SOFIA находит ключи, скрытые в дымке Плутона
AstroNews.ru - 14 Мая 2020 20:19:54
Когда космический корабль «Новые горизонты» прошел мимо Плутона в 2015 году, он обнаружил одну из многих его удивительных особенностей на его снимках. Она заключалась в том, что этот маленький, холодный мир в далекой солнечной системе имеет туманную атмосферу. Теперь, новые данные помогают объяснить нам, как дымка Плутона формируется от слабого света Солнца, находящегося на расстоянии 6 миллиардов километров, когда он движется по своей необычной орбите.
Дистанционные наблюдения Плутона с помощью телескопа SOFIA установленного на самолете показывают, что тонкая дымка, окутывающая Плутон, состоит из очень маленьких частиц, которые остаются в атмосфере в течение длительного периода времени и не сразу падают на поверхность. Данные SOFIA показывают, что эти частицы тумана активно пополняются - открытие, которое пересматривает предсказания о судьбе атмосферы Плутона, когда он перемещается в еще более холодные области пространства на своей орбите составляющей 248 земных лет вокруг Солнца. Результаты опубликованы в научном журнале Icarus.
«Плутон - загадочный объект, который постоянно удивляет нас», - сказал Майкл Перс, ведущий автор статьи и директор Уоллесской астрофизической обсерватории Массачусетского технологического института. «В более ранних наблюдениях были намеки на то, что там может быть дымка, но не было веских доказательств, подтверждающих, что она действительно существовала до тех пор, пока не поступили данные от SOFIA. Теперь мы задаемся вопросом, не разрушится ли атмосфера Плутона в ближайшие годы? - но она может быть более устойчивой, чем мы думали ранее.
SOFIA изучала Плутон всего за две недели до полета миссии «Новые горизонты» в июле 2015 года. Модифицированный Боинг 747 пролетел над Тихим океаном и направил свой почти 2.7-метровый телескоп на Плутон во время затмения, когда Плутон бросил слабую тень на поверхность Земли, когда он проходил перед далекой звездой.
SOFIA наблюдала за средними слоями атмосферы Плутона в инфракрасных и видимых длинах волн, а вскоре после этого космический аппарат «Новые горизонты» исследовал его верхние и нижние слои с помощью радиоволн и ультрафиолетового излучения. Эти объединенные наблюдения, сделанные так близко по времени, дали наиболее полную картину атмосферы Плутона.
Синяя, туманная атмосфера
Атмосфера Плутона, созданная испарением поверхностного льда под отдаленным светом Солнца - это преимущественно азот, наряду с небольшим количеством метана и окиси углерода. Частицы тумана образуются высоко в атмосфере, более чем в 30 километрах над поверхностью, поскольку метан и другие газы реагируют на солнечный свет, а затем медленно оседают на ледяную поверхность.
Миссия «Новые горизонты» нашла доказательства наличия этих частиц, когда отправила назад изображения, показывающие голубоватую дымку в атмосфере Плутона. Теперь данные от SOFIA дополняют эту подробную информацию, обнаружив, что частицы чрезвычайно малы, имеют толщину всего 0,06–0,10 мкм или примерно в 1000 раз меньше ширины человеческого волоса. Из-за их небольшого размера они рассеивают синий свет больше, чем другие цвета, когда дрейфуют к поверхности, создавая синий оттенок.
Благодаря этим новым открытиям ученые пересматривают свои прогнозы относительно судьбы атмосферы Плутона. Многие прогнозы указывали на то, что по мере удаления карликовых планет от Солнца будет испаряться все меньше поверхностного льда - создавая меньше атмосферных газов, в то время как потери в космосе продолжались - что в конечном итоге приведет к атмосферному коллапсу. Но вместо того, чтобы разрушаться, атмосфера, по-видимому, меняется по более короткой циклической схеме.
Применяя то, что ученые узнали от SOFIA для повторного анализа предыдущих наблюдений, в том числе от предшественника SOFIA - воздушной обсерватории Койпера, показывает, что дымка сгущается, а затем исчезает в цикле, продолжающемся всего несколько лет. Это указывает на то, что крошечные частицы создаются относительно быстро. Исследователи предполагают, что необычная орбита Плутона ведет к изменениям в дымке и, следовательно, может быть более важной в регулировании его атмосферы, чем расстояние от Солнца.
Плутон движется вокруг Солнца по длинной орбите овальной формой, называемой эллиптической орбитой, и под углом. Это приводит к тому, что некоторые области планеты-карлика подвергаются большему воздействию солнечного света в разных точках его орбиты. Когда богатые льдом области подвергаются воздействию солнечного света, атмосфера может расширяться и создавать больше частиц тумана, но поскольку эти области начинают получать меньше солнечного света, она может сжиматься и становиться более прозрачной. Этот цикл продолжался даже тогда, когда расстояние Плутона от Солнца увеличивается, хотя неясно, будет ли эта картина продолжаться дальше.
«Мы еще многое не понимаем, но сейчас вынуждены пересмотреть более ранние прогнозы», - сказал Перс. «Атмосфера Плутона может разрушаться медленнее, чем предполагалось ранее, или, может быть, вовсе не разрушаться. Мы должны продолжать следить за этим, чтобы это выяснить».
В погоне за тенью Плутона
SOFIA имела уникальное положение для изучения Плутона издалека, воспользовавшись редким моментом, когда Плутон прошел перед далекой звездой, отбрасывая слабую тень на поверхность Земли. Атмосфера Плутона на мгновение была подсвечена этой звездой.
Ожидалось, что тень Плутона будет двигаться со скоростью 85 000 км в час в течение коротких двух минут над Тихим океаном около Новой Зеландии. SOFIA наметила курс на перехват, но за два часа до затмения обновленные данные переместили тень на 320 километров к северу.
«Для захвата этой тени потребовалось немного усилий. Преимущество SOFIA в том, что она мобильна, но пересмотренный план полета должен был быть сверен с системой управления воздушным движением», - сказал Уильям Рич, заместитель директора SOFIA по научным операциям. «Было несколько напряженных моментов, но команда работала вместе, и мы получили разрешение. Мы достигли тени Плутона как раз в нужное время и были очень рады сделать это!»
Согласие между данными, собранными дистанционно SOFIA и близким пролетом «Новые горизонты», подтверждает, что наблюдения затмений с Земли могут обеспечить такие же высококачественные данные как от космических кораблей.