Разведка далеких планет - Владимир Сурдин

Почти сразу же после открытия второго транснептунового объекта (ТНО) к этой области «прилипло» имя «пояс Койпера». Оправдывалось это обычно тем, что в 1951 г. известный американский астроном, выходец из Голландии, Джерард Койпер (Kuiper G. Р., 1905–1973) высказал предположение, что за орбитами планет — гигантов, на расстоянии 35–50 а. е. от Солнца существует область, откуда во внутреннюю часть Солнечной системы приходят короткопериодические кометы. Однако довольно быстро стали выясняться исторические подробности…

Оказалось, что ранее к подобной идее пришел ирландский военный инженер, экономист и астроном — любитель Кеннет Эджворт (Edgeworth К. Е., 1880–1972), опубликовавший в 1943 и 1949 гг. небольшие статьи о происхождении комет. Вторая из них вышла в одном из ведущих астрономических журналов «Monthly Notices of Royal Astronomical Society» (1949, vol. 109, p. 609). В ней Эджворт предположил, что за орбитой Нептуна в наши дни могло бы обитать множество небольших тел — потенциальных ядер комет. С другой стороны, Койпер несколькими годами позже Эджворта высказал гипотезу, что за орбитой Нептуна в эпоху молодости Солнечной системы могли формироваться ядра комет и небольшие тела типа Цереры, но затем они были выброшены оттуда. Койпер считал, что эту область расчистил Плутон, масса которого, по тогдашним оценкам, была примерно такой же, как у Земли. В современную эпоху, полагал Койпер, можно ожидать некоторого числа объектов далее 50 а. е. от Солнца, но в диапазоне от 30 до 50 а. е. (это область движения Плутона) должно быть практически пусто. Иными словами, Койпер не верил в существование пояса Койпера!

После того как вскрылся этот исторический казус, многие астрономы, в особенности европейские, стали называть указанную область «поясом Эджворта — Койпера». Но исторические изыскания на этом не закончились. Выяснилось, что идею о существовании множества тел за орбитой Нептуна первым высказал даже не Эджворт, а американский астроном Фредерик Леонард (Leonard F. С., 1896–1960), причем сразу же после открытия Плутона. В «Записках Тихоокеанского астрономического общества» («Leaflets of the Astronomical Society of the Pacific», 1930, № 30) он утверждал, что Плутон лишь первый, но далеко не последний обитатель пространства за Нептуном.

Несмотря на очень высокий и вполне заслуженный авторитет Койпера, его сомнения в существовании пояса Койпера разделяли далеко не все астрономы. В 1960–е гг. наличие занептунового резервуара комет отстаивал знаменитый гарвардский астроном Фред Уипл (Whipple F. L., 1906–2004), автор известной гипотезы о ядрах комет как о «грязных снежках». Его коллега Эл Камерон независимо от Уипла тоже обосновывал идею занептунового кольца малых тел. Эту идею поддерживали своими исследованиями и другие астрономы, в том числе и советские (Е. И. Казимирчак — Полонская, Б. Ю. Левин, Р. И. Киладзе). Малая масса и нетипичная для планеты орбита Плутона многих подводила к мысли о том, что он первый представитель нового класса объектов. По существу, Койпер оказался единственным, кто отрицал возможность существования современного пояса Койпера! Но его имя было столь популярным, особенно среди американских астрономов (а он действительно много сделал в планетных исследованиях), что без особых сомнений этим именем стали называть область новооткрытых малых тел за Нептуном.

Стоит ли теперь, когда история восстановлена, настаивать на смене названия? Такое мнение существует. Например, некоторые предлагают изменить ставшее уже привычным название на новое — «пояс Уипла» или «пояс Леонарда — Уипла», указывая, что именем Койпера и так уже названы кратеры на Луне, Марсе и Меркурии, самолет — обсерватория, астероид и т. п. Другие предлагают никого не обижать и сменить «пояс Койпера» на «пояс ЛЭджКУип» (LEdgeKWhip belt), объединив в этом изящном термине имена сразу четырех персонажей (Leonard + Edgeworth + Kuiper + Whipple). Поскольку это предложение доводит идею переименования до абсурда, можно не сомневаться, что имя Койпера уже навсегда останется в истории связанным с Плутоном и его семьей. В конце концов, «пояс Койпера» — это всего лишь символ, идентификатор, указывающий на определенную область Солнечной системы и напоминающий нам о замечательном ученом, которого однажды подвела интуиция.

