Записки дилетанта: Новини з Плутона (оновлюється)

суботу, 18 липня 2015 р.

Новини з Плутона (оновлюється)

Отож, новини із системи Плутона.

Почнемо з того місця, де ми станцію залишили [на жаль, через технічні обмеження, це було досить давно]. Найкраще фото здалеку:

Останні навігаційні фото Плутона та Харона, 12 липня 2015, 08:45 і 08:50 UTC, відповідно, віддаль -- 2.5 млн км.
(c) NASA / JHUAPL / SwRI

На прес-конференції від наземної команди, разом із цією фото було опубліковано попередні наукові результати:

Уточнили розмір --- радіус складає 1185 +/- 10 км.
Кращі наземні результати див. тут: "Pluto's atmosphere from stellar occultations in 2012 and 2013", 1190 +/- 5, якщо вважати, що тропосфери немає, 1168 - 1195 км якщо є (грубо, 1182 +/- 14 км). Тобто, ймовірно, тропосфера значно тонша, ніж вважалося, можливо -- взагалі відсутня.
Підтверджено полярну шапку із метанового та азотного льоду.
Іонізований азот виявили значно далі від планетки, ніж очікувалося, на віддалі 6 млн км, замість очікуваних 1-2.5 млн км. Або витікання атмосфери в космос швидше, ніж вважалося, або тут працюють якісь ще не відомі механізми -- чи то іонізація відбувається швидше, ніж очікувалося, чи то їх концентрація вздовж траєкторії станції чомусь вища, ніж в середньому в околицях Плутона.

Ще одне фото, забарвлене даними MVIC, але різниця кольорів сильно підсилена -- для наочності! (Популярний інструмент в астрономії).

Плутон і Харон в (штучних, точніше -- підсилених) кольорах. 13 липня 2014 р, 19:38 UTC.
(c) NASA/APL/SwRI

Перед самим прольотом передали "аварійне" фото -- краще, на той момент, в ролі "втішного призу", якщо під час прольоту щось піде не так:

"Серце" на Плутоні, розміром більше півтори тисячі кілометрів. :-) (Але див. попереднє фото -- його ліва і права частини різного кольору, значить за будовою/складом вони сильно відрізняються). 13 липня 2015 р, 768 000 км, LORRI + колір з Ralph.
Внутрішня назва цієї ділянки --- регіон Томбо, на честь першовідкривача (Tombaugh regio).
(c) NASA/APL/SwRI

Цю півсферу Плутона вибрали для дослідження свідомо, ще з земних фото (земних, але не наземних - з "Хабла" :-), було відомо, що вона містить найбільш контрастні ділянки. Зокрема, із земних же спектрів відомо, що ліва сторона "серця" складається із льоду CO, чадного газу.

Зразу можна виділити три типи поверхні: гладку-гладку, без кратерів та ущелин у лівій частині "Серця"; полярну область, де є трохи нерівностей, кратерів та обривів; нарешті -- темні ділянки, із помітною кількістю кратерів та інших нерівностей.

Кажуть науковці, що "наземні" карти, (крім отриманих із затемнень Хароном -- у цих певні труднощі), добре співпадають із отриманими New Horizons. Тому можна приступати до вивчення часових варіації поверхні.

Найтісніше зближення відбулося 14 липня 2015, 11:49:57, перший сигнал після нього чекали з нетерпінням -- мало що, раптом якийсь камінь таки крутився на орбіті, очікуючи на нашу станцію. Сигнал було отримано, строго як заплановано, о 0:52:57 UTC (далеко не завжди виходить так -- іноді АМС люблять нерви позагартовувати), телеметрія виглядала позитивно -- все пройшло за програмою, автономія -- здатність самостійно вирішувати потенційні проблеми, щоб подовжити отримання даних, не зважаючи на збої, не знадобилася жодного разу. SSR, "жорсткий диск" станції, був заповнений до запланованого рівня --- всі дані вдалося отримати, кількість спрацювань двигунів та витрата палива -- теж в межах запланованого (що дало надію на успішне продовження програми та проліт попри ще один об'єкт поясу Койпера).

Поміж того, в Інтернеті з'явилося багато всіляких картинок, пов'язаних із Плутоном. Деякі із них внизу, в розділі "Плутонічні приколи", а тут наведу дві, що ілюструють, чому Плутон таки не дотягує до повноцінної планети:

Земля і Плутон з Хароном. Діаметр першого -- 18.5% земного, другого -- 9.5%.
Взято тут.

