В бесконечность и дальше: история миссии «Новые горизонты»

4 июля 12:00

3449

22 минуты на чтение

По накалу эмоций изучение Солнечной системы напоминает эпоху Великих географических открытий. Когда космический аппарат присылает первые детальные фотографии другого небесного тела, люди испытывают чувства, которые можно сравнить с чувствами мореплавателей древности, впервые увидевших новую землю.

В июле 2015 года все любители космонавтики подобным образом прикоснулись к истории, когда всего за несколько дней Плутон превратился для них из далёкой тусклой точки в полноценный мир, не похожий ни на что виденное ранее. Благодарить за это стоит миссию «Новые горизонты». Вспоминаем запутанную историю миссии и рассказываем, что именно удалось обнаружить учёным.

Открытие по ошибке

В отличие от профессиональных астрономов, астроном-любитель Персиваль Лоуэлл решился взяться за поиски планеты Икс

Плутон был открыт 18 февраля 1930 года молодым американским астрономом Клайдом Томбо. Это событие стало кульминацией истории, чьи корни уходят ещё в конец XVIII века, когда Уильям Гершель открыл Уран. Астрономы быстро выяснили, что седьмая планета «своевольничает»: двигается по орбите то с отставанием, то с опережением расчётного времени. Одна из гипотез объясняла это тем, что на Уран воздействует гравитация ещё не открытой планеты Солнечной системы. Она подтвердилась в 1846 году: астрономы Иоганн Галле и Генрих д’Арре, руководствуясь расчётами математика Урбена Леверье, обнаружили возмутителя спокойствия — восьмую планету Солнечной системы, которая получила название Нептун.

Однако даже после того, как учёные внесли предполагаемую массу Нептуна в гравитационное уравнение, в движении Урана остались отклонения. Совсем небольшие, в десятки раз меньше тех, что вызывал Нептун, однако не все были готовы их игнорировать. В результате появилась гипотеза о существовании ещё одной неизвестной планеты Солнечной системы — планеты Икс.

Проблема заключалась в том, что планета Икс должна была находиться на ещё бо́льшем расстоянии от Солнца, чем Нептун. Даже в самых мощных телескопах того времени она выглядела бы как очень тусклая звёздочка, движение которой практически не заметно глазу. Задача казалась невыполнимой, профессиональные астрономы просто отказались за неё браться. Иронично, что в итоге за неё взялся любитель — американский бизнесмен, дипломат и по совместительству большой энтузиаст астрономии Персиваль Лоуэлл. Он рассчитал, что неуловимая планета должна находиться где-то около созвездия Близнецов. После этого Лоуэлл приступил к поискам: он фотографировал и сравнивал снимки участков неба, пытаясь найти сместившиеся объекты.

Сместившаяся точка-Плутон, которую нашёл Клайд Томбо. А вы бы заметили?

Со смертью Лоуэлла в 1916 году поиски планеты Икс надолго прервались и возобновились лишь в конце следующего десятилетия, когда племянник Лоуэлла решил довести работу знаменитого дяди до конца. Для этого он купил современный фотографический телескоп и нанял человека, который бы посвятил всё своё время решению задачи, — Клайда Томбо.

Томбо начал кропотливо фотографировать участки неба в месте, где, согласно расчётам Лоуэлла, должна была находиться неуловимая планета, а после сравнивал снимки, ища сместившиеся точки, при помощи специального прибора — блинк-компаратора. Прошёл целый год, в течение которого Томбо работал почти без выходных, прежде чем он нашёл нужную сместившуюся точку.

Довольно быстро выяснилось, что обнаруженный мир не особо похож на прочие. Орбиты остальных восьми планет лежат в плоскости эклиптики и близки к круговым. А Плутон движется по вытянутой орбите, наклонённой на 17° по отношению к плоскости эклиптики. В перигелии он приближается к Солнцу на расстояние 4,4 миллиарда километров, а в афелии удаляется на 7,4 миллиарда километров. Из-за этого Плутон иногда подбирается к Солнцу ближе, чем Нептун.

Первооткрыватель Плутона Клайд Томбо стал первым человеком, чей прах был захоронен в космосе

Первоначально астрономы считали, что Плутон по размерам и массе напоминает Землю. Но по мере развития телескопов и техники оценки размеров последней планеты постоянно пересматривали, и наконец к 1970-м годам всем стало понятно, что Плутон слишком мал, чтобы влиять на Уран, и он никак не может быть планетой Икс.

