Плутон почти заполняет кадр на этом изображении, полученном с помощью Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) на борту космического аппарата NASA New Horizons, сделанном 13 июля 2015 года, когда космический аппарат находился на расстоянии 476 000 миль (768 000 километров) от поверхности. Это последнее и самое подробное изображение, отправленное на Землю перед самым близким сближением космического аппарата с Плутоном 14 июля. Цветное изображение было объединено с цветовой информацией с более низким разрешением от инструмента Ralph, полученной ранее 13 июля. На этом изображении доминирует большая яркая деталь, неофициально называемая «сердцем», которая имеет размеры приблизительно 1000 миль (1600 километров) в поперечнике. Сердце граничит с более темными экваториальными ландшафтами, а пятнистая местность к востоку от него (справа) является сложной. Однако даже при таком разрешении большая часть внутренней части сердца выглядит на удивление невыразительной — возможно, это признак продолжающихся геологических процессов. Кредит: NASA/APL/SwRI
Когда в 2006 году Международный астрономический союз объявил, что Плутон лишается статуса девятой планеты Солнца, многие астрономы и неспециалисты были шокированы.
Однако Плутон остается важным объектом для изучения. Сегодня он считается одной из многих карликовых планет за Нептуном, в области в форме пончика, состоящей в основном из ледяных обломков, вращающихся вокруг Солнца, называемой поясом Койпера. Эти окраины Солнечной системы остаются в значительной степени неисследованными. Впервые их достиг космический аппарат New Horizons американского космического агентства NASA; он пролетел близко к Плутону в 2015 году, открыв впечатляющие изображения поверхности и атмосферы карликовой планеты. Но еще многое предстоит узнать.
Вот почему мои коллеги и я из Университета Западной Капской провинции (UWC) в Южной Африке были на седьмом небе от счастья, когда нас пригласили поучаствовать в международной миссии, финансируемой NASA. Мы — группа опытных физиков-ядерщиков с новаторскими исследованиями, охватывающими астрономию и звездные взрывы.
Плутон приблизился к нашему Солнцу в 1989 году. Поскольку он удаляется от Солнца по своей овальной орбите длиной 248 лет, его атмосфера, скорее всего, разрушится и замерзнет на его поверхности в ближайшие несколько лет.
Нас попросили наблюдать редкое событие, которое дало бы представление об атмосфере карликовой планеты и, в частности, об этом вероятном сценарии замерзания. Это событие называется затмением и происходит, когда какой-либо небесный объект проходит перед далекой звездой, временно блокируя или затемняя свет звезды. Это позволяет атмосфере объекта — всего на секунду или около того — действовать как линза, которая усиливает свет звезды. В этом случае затмение было шансом захватить информацию об атмосфере Плутона, как объясняется ниже.
Один телескоп
Мы использовали один современный 0,5-метровый ньютоновский телескоп, который был любезно передан в дар UWC Университетом Вирджинии.
Когда ученые пытаются запечатлеть затмение, они могут использовать один телескоп, который отслеживает тень от прохода объекта, или до 100 телескопов, стратегически распределенных для картирования формы объекта и обнаружения или характеристики спутников и астероидов. Эти телескопы должны быть меньше и мобильнее, чем их более статичные, более крупные эквиваленты, используемые для других исследований.
Установка телескопа и его ввод в эксплуатацию были крупной операцией, которая требовала самых современных объектов и человеческих ресурсов. Студенты и сотрудники факультета физики и астрономии UWC упорно трудились, готовясь к наблюдению, изучая работу телескопа и необходимое программное обеспечение.
Также потребовалась некоторая модификация. Телескоп прибыл с завода с неисправным GPS, который был заменен, и оказался немного короче для наших целей. Мы использовали технологию 3D-печати в университетской лаборатории Modern African Nuclear Detector, чтобы исправить длину и сопоставить фокус телескопа.
Затем настало время главного события.
Запечатлеть момент
4 августа 2024 года мой коллега из UWC Сиямбонга Матшавуле вместе с двумя моими постдоками, Себо Нгветшени и Крейгом Мелем, и моим аспирантом Элайджей Акакпо отправились на место наблюдения. Они присоединились к профессорам Майклу Скрутски и Энн Вербиссер из Университета Вирджинии и НАСА, обоим главным исследователям затмения Плутона и других миссий НАСА, таких как New Horizons.
Место наблюдения находилось в отдаленном районе в провинции Северный Кейп в Южной Африке, примерно в 40 км к северу от города Апингтон. Это была как раз центральная точка или мертвый центр тени Плутона на Земле, простирающейся на 2377 км в диаметре и проходящей через Южную Африку и Намибию со скоростью 85 000 км/ч. Учитывая, что в то же время наша Земля также движется с орбитальной скоростью 107 000 км/ч, определение правильного времени и положения для нашего телескопа имело решающее значение.
Температура достигла 0°C, а небо над нашей точкой наблюдения было частично облачным. Но облака разошлись в нужное время и в нужном месте — и хотя затмение длилось всего несколько секунд, этого могло быть достаточно, чтобы получить важную информацию об атмосфере Плутона.
Проблема была в том, что внезапный и неожиданный порыв ветра на короткое время встряхнул телескоп (и наши сердца) во время затмения. Мы проводим дальнейшую обработку, чтобы удалить полученный шум.
Научное открытие
Во время затмения свет звезды начинает тускнеть, поскольку поглощается атмосферой Плутона. Вскоре после этого происходит центральная вспышка прямо в мертвой точке тени Плутона, где атмосфера Плутона действует как увеличительное стекло, и звезда выглядит ярче, чем до или после затмения.
После центральной вспышки звезда снова начинает тускнеть и в конечном итоге возвращается к своей обычной яркости. Именно эта центральная вспышка показывает, как свет звезды преломляется через атмосферу Плутона, и дает важную информацию о его температуре и химическом составе. Эта информация является входными данными для атмосферных моделей, которые сообщают нам, сжимается ли атмосфера в конечном итоге.
Пока еще слишком рано делать какие-либо выводы об атмосфере Плутона из наших наблюдений, и вполне может быть, что мы не увидим ничего количественного в данных во время нашей первой попытки. Если нет, то примерно в то же время в следующем году у нас появится еще одна возможность. И на этот раз мы будем хорошо подготовлены к внезапным порывам ветра. Мы также возьмем с собой грелки. Приключения где-то рядом!
Информация от: The Conversation
