Самый далекий плоский снеговик
На расстоянии почти семи миллиардов километров, во тьме и холоде вокруг Солнца вращается один из тысяч кусков льда, пыли и углеводородов - объект пояса Койпера 2014 MU69 или Ultima Thule. До 2014 года о его существовании вообще никто не знал, а в первые дни 2019 года он удостоен особого внимания, поскольку мимо него на близком расстоянии пролетел сделанный человеческими руками космический аппарат New Horizons, и сейчас он передает фотографии и научные данные на далекую теплую январскую Землю.
Межпланетный зонд New Horizons запустили с Земли в начале 2006 года для изучения самой далекой планеты Солнечной системы - Плутона. Всего через полгода после старта космического аппарата Плутон утратил гордое звание планеты, и оказался в числе нескольких карликовых планет вместе с Церерой, Эридой, Хаумеа и Макемаке. В феврале 2007 года New Horizons совершил гравитационный маневр у Юпитера благодаря чему увеличил свою скорость и стал уже межзвездным зондом, превысив скорость покидания Солнечной системы. Теперь к Солнцу он уже не вернется, и обречен на вечное неторопливое блуждание меж звезд, хотя и на преодоление пределов Солнечной системы у него уйдут тысячи лет.
14 июля 2015 года New Horizons пронесся мимо Плутона и выполнил научные задачи, для которых создавался. Напряженная работа всех его научных приборов велась во время сближения, примерно в течение 24 часов. Чтобы передать все собранные результаты с расстояния 5 миллиардов километров понадобилось еще два года.
А что потом?
Космический аппарат сохранял работоспособность, питаемый радиоизотопным термоэлектрическим генератором со смесью американского и российского плутония-238. Устойчивая связь с ним поддерживалась, хотя и скорость передачи данных постепенно падала, из-за увеличения расстояния. В баках оставалось немного гидразина для совершения небольшой коррекции траектории. То есть можно продолжать исследовать, но нечего.
На Плутоне Солнечная система не заканчивается. Эта карликовая планета вращается в поясе Эджворта-Койпера - скопление малых космических тел, преимущественно ледяного состава, которые вращаются вокруг Солнца на круговых или слабоэллиптических орбитах за орбитой Нептуна. За поясом Койпера летают космические тела рассеянного диска - еще более удаленные объекты, с сильно вытянутыми орбитами. А за рассеянным диском в десятках миллиардов километров от Солнца - Облако Оорта - гипотетическе скопление ледяных тел, откуда прилетают долгопериодические кометы. Все эти тела - свидетели формирования Солнечной системы, выброшенные на ее задворки еще в процессе формирования планет, и летающие практически без изменений с той поры.
Учитывая возможности New Horizons, ему подыскивали вторичные цели еще до встречи с Плутоном. Для этого сканировали космическим телескопом Hubble области неба, где зонду предстоит пролетать в будущем. Так удалось обнаружить несколько подходящих объектов пояса Койпера. Каждый из них требовал включения двигателей New Horizons для изменения траектории. Был даже вариант успеть посетить два объекта, но отдали предпочтение одному 2014 MU69, достижение которого было более надежным исходя из запасов топлива и возможностей коррекции.
2014 MU69 летает на слабовытянутой орбите на расстоянии 42-46 астрономических единиц или 6,3-6,9 млрд км от Солнца. Размер около 30 км в поперечнике, и с Земли даже самых больших телескопов Земли недостаточно чтобы разглядеть что-то кроме точки и ее цвета.
Но еще за полтора года до встречи с 2014 MU69, названным Ultima Thule, ученым удалось предугадать его форму и нарисовать много картинок для прессы, и некоторые значительно совпали с увиденным вблизи обликом.
Определить спаренную форму Ultima Thule удалось при помощи астрономического метода, который используют для определения размера и формы пролетающих мимо Земли астероидов. Причем он настолько прост, что доступен даже астрономам-любителям с небольшими телескопами. Это так называемый метод покрытия или транзитный, когда наблюдения ведутся не за астероидом, а за звездой, на фоне которой он пролетает.
Определив траекторию Ultima Thule при помощи наблюдений космических телескопов Hubble и Gaia, ученые рассчитали предстоящее покрытие звезды, которое было видно из Аргентины. В нужное время выставили в поле несколько десятков небольших телескопов, которые направили на эту звезду. Из-за разницы положения и угла обзора телескопы увидели перекрытие звезды пролетающим за шесть миллиардов километров космическим телом с небольшим отклонением, которое и позволило увидеть размер и форму Ultima Thule.
Метод показал удивительную точность, несмотря на такое расстояние и простоту использованной техники. Хотя оставался вопрос одно ли это тело или два отдельных фрагмента тесно вращаются вокруг общего центра масс.
