В первые месяцы после встречи американского зонда New Horizons с Плутоном, которая состоялась 14 июля 2015 г., операторы были заняты приемом записанных данных и обеспечением маневра аппарата к следующей цели, а ученые работали над интерпретацией уже полученной информации. 15 октября в Nature была опубликована первая большая статья о результатах исследования Плутона, а в начале ноября завершилась серия коррекций, направивших КА к новому телу занептунного пояса Койпера.


    Как мы уже сообщали, поиск новой цели для New Horizons начался задолго до пролета Плутона, и уже в октябре 2014 г. были названы три подходящих астероида, с которыми аппарат мог сблизиться в 2018-2019 гг. при минимальном отклонении от своей гиперболической траектории.

Синтезированный вид Плутона на основе снимков высокого разрешения камеры LORRI с расстояния 80000 км. Южнее светлой Равнины Спутник лежит темная Область Ктулху

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Точные параметры отлетной траектории довольно существенным образом зависели от обстоятельств встречи с Плутоном, поэтому потребовались детальные навигационные измерения в первые дни и недели после пролета для определения ее реальных параметров. Гиперболическая относительно Солнца орбита стала чуть менее вытянутой: Плутон немного затормозил земной аппарат. Вот какими были ее параметры по состоянию на 16 июня, до пролета:

    - наклонение - 2.345њ;
    - расстояние от Солнца в перигелии - 2.254 а.е. (337.1 млн км);
    - эксцентриситет -1.399.

    ...И вот какими они стали 15 августа:

    - наклонение - 2.423њ;
    - расстояние от Солнца в перигелии - 2.240 а.е. (335.1 млн км);
    - эксцентриситет -1.397.

    Как следствие, 28 августа был объявлен предварительный выбор новой цели. Ею стал занептунный астероид с временным обозначением 2014 MU69, отмеченный в прошлогодних публикациях как кандидат РТ1. Это скромное тело диаметром около 45 км было открыто 26 июня 2014 г. Космическим телескопом имени Хаббла как раз в ходе поисков подходящей цели для New Horizons. Оно обращается вокруг Солнца по орбите с большой полуосью 44.2 а.е. с очень небольшим эксцентриситетом (0.045) и малым наклонением (2.45њ). Такие параметры позволяют классифицировать его как классическое холодное тело пояса Койпера, которое никогда с момента образования не испытывало существенных пертурбаций, всегда оставалось в этой области Солнечной системы и, скорее всего, сохранилось в первозданном виде.
    Встреча с астероидом была назначена на 1 января 2019 г. Назначена в баллистическом смысле - такая 'красивая' дата получалась при оптимальном проведении маневра, перенаправляющего к нему New Horizons. С точки зрения политической и финансовой встреча с 2014 MU69 пока не утверждена: в начале 2016 г. руководитель проекта подаст в NASA заявку на финансирование этого дополнительного этапа, и лишь после ее утверждения можно будет уверено говорить об исследовании данного объекта. Научная группа проекта рассчитывает провести зонд значительно ближе к цели, чем на 12 500 км от Плутона.
    Тем не менее маневр для перенацеливания КА нужно было сделать как можно раньше, чтобы ограничиться минимальным расходом топлива. Поэтому его реализовали еще в ходе 'послеплутоновского' этапа основной миссии. Для удобства планирования и контроля результатов маневр с расчетным приращением скорости 57 м/с разбили на четыре отдельных импульса и начали 22 октября на удалении 119 млн км от Плутона и 5.08 млрд км от Земли.
    Первый импульс был выдан 22 октября в 17:50 UTC по команде бортового компьютера в соответствии с заложенной программой с использованием двух гидразиновых двигателей КА. Они проработали около 16 минут, изменив скорость New Horizons на 10 м/с. Вторая коррекция последовала 25 октября в 17:30; на этот раз двигатели были включены на 25 мин и выдали импульс около 16 м/с, наибольший за все время полета. Третий импульс был дан 28 октября в 17:15 и продолжался еще дольше - около 30 мин; приращение скорости было близко к 19 м/с. Четвертый, выполненный 4 ноября в 18:15 UTC, продолжался менее 20 мин с приращением 12 м/с. Около полуночи через Сеть дальней связи NASA было получено подтверждение: все прошло успешно.
    Разумеется, во всех этих случаях речь шла о векторном приращении гелиоцентрической скорости до и после коррекции. Величина самой скорости в результате изменилась мало, так как не было настоятельной необходимости ни ускорять движение к цели, ни замедлять его: главной целью маневров было отклонить вектор скорости немного в сторону. Суммарный эффект четырех коррекций был такой: гелиоцентрическая скорость увеличилась с 14471 до 14482 м/с (а без них она бы уменьшилась за это время примерно на 7 м/с за счет удаления от Солнца) и изменила свое направление на 0.218њ, что соответствовало боковому импульсу 55 м/с.
    С точки зрения техники New Horizons полностью готов к изучению занептунных объектов. Электропитания от радиоизотопного источника хватит на многие годы, система связи обеспечит хотя и небыстрый, но надежный поток информации с намного больших расстояний, чем от Плутона или от 2014 MU69, а научные приборы способны работать при чрезвычайно низких уровнях освещенности вдали от Солнца.