Плутон и его братья

В главе 4 мы уже познакомились с объектами пояса Койпера и прочими ТНО, с историей их открытия и основными подгруппами (плутино, кьюбивано и др.). Хотя исследования этой далекой области еще только разворачиваются, ясно уже, что объекты там очень разнообразны. Например, диаметры обнаруженных тел лежат в пределах от 2500 км у планеты — карлика Эриды до 1 км у самого маленького из зарегистрированных пока объектов, который был замечен телескопом «Хаббл» в декабре 2009 г. Вообще‑то яркость этого малыша оценивается в 35m, т. е. он в 100 раз тусклее, чем способен увидеть «Хаббл». Как же его заметили? Его выдала тень! Объект на мгновение заслонил собой звезду, устроив для «Хаббла» маленькое звездное затмение. Оно обнаружилось при анализе данных со звездных датчиков телескопа, помогающих ему поддерживать точную ориентацию в пространстве. Оказалось, что и эти чисто технические устройства могут послужить для разведки далеких планет. Правда, чтобы сделать это открытие, астрономам Калифорнийского технологического института пришлось проделать огромную работу: проанализировать многолетние непрерывные записи звездных датчиков, чтобы заметить единственное затмение, длившееся ⅓ секунды!

Можно не сомневаться, что с появлением более мощных телескопов за Нептуном будут открыты и более мелкие объекты, а возможно, и более крупные. Кстати, не удивляйтесь, обнаружив в разных публикациях заметно различающиеся данные о размерах «транснептунят»: различить их диски от Земли очень сложно — например, Плутон виден под углом менее 0,1". Поэтому пока их размер оценивают разными методами. К примеру, сразу после открытия Квавара размер его изображения на снимках «Хаббла» оценивался в 0,04", что давало диаметр этой планетки 1 300 км и делало ее крупнейшим объектом, обнаруженным в Солнечной системе после открытия Плутона. Но затем был использован фотометрический метод, давший существенно иной результат. Суть метода проста: падающий на планету солнечный свет частично отражается от ее поверхности, а частично поглощается и переизлучается в инфракрасном диапазоне. Зная расстояние до объекта и измерив его излучение в широком диапазоне спектра — от видимого до ИК, легко вычислить, сколько солнечных лучей он перехватывает, а значит — каков его размер (предполагается, что собственных источников тепла у маленького тела нет). Используя данные наземных и космических ИК — обсерваторий, включая «Спитцер» (NASA), астрономы оценили диаметр Квавара примерно в 850 км. Даже учет некоторых тонких эффектов позволяет сейчас «натянуть» размер Квавара максимум до 900 км. По этой причине Квавар пока не включают в группу планет — карликов, а считают лишь кандидатом в нее.

Рис. 7.6. Слева: наилучшее изображение Квавара, собранное из 16 снимков, полученных в 2002 г. космическим телескопом «Хаббл». Справа: Эрида и ее спутник Дисномия (внизу слева) размером порядка 100 км. Спутник движется вокруг Эриды по круговой орбите радиусом 36400 км с периодом 15,77 сут. Фото: HST NASA

Похожая история произошла и с Седной: первоначально ее размер предполагался около 1700 км, а позже был снижен до 1200÷1600 км. Еще больше неопределенность у Варуны: за пять лет (2002–2007 гг.) оценка ее диаметра уменьшилась с 1000 до 500 км. Казалось бы, такие различия размеров не очень важны, но дело в том, что у многих крупных ТНО обнаружены спутники, наблюдение за движением которых позволяет очень точно определить массу главного тела. Если же мы ошибаемся при измерении его размера, скажем, на 30 %, то вдвое ошибаемся при вычислении объема, а значит, и средней плотности. А ведь именно средняя плотность характеризует состав и даже внутреннюю структуру твердого тела: 5÷6 г/см3 — у тела есть металлическое ядро, З÷4 г/см3 — каменистое тело типа астероида, 1÷2 г/см3 — льдистое тело типа ядра кометы. Иногда встречаются тела с плотностью менее 1 г/см3; их структура, по всей видимости, пористая. Пример — спутник Сатурна Гиперион, похожий на губку и имеющий плотность 0,57 г/см3.

Единственная транснептунная планета — карлик, размер которой удалось измерить весьма точно и даже получить грубое изображение поверхности, — это Плутон. В этом существенно помогли прохождения Харона на фоне Плутона, наблюдавшиеся в 1985–1991 гг.: закрывая часть диска планеты, спутник помог просканировать ее и по вариациям яркости и цвета восстановить размер и вид поверхности. Очень ценными оказались и снимки с космического телескопа. Правда, диск Плутона занимает всего несколько пикселей на ПЗС — матрице «Хаббла». Чтобы получить изображение, имеющее более высокое разрешение, нежели размер пикселя, был использован метод субрастрирования (dithering). Для этого получают несколько последовательных изображений, каждый раз сдвигая приемник на известное расстояние, меньшее размера пикселя. Комбинация полученных снимков дает изображение с «субпиксельным» разрешением. Но для его восстановления понадобилось 4 года непрерывной работы 20 компьютеров. Исходные снимки Плутона были сделаны «Хабблом» в 2002–2003 гг., а итоговое изображение впервые опубликовано лишь в 2010 г. (см. рис. 7.7 и с. 9 цветной вкладки).