Різноманітний "дріб'язок" Сонячної системи, достатньо великий, щоб бути в гідростатичній рівновазі -- іншими словами, бути близьким до сфери. Наведено тільки ті, що відвідані земними АМС. Дрібніші із них, типу Вести вже не дуже сферичні, хоча конкретно вона така через гігантське зіткнення у відносно недавньому минулому.
Плутон, випадково, якраз поруч із Тритоном та Япетом -- двома тілами, згідно Emily Lakdawalla, автора зображення, найбільш на нього схожими.
(c) Montage by Emily Lakdawalla. The Moon: Gari Arrillaga. Other data: NASA/JPL/JHUAPL/SwRI/UCLA/MPS/IDA. Processing by Ted Stryk, Gordan Ugarkovic, Emily Lakdawalla, and Jason Perry.

Ще через десяток годин прибули на Землю і перші фото високої роздільної здатності --- так-званий Look-A Downlink, фото LORRI Плутона, Харона та Гідри у кращій, ніж будь коли раніше, якості (передача тривала півтори години). Потім поступила наступна партія, Look-B Downlink --- дані з частини інших інструментів, (крім Student Dust Counter, Ralph і PEPSSI): фото Нікти, ділянки Плутона із роздільною здатністю 400 м/піксель, ультрафіолетові спектри ALICE, температурні виміри REX, дані про частинки від SWAP. Третій "first look" пакет включав кольорові та інфрачервоні фото від Ralph. Триватиме така передача до 20 липня. Далі, до 14 серпня зображень в програмі передачі не буде --- пріоритетнішими будуть інші задачі. Детальніше програму прибуття даних на Землю див. наприклад, тут: "Расписание выгрузки данных New Horizons, От Димы Вибе" або "What to expect when you're expecting a flyby: Planning your July around New Horizons' Pluto Pictures (version 2)" .

Отож, ось вони:

Харон. 13 липня 2015, 466 000 км, LORRI. Передано стиснуту з втратами версію, роздільна здатність порядку 5 км на піксель -- більш якісний варіант буде передано в майбутньому. (Колір --- за даними з Ralph).
(c) NASA-JHUAPL-SwRI

Перше, що кидається в очі на фото Харона -- надзвичайно молода поверхня (в геологічному сенсі, звичайно). Практично немає кратерів! Подивіться на наш Місяць -- для порівняння. За попередніми оцінками, вік поверхні менше 100 млн років (що є зовсім мало, порівнюючи із 4.56 млрд років --- віком Сонячної системи). При чому, в різних місцях кількість кратерів, все ж, різна. Поверхня явно має складну, і при тому, свіжу, геологічну історію.

Темну область зверху неофіційно назвали "Мордором". Крім того, що темна, вона ще червонувата, при чому, червоний колір поширюється далі, ніж власне темна заглибина (див. ліворуч від найтемнішої частини). Темна область має відносно прямолінійні краї, червона -- розмиті. Ймовірно, це доволі тонкий шар чогось --- скрізь нього проглядаються кратери. Нижче теж видно багато улоговин та обривів.

Праворуч-зверху --- гігантський каньйон. На краю диску, де скрізь нього видно космос, його глибина складає 6-10 км, а довжина -- більше 1000 км! По центру-внизу є ще один каньйон, глибиною до 5 км.

Трохи пізніше опублікували ще одне фото:

Фрагмент Харона у високій роздільній здатності. Висота вставки -- 390 км. Отримано 14 липня 2015, 10:30 UTC, за півтори години до прольоту, з віддалі 79 000 км, камера LORRI.
Позірні прямокутні блоки на зображенні -- наслідок жорсткої компресії! Повні зображення буде передано пізніше.
(c) NASA / JHUAPL / SwRI

Видно акуратненькі кратери, якісь лінійні утвори-розколини (перетинають вони кратери чи кратери наклалися поверх -- поки не зрозуміло), за винятком цих об'єктів, поверхня дуже рівна. Плюс -- загадкова "гора в рові", як її назвали науковці місії, що видно ліворуч-зверху. Зображення отримано із схожого відносного положення, за схожого фазового кута, і з схожої віддалі зображення льодяних гір на Плутоні (див. нижче), тому наочно демонструє різницю між поверхнями.

Сам господар системи, Плутон теж не був жадібним, підготував свої подарунки.

Гори на Плутоні, висотою до 3.5 км! Ймовірно, вони із місцевої гірської породи -- водяного льоду. (Грубо, функції його там такі ж, як наших гранітів-базальтів :-). Дуже молода поверхня, одна із наймолодших в Сонячній системі -- менше 100 млн років. Півтори години до прольоту, віддаль 77 000 км, LORRI.
(c) NASA-JHUAPL-SwRI

Правий край "Серця" -- дуже дивний. Гори, висотою до 3.5 км, дуже молода поверхня. Ймовірно, гори сформовані водяним льодом -- за місцевих умов, твердим, як камінь, матеріалом, що виконує в таких холодних краях роль гірських порід. Справа в тому, що з метанового чи азотного льоду, яким, як думалося, вкрита поверхня, гори такої висоти не зробиш. Поверхня молода -- менше 100 млн років. Не виключено, що геологічні процеси продовжуються і зараз, хоча, якщо так, це й буде дуже дивним -- не зрозумілі механізми.