Разгадка пришла в следующем десятилетии. Выяснилось, что массу Нептуна определили с погрешностью, сравнимой с массой Марса. Когда в теоретические модели подставили правильные числа, оказалось, что никакого дополнительного влияния на себе Уран не испытывает. Так что планеты Икс — в том понимании, какое вкладывали в это слово, — никогда не существовало, а расчёты Лоуэлла, на основании которых Клайд Томбо нашёл Плутон, с самого начала были ошибочными. То, что планета оказалась в нужной части неба, — невероятное совпадение. Иными словами, Клайд Томбо сорвал космический джекпот.

Звезда загробного мира

Плутон получил имя благодаря 11-летней школьнице Венеции Берни. Когда её дед, библиотекарь Оксфордского университета, спросил у внучки, как бы она назвала новую планету, та ответила: раз она такая далёкая и холодная, её стоит назвать Плутоном. Деду её ответ понравился, и он рассказал о нём знакомому астроному, а тот передал предложение Лоуэлловской обсерватории. Учёные тоже оценили имя и остановились на этом варианте. Во-первых, оно отлично подходило с точки зрения мифологии. А во-вторых, название начинается с букв П и Л — инициалов Персиваля Лоуэлла.

Первая попытка достичь Плутона

Плутон уступает размерами не только Земле, но и Луне: его диаметр — всего лишь 2376 километров, а масса составляет примерно 1/6 лунной

Хоть астрономы и установили, что Плутон не может быть планетой Икс, это ничуть не уменьшило интереса к нему. На тот момент он считался одиноким странником, непонятно как оказавшимся на краю Солнечной системы, — и астрономам, естественно, хотелось узнать, что же он из себя представляет. При этом надёжные данные о Плутоне оставались скудны: учёным были известны лишь характеристики орбиты и примерные масса и диаметр тела. Чтобы получить более подробную информацию, требовалось отправить к Плутону космический аппарат.

Такой шанс впервые представился в конце 1970-х, когда планеты-гиганты Солнечной системы выстроились в пространстве в гигантскую дугу. Это позволяло изучить их одним заходом, а использовав гравитацию для ускорения космического аппарата, можно было заметно сократить время полёта. NASA собиралось воспользоваться этой уникальной возможностью.

Изначально планировалось построить четыре межпланетных зонда, чтобы два из них пустить по траектории Юпитер — Сатурн — Плутон, а другие два — по траектории Юпитер — Уран — Нептун. К сожалению, реализовать такую программу оказалось слишком дорого, NASA не смогло получить на неё нужных средств. В итоге проект урезали и переименовали в «Вояджер». Теперь планировалось запустить два аппарата к Юпитеру и к Сатурну, хотя возможность продления миссии сохранялась.

«Вояджер-1» мог бы подарить нам превосходные кадры Плутона ещё в 1980-х

NASA

Уже после запуска «Вояджеров» NASA сумело получить разрешение на продление миссии. Вопрос заключался в том, как ею распорядиться. Всё зависело от Титана. Титан — это не только второй по величине из известных нам спутников планет, но и единственный в Солнечной системе спутник с полноценной атмосферой. Разумеется, учёных очень интересовало, что же представляет из себя этот мир. Однако при пролёте Титана гравитация «выкинула» бы «Вояджеры» на траектории, с которых они бы уже не сумели выйти на маршруты к другим планетам Солнечной системы. Если же отказаться от визита к Титану, то один из аппаратов можно было бы послать к Плутону (он бы достиг его в 1986 году), а второй — к Урану и Нептуну.

Перед учёными стоял, мягко говоря, непростой выбор. В самом деле, как определить, какое из небесных тел важнее? Конечно, обмен Урана и Нептуна на один Плутон выглядел не слишком рациональным, так что от этого варианта быстро отказались. Но что насчёт Титана? Да, это крупнейший спутник Сатурна. Да, у него есть атмосфера. С другой стороны, у авторов миссии был шанс за один заход посетить сразу пять планет Солнечной системы (тогда Плутон ещё считался планетой). А такая возможность выпадает буквально лишь раз в жизни.

Но всё же было принято решение «сохранить синицу в руках». Идея посетить Плутон казалась очень соблазнительной — но никто не мог гарантировать, что за время полёта к нему аппарат не сломается и учёные не останутся с носом (тогда никто и не подозревал, что «Вояджеры» продержатся так долго). К тому же было бы очень странно посетить Сатурн, но так и не изучить его крупнейший спутник — который, между прочим, более чем в два раза крупнее Плутона. Так что «Вояджер-1» направили к Титану, а «Вояджер-2» продолжил путешествие к Урану и Нептуну.

В 2011 году Титан сфотографировал «Кассини»

NASA

Уже в наше время энтузиасты космонавтики попытались поиграть в альтернативную историю и задались вопросом: что, если NASA приняло бы другое решение и отправило «Вояджер-1» к Плутону?