И предсказанный одним телескопом спутник, не подтвердился.
После определения размера и формы ученым оставалось только ждать конца 2018 года, когда камеры New Horizons смогут превзойти возможности наземных телескопов.
Первые наблюдения Ultima Thule с космического аппарата провели еще в августе, но увидеть что-то больше пикселя получилось только в декабре.
Наблюдения привели в замешательство: хотя была очевидна неравномерная форма космического тела, съемка не показала колебаний яркости, что ожидалось из-за осевого вращения.
Только сближение показало, что дело в положении Ultima Thule относительно космического аппарата. Траектория полета New Horizons оказалась близка к оси вращения космического тела, т.е. аппарат приближался со стороны полюса. В такой проекции действительно видимая площадь тела практически не меняется.
Активная работа всех приборов во время пролета длилась 72 часа, сближение проходило на расстоянии 3500 км (в четыре раза ближе чем над Плутоном) на относительной скорости 14,1 км/с. Ближе подлетать не стали из опасений, что у Ultima Thule окажутся пылевые кольца. Теперь требуется время на передачу всех собранных данных. Скорость связи с New Horizons около 1 кб/с поэтому каждое даже черно-белое фото передается несколько часов. NASA организовало несколько пресс-конференций подряд в посленовогодние дни, чтобы делиться самой свежей информацией. В январе примерно на неделю вся связь с New Horizons прекращена из-за того, что между космическим аппаратом и Землей проходило Солнце.
Первые близкие кадры показали, что двойное ядро Ultima Thule поразительно напоминает сдвоенную форму многих комет, которые наблюдались с Земли или космическими аппаратами.
Больше половины всех осмотренных комет оказались в форме кегли или чего-то подобного. Ученые примерно представляют как из кучи кусков льда формируется сдвоенное тело. Примерно рассчитали даже скорость «стыковки» двух ядер - около 80 см/с. Правда пока не объяснили причины такой популярности двойной структуры у комет.
Также ученые NASA разделяют сдвоенные тела (двудольные), вроде кометы Галлея, и контактные двойные (контактные бинарные), вроде 2014 MU69 или 67P/Чурюмова-Герасименко. Разница в прочности связи между двумя частями.
Двойные системы - это объекты состоящие из двух тел, как, например карликовая планета Плутон и Харон. С некоторой натяжкой, двойной (бинарной) системой могут считаться и Земля с Луной. Контактная бинарная система формируется когда две части, вращающиеся вокруг одного центра масс, по какой-то причине теряют энергию, сближаются с касаются друг-друга на небольшой скорости, формируя общую связь.
Ледяным телам такое слияние более доступно чем каменным, хотя и астероиды встречаются. При упрочнении связи получается уже одно космическое тело, имеющее две выделяющиеся доли.
Состав Ultima Thule практически кометный - ледяное тело с высоким содержанием органических соединений и примесью пыли. Поэтому сходство с кометами не удивительно. Теперь говорят о том, что пояс Койпера должен состоять в основной массе из таких двойных тел, разделенных или слившихся, хотя проверить эту гипотезу удастся не скоро.
Коричневый цвет Ultima Thule - тоже характерен для таких удаленных тел. Тот же Плутон довольно пятнистый, причем коричневые участки - самые древние на карликовой планете, что в очередной раз подтверждает древность 2014 MU69. Предполагается, что светлые пятна на Ultima Thule - это древние кратеры, которые затянулись из-за пластичности льда. Причина коричневого цвета поверхности - органические соединения, толины, которые формируются из метана под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения.
Когда пролет состоялся, и на Ultima Thule удалось взглянуть с обратной стороны открылась новая сенсация - объект оказался состоящим из двух плоских половинок, а не сфероидов, как предполагали ранее. Наблюдение на фоне звезд и построенные модели показали, что все прежние гипотезы формирования этого космического тела можно отбросить и искать новые.
Возможности встретить еще один объект дальше Ultima Thule не исключается, но пока подходящих кандидатов не нашли. Немного горючего в баках осталось и после недавнего пролета, так что надежда есть, хотя более вероятны просто удаленные наблюдения.
Дальнейшее будущее New Horizons - покидание нашей Солнечной системы, и передача данных, до окончательной деградации термопар РИТЭГа через несколько лет. Хотя он стал самым быстрым из стартующих с Земли космических аппаратов, его скорость уступает скоростям Voyager, поэтому маловероятно, что удастся дождаться момента его выхода в межзвездное пространство в рабочем состоянии.
Zelenyikot
Поддержать выход новых постов можно через сервис Patreon.
Другие способы оказать поддержку.
Чтобы не пропускать новые посты, подпишитесь на мои страницы в соцсетях:
в ЖЖ, Facebook, Вконтакте, Twitter.