Як вже говорилося, Плутон з Хароном --- перші льодяні планетки, відвідані нами, які не є супутниками планет-гігантів. Для останніх, побачивши незвичні геологічні об'єкти є спокуса заявити -- це наслідок приливних сил. Тут такої відмазки немає. :-) Значить, якщо є геологічна активність, вона викликана внутрішніми причинами -- впливу Харона для цього явно замало. Навіть на Тритоні, який мав би бути близьким родичем Плутону --- він теж об'єкт поясу Койпера, лише захоплений Нептуном, немає нічого схожого, не зважаючи на значно більшу доступну енергію (все ті ж приливні сили). Єдине місцеве джерело енергії -- радіоактивний розпад всередині, але раніше не думали, що його достатньо. (Як варіант, популярні моделі приливного розігріву неточні.)

Зауважте -- кратери відсутні. Взагалі. (Не суть, що я їх не бачу --- John Spencer, керівник місії, каже, що теж не бачить.)

[Трішки непристойного гумору. Отам посередині-внизу, то часом не анус Сонячної системи? :-)]

Розробники зразу випустили анімацію, що демонструє, як покращувалися наші фото Плутона з часу його відкриття (див. також це відео). :-)

Плутон. Список використаних зображень -- тут.

Поміж інших даних, 15-го липня було отримано частину інфрачервоних спектрів LEISA, які стосувалися ліній метану, даючи можливість побудувати карту метанового льоду:

Метан на Плутоні. Спектри отримано 12 липня, інструмент LEISA. На фото ліворуч, синій колір відповідає 1.62 - 1.70 мкм, лінії, де метан поглинає помірно сильно, зелений (1.97 - 2.05 мкм) відповідає лінії, де метан НЕ поглинає, і червоний -- лінії, де метан поглинає дуже сильно (2.30 - 2.33 мкм). Праворуч -- два спектри виділених ліворуч ділянок. Полярна ділянка поглинає світло в лініях метану помітно сильніше -- там його явно більше! (На зображенні ліворуч зображено світло у тих лініях, в яких воно ВІДБИЛОСЯ, а не поглинулося, скажімо, там де є метан, червоного не буде). Темні області біля екватору сильно збіднені метаном.
(c) NASA / JHUAPL / SwRI

Попередньо науковці вважають, що метановий лід розчинено в азотному. Різниця у спектрах, крім власне складу, може бути спричинена різницями в текстурах поверхні. Вклад цього фактору ще тільки виясняється.

Передано на Землю 16-го та опубліковано 18-го липня ще одні схожі дані --- розподіл чадного газу (СО) в "серці", районі Томба:

Ізолінії концентрації льоду СО (чадного газу). 14 липня 2015, Ralph.
(с) NASA/JHUAPL/SWRI

Зблизька ця ділянка виглядає так:

"Серце" Плутона, див. підпис до наступного фото.
(c) NASA/JHUAPL/SWRI

Ще ближче:

Детальне зображення області, що знаходиться ліворуч від льодяних гір (частина "серця", регіону Томба), яку пропонують назвати на честь першого супутника, Sputnik Planum. 14 липня 2015 р, роздільна здатність менше км на піксель, віддаль 77 000 км, LORRI. ("Текстурування" в формі маленьких блоків-прямокутників -- наслідок стискання зображення із втратами).
(c) NASA/JHUAPL/SWRI

Видно дивну таку собі поверхню... Характерний розмір отих "комірок" -- 20 км, розділені вони невеликими улоговинами. Нагадує марсіанські чи земні ділянки із льодовиками під поверхнею, (які періодично частково тануть). Ймовірно, улоговини між ними виникли внаслідок сублімації метану. Також видно дрібні виїмки (особливо праворуч), можливо -- місця сублімації льоду тих чи інших газів. Ще один цікавий клас об'єктів -- "стрілки", смуги що йдуть за підвищеннями, можливо -- наслідок дії вітрів, такі собі наноси. Див. те ж зображення із підписами, та врізку із потенційними вітровими "хвостами"-наносами:

Також, в улоговинах видно центральні хребти! Це нагадує рифтові розломи.

Правда, іноді у них гори проглядаються:

Чи то вони там утворилися (щось просочувалося з-під поверхні?), чи то льодовик обтікав скелі...