Во-первых, эта миссия была бы, по сути, полётом в неизвестность. На тот момент учёные не знали ни точных размеров Плутона, ни того, что у него есть тонкая атмосфера (её существование удалось подтвердить лишь в 1985 году), ни о наличии у него спутникового семейства. Им было бы крайне затруднительно заранее разработать какую-то программу научных наблюдений и пришлось бы много импровизировать на ходу.

Во-вторых, на тот момент пояс Койпера всё ещё оставался не более чем красивой гипотезой. Его существование подтвердили лишь в 1992 году. Так что после пролёта Плутона «Вояджер-1» не удалось бы направить к какому-либо его объекту.

Пояс Койпера — скопления ледяных объектов за орбитой Нептуна; их суммарная масса в десятки раз превосходит массу знаменитого пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера

WilyD [CC BY-CA 3.0]

И в-третьих, значительная часть данных, собранных «Вояджером-1», была бы менее детальной, чем те, что позже получили «Новые горизонты». Впрочем, «Вояджеру-1» удалось бы провести некоторые измерения, недоступные аппарату «Новые горизонты»: у него просто не оказалось нужных инструментов. Кроме того, условия освещения Плутона в 1986 году были лучше, чем в 2015-м. Так что «Вояджер-1» сумел бы сфотографировать почти всю его поверхность.

В целом решение NASA было вполне логичным. Просто всем тем, кто хотел увидеть Плутон, пришлось ждать такой возможности ещё долгих 29 лет.

Внеклассное чтение

Многочисленные драматические перипетии, сопровождавшие сражение за миссию к Плутону, хорошо описаны в книге «За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону» Алана Стерна и Дэвида Гринспуна. Здесь нашлось место всем рассматривавшимся и отменённым проектам, а также многочисленным проблемам, с которыми столкнулись учёные и инженеры на пути к своей цели.

Значительная часть книги посвящена подковёрным бюрократическим играм, едва не погубившим проект, и раскрывает внутреннюю кухню NASA, обычно скрытую от посторонних глаз. Тем, кто интересуется современной космонавтикой, стоит обратить на неё внимание.

Битва за Плутон

Когда «Вояджер-2» сфотографировал Нептун, в Солнечной системе осталась лишь одна планета, которую люди не видели своими глазами

NASA

А теперь перенесёмся в 1989 год. «Вояджер-2» только что совершил пролёт Нептуна. Теперь в Солнечной системе осталась лишь одна неисследованная планета — Плутон (до его «разжалования» оставалось ещё 17 лет). Неудивительно, что в американском научном сообществе зашли разговоры о том, чтобы заполнить последнее белое пятно на карте Солнечной системы. Так сформировалось несколько научных групп, объединённых идеей организовать полёт к Плутону. Одну из них возглавил молодой учёный Алан Стерн, выдвинувший на рассмотрение проект «Плутон-350» — миссию с небольшим 350-килограммовым аппаратом, оснащённым четырьмя научными инструментами. Он смог бы достичь Плутона за 15 лет.

Другой проект предлагал отправить к Плутону куда более мощную автоматическую станцию, основанную на архитектуре «Кассини», с бóльшим количеством научных инструментов. Однако его очень быстро отвергли: реализация обошлась бы слишком дорого. Свой проект разработали и специалисты JPL, Лаборатории реактивного движения NASA. Они предложили послать к Плутону 35-килограммовый зонд: такой миниатюрный аппарат можно было бы разогнать до очень большой скорости и таким образом сократить время полёта. Руководство NASA крайне заинтересовалось этим вариантом и поддержало его разработку. Но вскоре стало понятно, что оценки инженеров были чересчур оптимистичными и построить настолько маленький аппарат у них не получится. Когда масса выросла до 164 килограммов, а стоимость запуска — с 400 миллионов до 1 миллиарда долларов, этот проект тоже положили на полку.

Тем временем Алан Стерн продолжал бороться за «Плутон-350», хотя время для этого было сложное. В 1993 году NASA потеряло дорогостоящий аппарат Mars Observer, и после этого руководство в основном негативно относилось к таким затратным программам. Стерн пытался придумать, как снизить стоимость проекта, и ему пришла в голову идея разделить расходы. В 1994 году он отправился в Россию на переговоры с директором Института космических исследований РАН Альбертом Галеевым. Его план заключался в том, чтобы использовать для запуска ракету «Протон».

