассказал о нем знакомому профессору астрономии, который и передал его работникам обсерватории Лоуэлла. Во время последующего голосования по определению имени планеты те единогласно выбрали вариант Плутон. Это название не только соответствовало давней традиции именовать планеты в честь богов, но и отдавало своеобразную дань уважения Персивалю Лоуэллу, поскольку первые две его буквы совпадали с инициалами П. Л.

«Уменьшение» Плутона

Несмотря на то, что практически все астрономы того времени безоговорочно признали, что Плутон является той самой планетой Х, оставалась одна проблема. Даже в самые мощные телескопы им все равно не удавалось разглядеть диск Плутона, и он все еще выглядел как звезда. Поэтому считалось, что при массе, схожей с массой Земли, Плутон обладает очень темной поверхностью, почти не отражающей свет.

В остальном же конкретные знания о Плутоне, по сути, исчерпывались лишь его орбитальными характеристиками. Астрономы установили, что новая планета совершает один оборот вокруг Солнца за 248 лет, двигаясь по весьма вытянутой орбите. Ее афелий составляет около 50 а.е. (7,5 млрд км), а перигелий — 30 а.е. (4,5 млрд км). Таким образом, периодически Плутон подходит к Солнцу ближе, чем Нептун. В последний раз такое происходило в период с 1979 по 1999 год.

По мере совершенствования техники оценки массы и диаметра Плутона постепенно уменьшались, и все больше и больше астрономов высказывали сомнения, что он действительно является планетой Х. Финальный гвоздь в крышку гроба этой теории был забит в 1978 году, когда американский астрофизик Джеймс Кристи обнаружил спутник Плутона, получивший название Харон.

Благодаря открытию Харона астрономы сумели наконец определить массу Плутона. Выяснилось, что Земля в 500 раз его тяжелее. Следовательно, Плутон не мог оказать никакого влияния на Уран. Точку в этой истории поставили в конце следующего десятилетия, когда зонд Voyager 2 уточнил массу Нептуна и обнаружил, что она изначально была определена с погрешностью. После ее устранения оказалось, что Уран не подвержен никаким необъяснимым воздействиям со стороны неизвестных тел. Это значит, что планеты Х в ее традиционном понимании никогда не существовало, а открытие Плутона Клайдом Томбо было счастливой случайностью, сделанной на основе изначально ошибочных расчетов.

Долгая дорога к Плутону

Следующее важное открытие, связанное с Плутоном, было сделано в 1988 году, когда у него обнаружилась атмосфера, пускай и крайне разреженная. Кроме того, выяснилось, что масса Харона всего в восемь раз меньше массы Плутона, а их общий центр тяжести расположен вне плутонианской поверхности. Поэтому они вращаются вокруг общей точки в пространстве и постоянно повернуты друг к другу одной и той же стороной. Исходя из этого, некоторые астрономы даже стали рассматривать Плутон и Харон не как планету и ее спутник, а как бинарную (двойную) планету.

Все эти открытия подняли вопрос об организации миссии к Плутону. Еще во время разработки программы Voyager инженеры американского аэрокосмического агентства рассматривали возможность отправить один из зондов к Плутону. Если бы план был одобрен, Voyager 1 навестил бы его в марте 1986 года. Однако по ряду причин NASA отказалось от этой идеи.

После того как в 1989 году Voyager 2 совершил исторический пролет Нептуна, Плутон остался последним крупным неисследованным объектом в окрестностях Солнца (из известных на тот момент). Казалось логичным, что вскоре NASA отправит к нему межпланетный аппарат и уберет последнее белое пятно с карты Солнечной системы.

В конце 1980-х — начале 1990-х годов несколько групп американских ученых и инженеров действительно начали предварительную разработку концептов космического аппарата, который можно было бы послать к Плутону. Один из них, получивший название Pluto 350, предполагал запуск на пролетную траекторию зонда массой 350 кг. К сожалению, в те годы бюджет NASA подвергся урезанию, и ведомство оказалось не готово финансировать еще одну крупную межпланетную миссию. В итоге проект Pluto 350 был закрыт.