Щоб отримати загальне враження, така собі анімація, політ над Плутоном:

Однак, станція не тільки розглядала краєвиди. Подивимося на дані з інших приладів.

Проводилися також дослідження атмосфери. Alice слідкував за сонячним затемненням, зафіксувавши атмосферу до висоти 1600 км -- значно вище, ніж очікувалося! Виглядало це якось так:

На графіку праворуч показано відлік ультрафіолетових фотонів. Він паде, через те що сонячне світло проходить через все більшу товщу атмосфери. Синя та червона лінії -- прогнози двох різних моделей, турбулентної і "спокійної" (stagnant) атмосфери. Різниця між ними -- в кількості непрозорих вуглеводнів у атмосфері. Як видно, результат хоч точно і не співпадає, але ближчий до "спокійної" атмосфери, із великою кількістю вуглеводнів (котрі і поглинають ультрафіолет).

Виміри Alice, на сході та заході Сонця. Видно, що спадати кількість світла, яка приходить від Сонця, почала на висоті ~1600 км (1000 миль).
(c) NASA/JHUAPL/SwRI

Так виглядає, що атмосфера симетрична -- ліва і права гілки графіка мало відрізняються. Конкретні місця, над якими було Сонце в момент спостережень, можна побачити тут: "New Horizons Reveals Pluto’s Extended Atmosphere", на третьому рисунку.

Попередньо підтверджено очікувану структуру атмосфери --- азот домінує у верхніх шарах, метан -- на середніх висотах, а вуглеводні -- внизу. Детальніше її складові будуть вивчатися найближчі роки, зокрема -- коли більше даних буде передано на Землю.

Також, досліджувався процес втрати атмосфери Плутоном. На диво швидкий процес, як виявилося! Втрачається 500 тон азоту в секунду (проти однієї тони за секунду втрат атмосфери Марса -- теж не особливо ощадливої планети).

Схема взаємодії сонячного вітру із атмосферою Плутона.
(с) NASA/APL/SwRI

Втікаючи, частки атмосфери потрапляють під вплив сонячного ультрафіолету, іонізуються та підхоплюється сонячним вітром (так-звані pick-up іони). Зокрема, SWAP виявив регіон, із холодними іонізованим азотом позаду Плутона, захищений від сонячного вітру, десь між 77 000 і 109 000 км позаду карликової планети -- плазмовий хвіст. Що цікаво, ці ж іони інший прилад, PEPSSI, виявив і спереду Плутона.

Сильні втрати атмосфери, напевне, компенсуються сублімацією з поверхні. Оцінки показують, що за час свого існування Плутон міг втратити таким чином кілометрів шість свого діаметру.

Сфотографовано було і Гідру. За оцінками "Хаббла", її розмір вважався 58х34 км, фото New Horizons показали, що він ближче до 42х33 км, але при тому супутник вигнутий:

Гідра. В Інтернеті активно показують перший варіант фото, але враховуючи мізерну кількість пікселів, роздивитися, скласти уявлення про тіло, по ньому важко (IMHO, звичайно). Тому зразу наводжу зменшений варіант.
Роздільна здатність -- 3 км на піксель, темна штука праворуч (кратер?) -- діаметром ~10 км. Віддаль 640 000, LORRI.
(c) NASA-JHUAPL-SwRI

Супутник вкритий льодом, альбедо -- десь між Плутоном та Хароном. Форма -- ну, як мінімум, екзотична. Фазовий кут -- 16 градусів, Сонце майже позаду станції, тобто це -- не серпик, як у неповного Місяця, воно справді таке "погнуте". Так, комета Чурюмова-Герасименко -- теж, але комета багато менша!

Ще один "камінь", дрібний супутник, Нікта:

Нікта. Виглядає трохи витягнутою, середній діаметр близько 40 км. Роздільна здатність -- менше 6 км на піксель, віддаль 590 000 км, 13 липня 2015, LORRI.
(с) NASA/JHUAPL/SWRI

Поміж то все, "Rosetta" теж сфотографувала Плутон! Все ж, вона також тіло з поясу Койпера досліджує. :-)

Плутон на фотографіях "Розетти". 12 липня 2015, камера OSIRIS.
Сумарна витримка -- три години, 20 зображень із витримкою по 10 хв, котрі потім накладалися і ретельно оброблялися. Місце Плутона відмічено синім кружечком. "Сміття" на зображенні ліворуч -- кометні пилинки та сніжки, що літають навколо, по середині -- зоряне поле, праворуч -- Плутон, який вдалося виділити після обробки. Кажуть оператори Rosetta, що це саме по собі чудо -- OSIRIS, все ж, для іншого призначена.
(c) ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Оновлюється в цьому місці...