Один из проектов предлагал отправить к Плутону большую станцию вроде «Кассини»

NASA

Увы, реализовать идею так и не удалось. Стерн надеялся, что «Протон» предоставят бесплатно — но этого не произошло. Да, его старт стоил меньше, чем старт американской ракеты, однако кто-то всё же должен был взять на себя расходы, а американское законодательство тех лет не позволяло NASA оплачивать запуски российских ракет. Некоторое время рассматривался вариант использовать в качестве посредника Германию. Но затем стало понятно, что регулирующие органы США почти наверняка не разрешат запустить американский аппарат с источником ядерной энергии на российской ракете. Так что «русский гамбит» (как называли эту идею в NASA) рассыпался, словно карточный домик.

На фоне всех этих отмен в изучении Солнечной системы происходила настоящая революция. Астрономы открывали одно за другим ледяные тела за орбитой Нептуна. Выяснилось, что Плутон — вовсе не причудливый одинокий странник, который непонятно как занесло на окраины системы. На самом деле это часть пояса Койпера.

Благодаря этому интерес к идее отправить миссию к Плутону возродился — но теперь учёные хотели исследовать не только его, но и какие-нибудь другие объекты из пояса Койпера. Так на свет появился проект Pluto Kuiper Express, который в конце 1990-х разрабатывала JPL. Миссию планировалось запустить в 2004 году, и всё вроде бы шло неплохо, но затем грянул гром. В 2000 году NASA без предупреждения отменило проект, мотивировав это слишком большими расходами. Более того, было объявлено, что NASA перестанет рассматривать предложения по отправке каких-либо миссий к Плутону в течение следующих десяти лет.

Pluto Kuiper Express в представлении художника

NASA

Многие учёные работали над подобными проектами ещё с конца 1980-х, так что теперь, когда их мечта оказалась столь безжалостно зарезана, категорически отказались мириться с таким положением дел. Они запустили в СМИ активную кампанию, рассказывая, почему эта миссия так важна. Они обращали внимание не только на соображения национального престижа, но и на научные аргументы. Поскольку Плутон движется по очень вытянутой орбите, в течение местного года его достигает очень разный объем солнечного света. Были опасения, что к 2020-м годам по мере удаления от Солнца крайне разреженная атмосфера Плутона полностью вымерзнет и осядет на поверхность.

Кроме того, из-за особенностей орбиты и наклона оси вращения с каждым годом всё большая и большая часть Плутона будет скрываться в зоне полярной ночи. Расчёты показали, что в 2015 году космический аппарат сможет сфотографировать 75% его поверхности, к началу 2020-х — 60%, а к 2030-м — всего лишь 50%.

В итоге из-за всего этого NASA пересмотрело свою позицию и объявило конкурс на организацию миссии к Плутону. Победила заявка команды Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, а возглавлял команду неутомимый Алан Стерн.

Алан Стерн (в центре) и команда радуются тому, что «Новые горизонты» достиг Плутона

Bill Ingalls

Однако даже это не гарантировало, что миссия получит финансирование. Требовалось выполнить ещё одно, финальное условие: добиться того, чтобы проект занял первое место в так называемом декадном обзоре Национальной академии наук США в области планетологии. Этот документ определяет приоритетные направления деятельности на ближайшие годы и ранжирует проекты космических миссий и обсерваторий по степени важности.

Всеми правдами и неправдами команда Стерна всё-таки добилась победы. Весной 2003 года миссия к Плутону наконец получила зелёный свет, однако команда довольно долго не могла определиться с её названием. Её участники не хотели использовать какой-то скучный акроним и искали вдохновляющее имя, призванное передать дух первооткрывательства и исследования неизвестного. В итоге миссию нарекли «Новые горизонты».

Семья Плутона

У Плутона пять спутников. Диаметр крупнейшего из них, Харона, 1200 километров — половина диаметра самого Плутона. Остальные четыре намного меньше: в поперечнике они достигают от 16 до 50 километров.

Плутон и Харон обращаются вокруг общего центра тяжести, лежащего за пределами поверхности первого, и всегда повёрнуты друг к другу одной стороной. До того как Плутон разжаловали в карликовые планеты, некоторые астрономы предлагали присвоить этой паре статус двойной планеты.

Техническое устройство «Новых горизонтов»

На создание «Новых горизонтов» у инженеров было меньше трёх лет

NASA

С получением финансирования сложности, которые команде предстояло преодолеть, не закончились. Стартовое окно для полёта к Плутону открывалось в январе 2006 года, так что на строительство и испытание аппарата оставалось меньше трёх лет. Причём надо было уложиться в 700 миллионов долларов, а для проекта подобного масштаба это не такие уж и большие деньги.