    Параллельно с подготовкой и проведением коррекций продолжалась передача результатов пролета Плутона, из которых лишь 5% были приняты на Земле 'по горячим следам' события. Продолжительность процесса определялась большим расстоянием (свыше 33 а.е.) и низкой пропускной способностью радиолинии (от 1 до 4 кбит/с, в зависимости от размера и количества задействованных антенн DSN). Такое техническое решение было вполне сознательным: промежутки времени между ключевыми событиями полета (пролеты Юпитера, Плутона и малого занептунного астероида) огромны, так что времени хватит, а более 'быстрая' радиолиния обошлась бы значительно дороже.
    С конца июля аппарат передавал только низкоскоростную информацию по составу энергичных частиц, солнечному ветру и ударам частиц космической пыли. Однако начиная с 5 сентября стали поступать высокоприоритетные изображения, и уже к 10 сентября, когда была опубликована первая их порция, отснятая с максимальным разрешением 0.4 км, площадь Плутона удвоилась.

Через 15 мин после точки максимального сближения с расстояния 18000 км New Horizons заснял в проходящем свете горизонт Плутона и более десятка слоев дымки в атмосфере планеты

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Новые снимки показали, что дымка в атмосфере Плутона имеет множество слоев и создает слабое ночное освещение, благодаря которому камеры New Horizons смогли заглянуть и в теневые области планеты. 'Этот бонусный сумеречный вид - замечательный подарок Плутона нам, - сказал Джон Спенсер (John R. Spencer) из научной команды по фотографиям, геологии и геофизике. - Теперь мы можем изучать геологию территории, которую вообще не предполагали увидеть'. Кстати, на цветном снимке, сделанном на отлете, оказалось, что эта дымка имеет голубой опенок, а значит и небо Плутона -тоже голубое!
    К 24 сентября были приняты снимки области 'змеиной кожи' в Тартаре, вблизи терминатора Плутона, получена подробная карта распределения метана и наиболее качественное цветное изображение планеты. Неделей позже были опубликованы лучший цветной снимок и наиболее детальные фотографии Харона, отражающие его сложную и бурную историю. 8 октября стало известно, что спектрометрия поверхности Плутона прибором Ralph выявила отдельные участки обнаженного водного льда.