Ситуация начала постепенно меняться в конце 1990-х. К тому времени астрономы смогли подтвердить существование пояса Койпера — удаленного региона, наполненного большим количеством ледяных тел, оставшихся со времен формирования Солнца и планет. В начале нулевых исследователи массово открывали крупные транснептуновые объекты, размер которых был сопоставим с Плутоном. Стало понятно, что он является не одиночкой на краю Солнечной системы, а лишь одним из крупнейших представителей целого класса тел. Все это значительно увеличило интерес научного сообщества и широкой общественности к идее отправки космического аппарата в этот неизведанный регион.

В результате Лаборатория реактивного движения NASA разработала новый проект миссии к Плутону, получивший название Pluto Kuiper Express. Ее запуск был запланирован на 2004 год. Но в 2000-м руководство аэрокосмического агентства отменило миссию, сочтя ее слишком дорогостоящей.

К счастью, возглавляемая Аланом Стерном команда исследователей из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса подготовила альтернативный проект миссии к Плутону, позже получившей название New Horizons. При его разработке основной акцент был сделан на относительной дешевизне и быстроте реализации. Так, чтобы снизить издержки, конструкторы предлагали использовать компоненты и инженерные решения от предыдущих миссий NASA — в частности Cassini. Эти меры дали результат и в итоге аэрокосмическая администрация все же одобрила экспедицию к Плутону.

New Horizons был запущен в январе 2006 года. На тот момент Плутон еще носил звание девятой планеты. Он был лишен этого статуса на довольно скандальной сессии Международного астрономического союза (МАС), состоявшейся в августе 2006-го.

Ключевой причиной этого «разжалования» стало открытие в начале нулевых нескольких транснептуновых объектов, сопоставимых с Плутоном по размеру и массе. Это поставило перед астрономами дилемму — либо признать все эти тела планетами, либо объединить их в новую категорию и переклассифицировать Плутон. В итоге выбрали второй вариант и Плутон стали называть карликовой планетой.

Справедливости ради отметим, что в решении МАС сплелись не только научные, но и личные мотивы. Так, по словам Алана Стерна, одной из его основных движущих сил был британский астроном Брайан Марсден, который по какой-то причине сильно невзлюбил Клайда Томбо и поставил себе цель «уничтожить» его научное наследие путем исключения Плутона из списка планет.

Рандеву на границе Солнечной системы

Переклассификация Плутона никак не сказалась на ходе миссии New Horizons. В 2007 году аппарат выполнил гравитационный маневр у Юпитера, а летом 2015-го достиг своей цели.

Стоит сказать, что некоторые инженеры ждали этого события с тревогой. Дело в том, что в 2005-2011 годах телескоп Hubble обнаружил четыре небольших спутника Плутона. Большинство ученых считало, что у карликовой планеты имеются еще неоткрытые луны, а возможно, даже и кольца, столкновение с частицами которых могло бы уничтожить аппарат. Но, к счастью, эти опасения не подтвердились. New Horizons не удалось найти у Плутона ни новых спутников, ни следов колец. Так что его пролету ничего не угрожало.

Историческое событие состоялось 14 июля 2015 года. В тот день New Horizons прошел на расстоянии 12 500 км от поверхности Плутона и за 28 800 км от Харона. После подтверждения, что аппарат успешно пережил сближение и выполнил все необходимые измерения, начался длительный период ретрансляции собранных во время пролета данных.

Ожидания астрономов были вознаграждены с лихвой. До визита New Horizons к Плутону считалось, что он напоминает Тритон, который является захваченным объектом пояса Койпера. Но уже первые фотографии показали, что это не так. Главная отличительная особенность карликовой планеты — «сердце», огромный регион характерной формы поперечником в 2300 км. Его западная часть (Равнина Спутника) представляет собой одну из наиболее удивительных формаций во всей Солнечной системе. Она покрыта гладким азотным льдом, на котором нет ни одного ударного кратера, что говорит об ее исключительной молодости. По краям Равнина Спутника обрамлена горами, состоящими из водяного льда. При температурах на поверхности Плутона он фактически играет роль скалистых пород.