Финансовые ограничения заметно повлияли на архитектуру миссии. Чтобы удержаться в рамках бюджета, конструкторы решили отказаться от поворотной платформы с приборами, как на «Вояджерах». Это означало, что «Новые горизонты» не смогут одновременно проводить научные наблюдения и передавать данные на Землю.

Всё той же экономией было продиктовано решение установить на аппарат запасной радиоизотопный генератор (РИТЭГ), оставшийся от миссии «Кассини». К моменту запуска «Новых горизонтов» его мощность составляла лишь 80% от исходной, и инженерам, чтобы вписаться в энергетический бюджет, пришлось скрипя зубами оснастить «Новые горизонты» менее мощным передатчиком. Из-за этой жертвы доставка собранной информации на Землю после пролёта Плутона заняла больше года, но без неё миссия бы вообще не состоялась.

Сэкономить бюджет также помог режим гибернации. Большую часть полёта к Плутону аппарат провёл в спящем режиме и не требовал большого штата для поддержания работы.

Детектор пыли, установленный на борту «Новых горизонтов», назван в честь Венеции Берни — девочки, давшей имя Плутону: Venetia Burney Student Dust Counter (VBSDC)

NASA

Так что же представлял собой аппарат «Новые горизонты»?

Габаритами он сопоставим с роялем: 0,69 × 2,11 × 2,74 метра. Масса на момент запуска — 478 килограммов, из которых 77 приходилось на топливо. Научную «начинку» составляли семь приборов: три оптических, два для измерения характеристик заряженных частиц, одно устройство для радиоэксперимента (для изучения атмосферы Плутона по характеристикам радиосигнала с Земли) и детектор пыли. Последний инструмент был «студенческим»: его разработала команда студентов из Университета Боулдера в Колорадо в рамках образовательной программы.

В отличие от «Вояджеров», «Новые горизонты» не несли каких-либо посланий для гипотетических пришельцев, зато в аппарат заложили любопытную коллекцию «пасхалок»:

два американских флага;
два компакт-диска (первый с именами 434 738 человек, участвовавших в акции «Отправь своё имя к Плутону», второй — с фото участников миссии);
американская почтовая марка 1991 года с надписью «Плутон (ещё не исследован)»;
два четвертака (один отчеканен в Мэриленде, где построили аппарат, второй — во Флориде, откуда его запустили в космос);
небольшой фрагмент первого частного космического корабля SpaceShipOne;
капсула с частицей праха Клайда Томбо (ум. 1997) — руководители миссии почтили память знаменитого астронома, оказав ему честь стать первым человеком, похороненным в межзвёздном пространстве.

Если когда-нибудь братья по разуму действительно подберут «Новые горизонты», остаётся лишь гадать, какие выводы они сделают относительно назначения всех этих предметов.

Хотя из идеи американо-российской экспедиции к Плутону ничего не вышло, в «Новых горизонтах» можно найти определённый российский след. На первой ступени ракеты «Атлас-5», которая отправила аппарат к Плутону, были установлены знаменитые двигатели РД-180. А питающий «Новые горизонты» РИТЭГ содержит плутоний-238, некогда закупленный NASA в России.

Сложная дорога к Плутону

Ракета с разгонным блоком помогла «Новым горизонтам» стартовать с рекордной скоростью: аппарат пересёк орбиту Луны всего через 9 часов

Kim Shiflett

Запуск состоялся 19 января 2006 года. Ракета «Атлас-5» в своей самой мощной конфигурации и разгонный блок помогли «Новым горизонтам» развить рекордную гелиоцентрическую скорость в 16,26 км/с.

Впрочем, чтобы достичь Плутона в намеченные сроки, такой скорости недостаточно. Нужное ускорение аппарату обеспечил гравитационный манёвр у Юпитера: 28 февраля 2007 года он прошёл на расстоянии в 2,3 миллиона километров от газового гиганта и увеличил свою скорость на 3,89 км/с. Таким образом, время полёта к Плутону сократилось на три года. Специалисты миссии воспользовались пролётом, чтобы проверить инструменты аппарата в действии и провести наблюдения Юпитера и его спутников. В частности, «Новым горизонтам» удалось запечатлеть извержение вулканов Ио.

Пока аппарат летел к Плутону, на Земле произошло много интересного. Например, в августе 2006 года Международный астрономический союз (МАС) утвердил определение планеты, которому Плутон уже не соответствовал. Понятно, что участники команды «Новых горизонтов» скептически восприняли это новшество, указав на множество недостатков в новой формулировке. В своей книге Алан Стерн утверждает, что решение МАС во многом имело «личный» характер. С его слов, одним из его основных инициаторов был британский астроном Брайан Марсден, который почему-то крайне невзлюбил Клайда Томбо и задался целью уничтожить его научное наследие.