Область 'змеиной кожи' в Тартаре

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    20 октября был принят и 22 октября опубликован первый снимок Кербера, одного из малых спутников Плутона. Он оказался двойным объектом с диаметром большего 'выступа' 8 км и меньшего - 5 км, намного меньшим, чем предполагалось по его гравитационному воздействию на движение соседних тел.
    29 октября опубликовали снимок кратера Органа на Хароне. Как оказалось, в ИК-диапазоне на волне 2.2 мкм свежая пятикилометровая 'рана' и выброшенный из нее материал 'светятся' аммиаком. А вот в близлежащем кратере Скайуокер такого же размера оказался лишь обычный лед... 'Это фантастическое открытие, - заявил коллега Спенсера Уилльям МакКиннон (William В. McKinnon). - Концентрированный аммиак - это мощный антифриз для ледовых миров, и, если аммиак действительно поступает изнутри Харона, он может помочь объяснить формирование поверхности спутника процессами, криовулканизма, через извержение холодной аммиачно-водной магмы'.
    Не прошло и двух недель, как 9 ноября было официально объявлено об открытии криовулканизма на Плутоне. Криовулканом признали гору Райт (Wright Mons) в южной части Равнины Спутника - обширное поднятие диаметром 160 км и высотой 4 км с центральной депрессией диаметром 56 км и концентрическими трещинами вокруг нее. Такую же природу, вероятно, имеет и расположенная южнее гора Пиккар (Piccard Mons) высотой до 5.5 км. В обоих случаях решающим в определении природы объекта стала трехмерная карта поверхности Плутона. Считается, что криовулканы Плутона извергают смесь таких веществ, как обычный лед, азот, аммиак и метан.

Криовулкан Райт в южной части Равнины Спутника

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    До середины ноября должны быть получены все снимки системы Плутона в сжатом виде с потерей качества. Передача полного набора изображений в оригинальном виде завершится в октябре 2016 г. По соглашению с NASA полностью откалиброванные данные о системе Плутона и Харона будут выложены на сайте https://pds.nasa.gov/ в несколько этапов в 2016 и 2017 г. - по мере того, как записанные на борту данные будут приняты и обработаны.


    Итогам пролета New Horizons через систему двойной малой планеты Плутон-Харон была посвящена обширная статья, опубликованная в номере Science за 16 октября 2015 г. за подписью научного руководителя проекта Алана Стерна и нескольких десятков соавторов. Хотя она была основана лишь на первом комплекте данных, переданных в июле 2015 г., имеет смысл пересказать здесь ее основные положения.
    На протяжении 60 лет после своего открытия в 1930 г. Плутон считался некоей аномалией в Солнечной системе. Лишь с открытием в 1992 г. пояса Койпера стало ясно, что Плутон является крупнейшим из класса малых планет, сформированных в ее внешней области в древнюю эпоху планетной аккреции, примерно 4.5 млрд лет назад.
    В июле 2015 г. он стал первым представителем таких планет, исследованным с короткой дистанции земным аппаратом.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    В момент максимального сближения New Horizons находился на расстоянии 13 691 км от центра Плутона. Для изучения малой планеты и ее спутников использовались: прибор Ralph, сочетающий в себе функции обзорной панхроматической/многоцветной камеры и обзорного инфракрасного композиционного спектрометра; длиннофокусная панхроматическая камера видимого диапазона LORRI; спектрометр Alice, работающий в диапазонах крайнего и дальнего ультрафиолета; радиокомплекс REX; детектор солнечного ветра SWAP; спектрометр частиц высоких энергий PEPSSI; студенческий детектор пыли VBSDC имени Венеции Берни (девочки, которая придумала имя Плутону). Вместе эти приборы собрали более 50 Гбит данных о системе Плутона.
    На поверхности Плутона обнаружено большое разнообразие рельефа, возрастов местности, альбедо, цвета и состава. Найдены доказательства существования коры из водяного льда, геологически молодых областей поверхности, конвекции поверхностного льда и ледовых потоков, ветровых полос и переноса летучих веществ. Атмосфера Плутона очень протяженная, со следами углеводородов, с глобальным слоем дымки и давлением у поверхности около 10 микробар (1 Па). Разнообразие геологии поверхности Плутона и его долговременная активность поднимают фундаментальные вопросы о том, как малые планеты могут оставаться активными через многие миллиарды лет после своего образования.
    Крупнейший спутник Плутона Харон продемонстрировал признаки тектонической активности и гетерогенного состава коры; его северный полюс представляет собой загадочную темную поверхность. У двух малых спутников Никты и Гидры обнаружено альбедо выше ожидаемого.



