Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин

Космический зонд «Рассвет» (Dawn, NASA) вышел на орбиту вокруг Цереры в марте 2015 г. В истории космонавтики это стало первым посещением окрестностей планеты-карлика. В 2018 г. зонд еще функционирует; когда его ресурсы истощатся, он останется вечным спутником Цереры.

Рис. 7.1. Фото Цереры, сделанное зондом «Рассвет» с высоты 385 км. В центре — кратер Оккатор (Occator), имеющий координаты 20° с. ш., 239° в. д. Разрешение 140 м/pix.

Церера была первым открытым астероидом (1801 г.), и в течение двух столетий ее изучали в телескопы, но только космический телескоп «Хаббл» смог разглядеть крупнейшие детали ее поверхности и заметить на ней странные яркие пятна. Теперь на детальных снимках зонда «Рассвет» мы видим, что это свежие выходы водяного льда или отложения солей, вынесенных из недр потоками воды. Судя по средней плотности Цереры (2,16 г/см3), она имеет каменное ядро и толстую ледяную мантию. Поверхность сильно кратерированная и очень темная (альбедо 9 %), как у Луны. Хотя верхний слой Цереры по традиции называют реголитом, он отличается от лунного реголита бóльшим содержанием воды. По-видимому, поверхность Цереры представляет собой глинистый материал с порами, заполненными водяным льдом (около 10 %).

Поскольку наклон экватора Цереры к орбитальной плоскости составляет всего 4°, в ее полярных областях много кратеров, в которые никогда не попадают лучи Солнца. В этих «холодных ловушках» замечен лед. Еще больше льда в глубине Цереры. Например, на дне кратера Оккатор видны отложения льда или солей. Впрочем, почти наверняка это именно лед, поскольку Церера окутана крайне разреженной атмосферой из водяного пара, который, очевидно, образуется при сублимации льда.

Рис. 7.2. Кратер Оккатор диаметром 80 км. На его дне видны отложения льда или солей. Это самое яркое из светлых пятен, замеченных «Хабблом».

Наличие водяного льда под поверхностью делает Цереру в геологическом смысле более живым телом, чем Луна, хотя Церера намного меньше Луны. Кстати, и метеоритных кратеров на поверхности Цереры не так много, как ожидалось, что говорит о действии процессов эрозии, возможно, связанных с активностью недр.

Рис. 7.3. Ледяная гора Ахуна близ экватора Цереры. Высота этого криовулканического купола — немногим более 4 км, диаметр у основания — около 20 км. Слева — фото с орбиты, справа — компьютерная модель, созданная по снимкам в разных ракурсах.

Один из самых интересных объектов на поверхности Цереры — ледяная гора Ахуна (Ahuna). Это криовулкан, результат истечения воды из недр и ее намерзания на склонах. Средняя температура поверхности Цереры у экватора — около –118  °C, а максимальная не превышает −40 °C. Но и при этой температуре лед обладает определенной вязкостью, так что долго такой объект существовать не может. И расчеты, и малое количество метеоритных кратеров на склонах говорят о том, что возраст Ахуны — не более нескольких сотен миллионов лет.

Не исключено, что криовулканизм на Церере в нашу эпоху стимулируется внешними ударами. Например, ледяная гора Ахуна лежит недалеко от антиподной точки крупнейшей ударной структуры на Церере — 280-километрового бассейна Керван (Kerwan). Часть энергии мощного удара переносится сейсмической волной и концентрируется в диаметрально противоположной области планеты, взламывая кору и растапливая ледяную массу под ней, особенно если та насыщена солями. Кстати, склоны Ахуны действительно насыщены натриевой солью угольной кислоты, т. е. карбонатом натрия (Na2CO3). Подобные структуры-антиподы встречаются и на других безатмосферных планетах, например на Меркурии и на Луне. Криовулканы — тоже не редкость. Но уникальность Ахуны в том, что это ближайший к Солнцу криовулкан.

Как видим, Церера оказалась очень интересным и сравнительно легко доступным телом. Ее масса составляет почти треть полной массы Главного пояса астероидов и при этом лишь около 1,3 % от массы Луны (из чего следует, что весь пояс астероидов в 25 раз легче Луны!) Период суточного вращения Цереры — 9 часов. Ускорение силы тяжести на ее поверхности — всего 28 см/с2, т. е. в 35 раз меньше земного. Вторая космическая скорость у поверхности — 0,5 км/с. Это открывает хорошую перспективу для посадки зонда на поверхность Цереры и доставки на Землю ее вещества.

Рис. 7.4. Планеты-карлики с их спутниками и Земля для сравнения. Вид поверхности Эриды, Макемаке и Хаумеи придуман художником: мы пока знаем лишь их размер и форму.

Орбиты остальных четырех карликовых планет целиком или частично лежат в поясе Койпера. Все они заметно крупнее Цереры и все обладают спутниками, что дает возможность определять их массу. «Патриарх» этой группы — Плутон. Он самый большой по размеру и второй по массе (после Эриды) из известных карликовых планет. Как и другие объекты пояса Койпера, Плутон состоит изо льда и камня. По массе он в 6 раз, а по объему в 3 раза меньше Луны. У Плутона есть крупный спутник — Харон, открытый с Земли в 1978 г. Диаметром он лишь вдвое, а массой в 8 раз меньше самой планеты. Харон движется по круговой орбите с периодом 6,4 сут на расстоянии около 20 тыс. км от Плутона. Поскольку центр масс системы Плутон — Харон лежит в пространстве между ними, вне пределов их тел, эту пару нередко называют двойной карликовой планетой. Вокруг Плутона и Харона обращаются четыре маленьких спутника (Кербер, Никта, Гидра и Стикс) диаметрами от 6 до 50 км.

Рис. 7.5. Наилучшие изображения Плутона, полученные издалека (от Земли). Слева: изображение восстановлено математическим методом по результатам наземных изменений яркости Плутона в период прохождения перед ним Харона (1985–1990). Справа: изображение восстановлено по вариациям яркости, вызванным суточным вращением Плутона и наблюдавшимся космическим телескопом «Хаббл».

По стечению обстоятельств первый космический зонд добрался до Плутона лишь на несколько месяцев позже, чем до Цереры, — в июле 2015 г. Это был «New Horizons» (NASA), пролетевший вблизи Плутона и его спутников и передавший детальные снимки их поверхностей. Осуществление этого проекта заняло более 26 лет: 14 лет потребовалось, чтобы проработать проект и добиться его финансирования, еще 4 года — чтобы построить и запустить космический аппарат,