По пути к Плутону «Новые горизонты» зафиксировали извержение вулкана на спутнике Юпитера, Ио

NASA

Впрочем, куда больше для миссии значили находки телескопа «Хаббл». С 2005 по 2012 год он обнаружил четыре небольших спутника Плутона. Встал закономерный вопрос: насколько велика вероятность, что семейство его лун включает в себя какие-то ещё не открытые тела? Любое из них могло представлять угрозу «Новым горизонтам». Более того, было высказано предположение, что частицы, выбиваемые с поверхности малых спутников, сформировали вокруг Плутона кольцо, и пролёт через него, согласно расчётам, способен уничтожить аппарат.

Такие опасения добавили немало бессонных ночей инженерам миссии. «Новые горизонты» — пролётная миссия, у аппарата физически не было возможности задержаться в окрестностях Плутона ни на одну минуту больше запланированного. Все основные данные следовало получить в течение нескольких дней, когда аппарат сблизится с бывшей девятой планетой. И если бы у неё действительно обнаружились кольца, это бы полностью поломало кропотливо выстроенную программу полёта и заметно повлияло бы на результативность миссии.

Наиболее напряжёнными для специалистов выдались май и июнь 2015 года: аппарат уже почти добрался до Плутона и шансы на то, что получится своевременно изменить его траекторию, уменьшались с каждым днём. К счастью, многочисленные наблюдения не выявили колец и программу полёта было решено не менять.

Помимо Харона, у Плутона ещё четыре, гораздо более мелких спутника: Никта, Гидра, Кербер и Стикс

NASA

Но в тот момент, когда казалось, что все трудности позади, случилось непредвиденное. 4 июля во время загрузки обновления произошёл сбой бортового компьютера, из-за которого аппарат потерял не только загруженные данные, но и файлы, требовавшиеся для запуска программы пролёта. «Новые горизонты» должны были приступить к выполнению основной научной программы 7 июля, так что у специалистов оставалось меньше трёх дней на то, чтобы устранить последствия сбоя.

Всё это время команда работала в авральном режиме. Спасло миссию то, что под рукой у инженеров был второй симулятор аппарата, предусмотрительно подготовленный на случай, если при пролёте Плутона основной выйдет из строя. Благодаря ему «Новые горизонты» удалось перезапустить за четыре часа до дедлайна и аппарат выполнил научную программу примерно на 95%. К сожалению, наблюдения для поиска неизвестных спутников Плутона пришлось отменить — это стало главной потерей. Если эти луны и существуют, найти их суждено уже кому-то другому.

Тонкости номинации

По правилам МАС топонимы Харона называют в честь легендарных (реальных и вымышленных) странников, путешественников, их кораблей, этапов путешествий, а также в честь визионеров: писателей, режиссёров, художников и иных людей искусства, чьё творчество было посвящено темам космоса и иных миров. Благодаря этому на карте Харона появились впадина Арго, горы Кларка и Кубрика, кратеры Дороти, Пиркс, Насреддин и Садко. Некоторые названия пока что имеют неофициальный статус, например регион Мордор, впадина Серенити и кратеры Рипли и Скайуокер.

Сердце Плутона и треснувший Харон

Плутон (слева) и Харон (справа) в объективе «Новых горизонтов»

The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC

День икс наступил 14 июля 2015 года: «Новые горизонты» пролетели на расстоянии 12 472 километров от Плутона. Дата и расстояние были выбраны неслучайно. Хотя учёные мало что знали о Плутоне, «Хабблу» удалось заметить на его поверхности яркое пятно, которое отличалось от других регионов,— и всем хотелось узнать, что же это такое. Кроме того, пролёт в тот день обеспечивал наилучшие условия наблюдения его спутников.

Как мы уже сказали, из-за ограниченной мощности антенны передача данных, собранных во время пролёта, продолжалась больше года и завершилась лишь в следующем октябре. Но ожидание определённо оправдало себя: перед астрономами предстал мир, совершенно не похожий ни на одно другое тело в Солнечной системе. Чего только стоило первое детальное изображение Плутона: оно показало, что загадочное яркое пятно имеет форму сердца.

До той поры большинство учёных считало, что Плутон, вероятнее всего, геологически мёртвый ледяной шарик, покрытый множеством старых кратеров. Но выяснилось, что это совсем не так. Плутон живёт полноценной космической жизнью.

Плутон — второе тело Солнечной системы с голубым небом

NASA

Для начала у его атмосферы на удивление сложная структура. В ней множество слоёв углеводородной дымки, которая образуется под действием солнечного излучения. Один из наиболее знаковых снимков миссии был сделан, когда Солнце позади Плутона подсвечивало его атмосферу. Красивая голубая дымка окружала всю карликовую планету.