    Плутон: форма и геологические структуры

    К моменту подготовки статьи в Science были получены изображения полушария Плутона, противоположного Харону, к северу от 30њю.ш. с разрешением 2.2 км/пиксель, а отдельные области этого полушария - с разрешением до 400 м. На 'хароновской' стороне Плутона разрешение снимков варьируется от 13 до 27 км.

Плутон в течение местных суток

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Взятые в комплексе кадры полного диска Плутона дают средний радиус Плутона 1187±4 км, ближе к верхней границе прежних оценок, которые находились в диапазоне 1150-1200 км. Сплюснутости не обнаружено, поэтому для величины полярного сжатия выбрана консервативная оценка 1% (12 км). Таким образом, в форме Плутона не отражен начальный гипотетический период его быстрого вращения сразу после формирования двойной системы Плутон-Харон. По-видимому, в период приливного замедления вращения или даже дольше он оставался теплым и деформируемым.
    Плутон демонстрирует широкий спектр форм рельефа, а также доказательства геологических и иных процессов, которые существенно изменяли его поверхность вплоть до геологически недавних времен. Широтная полоса примерно между 25њ южной и 10њ северной широты отличается большими обособленными участками с низким альбедо, перемежающимися с яркими регионами. Поверхность с большей отражающей способностью обычно встречается в средних и высоких широтах. Обширная экваториальная область в форме сердца с высоким альбедо (коэффициентом отражения) на 'антихароновской' стороне получила условное наименование Область Томбо (Tombaugh Regio). Она простирается примерно на 1800 км с востока на запад и 1500 км с севера на юг.

Глобальная карта карликовой планеты Плутон. Карта включает в себя все отснятые снимки с 7 по 14 июля 2015 г. Начиная с разрешения в 40 км на пиксель с полушария обращенного в сторону Харона (слева и справа на карте), до 400 метров на пиксель на обратном полушарии (центр).

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

Глобальная карта Плутона с неофициальными названиями деталей рельефа

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    На снимках с разрешением 2.2 км видно широкое распространение ударных кратеров до 260 км в диаметре. Многие кажутся существенно разрушенными или засыпанными, а некоторые выделяются яркими ледяными отложениями на валах и/или на дне. Это касается и темной экваториальной Области Ктулху (Cthulhu Regio) к западу от Томбо, которая плотно усеяна кратерами. В названной области и севернее ее встречаются такие тектонические особенности, как уступы и желоба до 600 км в длину.

Местоположение более 1000 кратеров, обнаруженных космическим аппаратом 'Новые Горизонты', на Плутоне.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Западная половина Области Томбо получила отдельное наименование Равнина Спутник. Это обширная равнина, по-видимому, без перепада высот. Тем не менее в ее пределах выделяется несколько физиографических провинций. Местами имеются горы высотой до 2-3 км, определенной по длине тени. Эти и другие высокие, с крутыми склонами элементы рельефа требуют материала, который не разрушится под собственным весом на геологических масштабах времени. Льды из азота (N₂), моноокиси углерода (СО) и метана (СН₄), которые, согласно наземным спектроскопическим исследованиям, преобладают на видимой поверхности Плутона, должны были бы разрушиться исключительно быстро, так как они являются непрочными веществами, связанными лишь силами Вандер-Ваальса. Следовательно, горы, обнаруженные камерами New Horizons, подразумевают наличие широко распространенной и более твердой подстилающей поверхности, видимо, на основе водяного льда, а наблюдаемые спектрометрически льды из N₂, СО и СН₄ только прикрывают коренную породу.