По мнению исследователей, Равнина Спутника — это огромный ударный кратер, постепенно заполнившийся азотом и другими замерзшими летучими веществами. Снимки New Horizons демонстрируют, что этот регион покрыт своего рода плитами, состоящими из азотного льда. Предполагается, что азот под ними пребывает в жидком состоянии. Когда он выходит на поверхность, то замерзает и образует новые плиты. Со временем они «подныривают» под другие, погружаются, тают, после чего процесс повторяется. Таким образом, весь этот регион — нечто вроде гигантской «лава-лампы», обеспечивающей постоянное обновление поверхности.

Другой удивительный факт заключается в том, что по Равнине Спутника плавают самые настоящие айсберги — блоки водяного льда, которые периодически откалываются от окружающих ее гор. Правда, скорость их движения невелика и составляет всего несколько сантиметров в год.

Но Равнина Спутника — далеко не единственная достопримечательность карликовой планеты. New Horizons также смог сфотографировать необычные «зазубренные» участки, покрытые характерными ледяными образованиями, внешне похожими на лезвия (иглы). Их высота достигает 500 м. Обычно они расположены рядами с интервалом в 3-5 км. Эти иглы образуются при вымерзании метана из атмосферы карликовой планеты.

На Плутоне также имеются высокогорные и сильно кратерированные регионы. Снимки New Horizons продемонстрировали, что их наиболее высокие участки покрыты метановым снегом, в то время как в низинах скрываются толины — смесь сложных органических молекул, формирующихся в азотно-метановой атмосфере под воздействием солнечного излучения.

Были собраны ценные данные и о газовой оболочке карликовой планеты. Она оказалась куда сложнее, нежели считали ученые. New Horizons выяснил, что атмосфера Плутона состоит из множества слоев углеводородной дымки. При этом, несмотря на ее крайнюю разреженность, в ней дуют ветра, оказывающие некоторое влияние на поверхность. Один из наиболее знаковых снимков миссии был сделан, когда Солнце находилось позади Плутона, подсвечивая его атмосферу. На этой фотографии карликовую планету окружает красивая голубая дымка.

Харон также преподнес несколько сюрпризов. Оказалось, что вдоль его экватора тянется гигантская система каньонов, глубина которых достигает 9 км. Не исключено, что ее суммарная протяженность даже может превышать длину знаменитой Долины Маринера на Марсе. Скорее всего, некогда Харон обладал подповерхностным океаном. Когда тот замерз, это привело к расширению недр спутника, в результате чего его кора попросту треснула.

Другой необычной особенностью Харона являются горы, которые в прямом смысле слова произрастают из впадин. Предполагается, что их происхождение как-то связано с криовулканической активностью, однако точный механизм пока остается загадкой для ученых.

Что касается Плутона, то по мере обработки данных New Horizons все больше исследователей склоняются к предположению, что в недрах планеты все еще может существовать океан жидкой воды. И вполне возможно, он может быть обитаем.

Впрочем, так это или нет, мы, по всей видимости, узнаем еще нескоро. За прошедшие после визита New Horizons годы было разработано несколько проектов новых миссий к Плутону. К сожалению, сроки их реализации будут измеряться многими десятилетиями. Из-за этого, а также ввиду их значительной дороговизны, все они пока существуют лишь на бумаге. В настоящее время ни у NASA, ни у каких-либо других космических агентств нет официальных планов по отправке новых миссий к карликовой планете. Сейчас сложно сказать, когда эта ситуация может измениться.

В любом случае, пускай мы хотя бы приблизительно не в силах спрогнозировать, когда человеческий посланец вновь побывает в гостях у Плутона, небольшой ледяной мир уже доказал нам главное. Теперь мы знаем, что и столь холодное тело может быть геологически активным. А значит, зона поисков внеземной жизни намного шире, чем считалось ранее, и включает в себя даже настолько экстремально далекие уголки.