Несмотря на крайнюю разреженность атмосферы, в ней дуют ветра, влияющие на поверхность. А ещё там бывает что-то вроде предрассветного тумана.

Пристальное внимание учёные уделили, конечно, знаменитому «сердцу» Плутона. В диаметре оно достигает 1600 километров (а это две трети диаметра самого Плутона). Его западная часть называется Равниной Спутника. Она покрыта ярким азотным льдом. По бокам её окаймляют горы из водяного льда. Иногда от них отрываются блоки, которые дрейфуют по Равнине Спутника — правда, со скоростью всего несколько сантиметров в год.

На Плутоне ещё нашли участки поверхности с крупными зазубренными образованиями, внешне похожими на лезвия или иглы. Они могут достигать в высоту 500 метров и обычно располагаются рядами с интервалом в 3–5 километров. Нечто подобное есть и на Земле — кальгаспоры, или «кающиеся монахи» («кающиеся снега»): ледяные образования в виде наклонных игл или пирамид. Они встречаются в высокогорьях тропиков и субтропиков и могут вырастать до 30 метров.

Равнина Спутника — западная часть «сердца» Плутона, окружённая горами

NASA

На Плутоне есть высокогорные и сильно кратерированные регионы, а также, собственно, и сами горы. Снимки «Новых горизонтов» показали, что, как и на Земле, наиболее высокие участки там покрыты снегом, состоящим, правда, не из воды, а из метана. В низинах же находятся толины — смесь сложных органических молекул, формирующихся в азотно-метановой атмосфере под воздействием солнечного излучения. Учёным также удалось идентифицировать несколько необычных гор, которые, скорее всего, представляют собой криовулканы: они извергают жидкую или газообразную воду, аммиак и метан.

Харон тоже преподнёс несколько сюрпризов. Если поверхность Плутона в основном состоит из азотных и метановых льдов, то на поверхности спутника доминирует водяной лёд. Главная же «достопримечательность» Харона — гигантская система каньонов глубиной до 9 километров, которая тянется как минимум на тысячу километров вдоль экватора; не исключено, что она даже длиннее знаменитых марсианских Долин Маринера. По одной из гипотез, это всё, что осталось от подповерхностного океана Харона, существовавшего в далёком прошлом: когда он замёрз, недра спутника расширились, и в результате его кора попросту треснула.

Другая необычная особенность Харона — горы, которые буквально вырастают из впадин. Внешне они чем-то напоминают средневековые замки, окружённые рвами. Крупнейшая из них — гора Кубрика; её диаметр — 40 километров, а высота — 3–4 километра. Происхождение гор, возможно, связано с криовулканической активностью, однако точный механизм их образования пока остаётся загадкой для учёных.

На этом снимке Харона видна знаменитая трещина

NASA

Если Харон, скорее всего, полностью лишился своего океана, то с Плутоном всё сложнее. Данные «Новых горизонтов» позволяют предположить, что в его недрах всё ещё существует океан жидкой воды (или её смеси с какими-то веществами, не дающими ей замёрзнуть, — солями, аммиаком). А там, где есть вода, как известно, может быть и жизнь.

Впрочем, так это или нет, мы явно узнаем ещё очень нескоро. Сейчас ни одно космическое агентство не планирует новые миссии к Плутону. А если такие планы и появятся, то их реализация — с учётом подготовки аппарата и времени на полёт — затянется на срок, эквивалентный смене поколения. Нам с вами очень повезло, что «Новые горизонты» преодолели все преграды и всё-таки добрались до Плутона.

В пояс Койпера и к звёздам

Какое-то время Аррокот неофициально называли Ультима Туле

NASA

На пролёте Плутона миссия «Новых горизонтов» не завершилась. С самого начала аппарат планировали дальше направить к какому-нибудь «попутному» объекту из пояса Койпера. Правда, сделать это оказалось сложнее, чем ожидалось: даже у самых мощных наземных телескопов никак не получалось отыскать подходящие тела. Только «Хабблу» удалось найти объект в зоне досягаемости миссии. Он получил официальное имя Аррокот.

«Новые горизонты» встретились с ним 1 января 2019 года. В этот момент Аррокот находился на расстоянии 6,5 миллиарда километров от Солнца — и таким образом стал самым далёким в истории небесным телом, исследованным земным посланцем с близкой дистанции.