На освещенной стороне Плутона (справа) гладкая область неофициально названа Плато Спутник. Плато Спутник с запада (сверху на снимке) примыкает к гористой местности Norgay Montes. Высота некоторых гор достигает 3500 метров. На горизонте Плато Спутник граничит с Hillary Montes. Снизу (на востоке) доминирует грубый рельеф, изрезанный многочисленными ледниками.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Некоторые части горной местности разбиваются на бугристые образования различного размера. Такой рельеф наблюдается в южной части Спутника и в большой области на восточном краю Томбо, где холмы разделены линейными депрессиями и трогами. Возвышенности имеют характерный размер 20-150 км и несколько сотен метров в высоту, и на них имеются вторичные формы в виде округлых гребней. Авторы предположили, что эти районы являются тектоническими по происхождению.

Бугристые образования в южной части Спутника

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Большая часть Спутника лишена кратеров и разделена неглубокими трогами шириной 2-3 км на полигональные и овальные области, имеющие десятки километров в ширину. Некоторые троги имеют внутри более темный материал, другие сопровождаются цепочками холмов, которые возвышаются до нескольких сотен метров над окружающей местностью, в третьих видны узкие срединные гребни высотой в десятки метров. Возле границ Спутника есть участки, как бы 'протравленные' полями небольших ям, которые могли образоваться в результате сублимации. Однонаправленные темные полосы можно предварительно интерпретировать как ветровые. Центральная, наиболее яркая часть Спутника содержит замороженные N₂ и СН₄, и в этом же районе появляется лед из СО. Поскольку Спутник в основном граничит с более высокими районами, можно полагать, что эта равнина представляет собой заполненную льдом впадину.

Большая часть Спутника лишена кратеров и разделена неглубокими трогами шириной 2-3 км.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Некоторые детали Спутника похожи на текущие ледники. Так, на снимках видны два лепестка с острыми краями, которые расширяются к югу; судя по теням, они имеют выпуклый вверх профиль. Вдоль северного края равнины холмы, явно состоящие из подстилающих пород, выступают над гладкой местностью (возможно, это нунатаки из водного льда). Похоже, что яркие детали на поверхности обтекают эти холмы. Отмечено также место, где текущий лед заполнил кратер диаметром до 40 км через брешь в валу. Такие потоки, приводимые в действие весьма скромным перепадом высот, согласуются с реологическими характеристиками льдов из N₂, СО, СН₄ в условиях поверхности Плутона, то есть при средней температуре около 38 К.

Текущий лед заполнил кратер диаметром до 40 км через брешь в валу

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Происхождение полигональных и овальных элементов остается неясным. Они могут быть видимыми результатом сжатия, аналогично трещинам на засохшей грязи, могут появляться в результате инсоляции или как результат растрескивания вследствие расширения и/или поднятия подповерхностного материала. По морфологии они лучше всего согласуются с процессом твердотельной конвекции, как и упомянутые выше случаи течения поверхностного материала с низкой вязкостью под воздействием слабых движущих сил.

Карта метановых льдов Плутона по данным ИК-спектрометра LEISA прибора Ralph

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Различная распространенность кратеров указывает на широкий диапазон возрастов поверхностей на Плутоне. В области Ктулху, например, видны многочисленные крупные кратеры, в то время как на Спутнике не обнаружено ни одного кратера с диаметром более 10 км. Такая картина говорит об активных геоморфологических процессах на протяжении последних нескольких сотен миллионов лет и, возможно, вплоть до современности. Примерами таких процессов являются эрозия и отложение материала (как на Титане), сглаживание кратеров (как на Энцеладе), 'рекультивация' коры или тектонические процессы (как на Европе). Остается загадкой источник энергии для процессов омоложения поверхности на Плутоне и Хароне на протяжении миллиардов лет, так как приливное взаимодействие между ними с учетом синхронного вращения и нулевого эксцентриситета орбиты спутника отсутствует.