Оказалось, что Аррокот представляет собой так называемое контактное тело. В далёком прошлом два объекта обращались друг вокруг друга, а затем столкнулись на небольшой скорости (всего пару метров в секунду) и слиплись. Поверхность Аррокота имеет красный цвет — из-за уже упомянутых толинов; эти органические вещества были найдены в спектрах многих ледяных тел из пояса Койпера.

Траектория полёта «Новых горизонтов» по состоянию на 2021 год

NASA

Более крупная часть Аррокота напоминает гигантский блин или пельмень. По мнению астрономов, именно так выглядели древние планетезимали — зародыши, давшие начало всем нынешним планетам Солнечной системы. Эта область занимает 22 × 20 × 7 километров. Меньшая часть объекта (14 × 14 × 10 километров) скорее походит на традиционную сферу. А ещё на ней обнаружился 8-километровый кратер. Это одна из немногих ударных структур, найденных на Аррокоте, — а значит, он практически не пострадал от столкновений с момента завершения его формирования. Таким образом, этот объект не только самый отдалённый из тех, что исследовали космическим аппаратом, — он также имеет вид, наиболее близкий к первозданному.

После пролёта Аррокота «Новые горизонты» продолжили своё путешествие по поясу Койпера. К сожалению, астрономам больше не удалось найти попутных объектов, к которым можно было бы направить аппарат. Впрочем, он всё равно не сидел без дела, а изучал гелиосферу, проводил удалённую съёмку объектов пояса Койпера, совместно с другими телескопами наблюдал за ближайшими к Солнцу звёздами, чтобы уточнить расстояние до них, а также помог астрономам измерить яркость Вселенной.

Кроме того, «Новые горизонты», вероятно, позволят пересмотреть размеры пояса Койпера. Их детектор пыли (тот самый, построенный студентами) не обнаружил ожидаемого уменьшения её концентрации. Это может свидетельствовать о том, что внешняя граница пояса проходит намного дальше, чем считалось.

РИТЭГ «Новым горизонтам» достался от миссии «Кассини»

NASA

На начало июля 2025 года «Новые горизонты» удалились от Земли более чем на 9 миллиардов километров. По расчётам специалистов, РИТЭГ в аппарате продолжит вырабатывать достаточно энергии для работы до 2030-х годов. После скорой «отставки» «Вояджеров» это будет последний действующий земной посланец на окраине Солнечной системы. Сейчас сложно сказать, когда на сопоставимое расстояние удастся добраться какой-то другой миссии. Тут самое время пожалеть о том, что «Новым горизонтам» достался «неполный» РИТЭГ, из-за чего мы лишились нескольких лет уникальных наблюдений.

Ожидается, что в конце миссии инженеры с помощью камеры «Новых горизонтов» повторят культовую фотографию «Вояджера-1» и заснимут Землю с ещё большей дистанции. После этого аппарат продолжит своё бесконечное путешествие. «Новые горизонты» развили достаточную скорость, чтобы навсегда покинуть Солнечную систему. Аппарат держит путь к центру Млечного Пути — дому гигантских звёзд, регионам активного звездообразования и сверхмассивной чёрной дыре.

Наследие «Новых горизонтов»

В поясе Койпера ещё много неисследованных небесных тел

Об итогах «Новых горизонтов» можно говорить очень долго. Благодаря им Плутон превратился для нас из тусклой точки на снимках телескопов в удивительный и весьма активный мир. А ещё мы увидели Харон и осознали, сколь необыкновенные объекты населяют пояс Койпера.

«Новые горизонты» доказали, что даже такие далёкие и холодные тела, как Плутон, всё ещё могут быть геологически активными, в их недрах может существовать вода. А значит, зона поисков внеземной жизни намного шире, чем считалось ранее, и включает в себя даже столь экстремально далёкие уголки Солнечной системы. Это, возможно, и есть главное наследие миссии.

Впрочем, Плутон хоть и крупнейший, но далеко не единственный занятный объект пояса Койпера. Ещё есть Эрида, чьё открытие и привело к исключению Плутона из списка планет. Диаметром она всего на 20 километров меньше. Можно вспомнить и 2100-километровую Хаумею, которая напоминает гигантское яйцо и совершает один оборот вокруг своей оси менее чем за четыре часа. А ещё есть загадочная Седна: она движется по столь вытянутой орбите, что некоторые астрономы осторожно предполагают, будто Солнце могло перехватить этот объект у другой звезды.

Все эти тела наверняка таят в себе множество сюрпризов, способных побудить учёных переписать учебники по астрономии, — однако о них мы можем лишь гадать. Остаётся надеяться, что человечество всё-таки попытается вновь добраться до пояса Койпера — и в будущем его ледяные миры получат своих первопроходцев, которые поведают нам об их чудесах.