В преследване на Плутон

Интересни новини идват в последно време от далечните краища на Слънчевата система. Все по-нови изненади поднася на изследователите Плутон – най-малко изучената планета, на която астрономите дадоха статут на джудже.

Орбиталният телескоп „Хъбъл” през юли 2012 г. добави пети спътник към известния Харон и откритите по-рано луни. Съвсем наскоро „Хъбъл” фиксира силни линии на поглъщане, свидетелстващи за присъствието на повърхността на планетата на редица по-рано неизвестни съединения (включително сложни въглеводороди), което позволи да се изкаже хипотезата за съществуването на прост живот на планетата. Все още е необяснимо и забележимото в последно време изменение във външния вид – почервеняването на Плутон.

Накрая на изследователите им предстои да изяснят по какъв начин планетата джудже е успяла да захване и да задържи на орбита около себе си пет различни по размери спътника – от Харон с диаметър 1043 км до спътника Р5 с диаметър 25 км. Има предположение, че Плутон и луните му са се образували вследствие на сблъсъци на някога голямо тяло с един от обектите от пояса на Кайпер, разположен в покрайнините на Слънчевата система.

Колкото повече нови факти се появяват, толкова повече въпроси възникват. Днес астрофизиците възлагат надежди на космическата експедиция „Нови хоризонти” на НАСА. Изпратеният още през 2006 г. апарат ще пристигне при Плутон през пролетта на 2015 г., за да изследва отблизо планетата джудже и нейните луни, а впоследствие – вероятно и други обекти от пояса на Кайпер.

До последно сведенията за Плутон и околностите му си остават доста оскъдни. Открит през 1930 г., съществуването на Плутон е предсказано въз основа на теоретични изчисления от края на XIX век. Но едва в последните години са определени по-точно орбиталните, геометричните и някои от физичните му параметри.

Днес е известно, че Плутон има най-големия период на въртене от всички планети –248,1 години. Средното разстояние от него до Слънцето е 40 пъти по-голямо, отколкото това на Земята. По размери Плутон е около една четвърт от Земята. В атмосферата му има азот, метан, регистриран е и въглероден оксид. Изчисленията показват, че за последните 10 години нивото му в газовата обвивка на планетата се е удвоило. Необяснимо за това време се е увеличила многократно и дебелината на атмосферата на планетата джудже.

Движейки се по разтеглена орбита, Плутон пресича орбитата на Нептун и перихелият му е „само” 29,7 астрономически единици (1 а.е. е равна на около 150 млн. км). Това се е случило сравнително скоро – през октомври 1989 г. Сега Плутон стремително се отдалечава, отивайки към покрайнините на Слънчевата система, към своя афелий – най-отдалечената точка от орбитата, която ще стигне през 2115 г. (тогава разстоянието от планетата до Слънцето ще бъде 49,3 а.е.).

Условията на прелета на космическия апарат към Плутон и спътниците му много зависи от положението на небесното тяло. С отдалечаването на Плутон от центъра на Слънчевата система намаляват условията за изпращането на такава сонда, значително намалява и количеството слънчева енергия, попадаща върху планетата. В тази връзка някои специалисти изказват дори предположение, че скоро атмосферата на Плутон може да замръзне. И този „ледников период” ще продължи повече от 200 години – чак до следващото връщане на планетата в перихелия.

© NASA

Като се отчитат всички тези обстоятелства, полетът към Плутон е трудна задача. Ако той се осъществи по пряка, оптимална траектория, се изисква 2,5 пъти повече разход на гориво, отколкото е необходимо за полет до Марс, а продължителността на експедицията ще отнеме повече от 45 години. Увеличаването на скоростта до трета космическа ще позволи да се намали продължителността на полета, но само до 19 години.

Друг път е свързан с използването на мощните гравитационни полета на планетите, разположени по пътя от Земята до Плутон. В този отрязък се намират няколко планети – Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Те са своеобразни гравитационни трамплини, които могат да намалят енергийните разходи на мисията към Плутон. Колкото до възможностите на Марс, то неговата гравитация е прекалено слаба за свръхдалечни експедиции.

Анализът на другите възможни варианти показва, че най-пригоден за такъв прелет е Юпитер. Това е разбираемо, тъй като Юпитер е най-масивната от всички планети в Слънчевата система и е разположен най-близо до Земята от големите планети.

За да се ускори от гравитационното поле на Юпитер, апаратът трябва да прелети зад планетата гигант в орбиталното й движение, а мощното поле на Юпитер подобно на катапулт да изстреля апарата с увеличена скорост на нова траектория – към Плутон.

© NASA

Именно такъв вариант се реализира от космическия апарат „Нови хоризонти”. Пуснатият на 19 януари 2006 г. апарат през февруари 2007 г. е стигнал покрайнините на Юпитер и е направил снимки с висока резолюция на планетата и спътниците й. Тук апаратът извършва гравитационна маневра и излиза на траектория към Плутон.

Продължавайки полета, апаратът през юни 2009 г. пресича орбитата на Сатурн, а през март 2011 – орбитата на Уран. Сега, на разстояние над 26 а.е. от Земята и на 7 а.е. от Плутон, сондата „Нови хоризонти” се движи към орбитата на Нептун, която трябва да пресече през август 2014 г.

В процеса на полета на „Нови хоризонти” успешно е изпробвана камерата му LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), с която са получени снимки от голямо разстояние на Нептун и спътника му Тритон. Тритон според специалистите е интересен със сходството си с Плутон както по размери, така и по редица физически характеристики. Двете небесни тела имат доста ниска температура на повърхността, по предварителни оценки са идентични и атмосферите им. Освен това има предположение, че спътникът на Нептун е принадлежал преди това на пояса на Кайпер, в който се намира Плутон.

© ESO/L. Calçada

При приближаването към Плутон през 2015 г. ще започнат дистанционни изследвания на планетата. Не е изключено да е необходима корекция на траекторията, за да се избегне сблъсъкът на сондата с космически обекти, разположени близо до Плутон (невидими още спътници и дори пръстени).

„Нови хоризонти” ще направи всестранно изследване на Плутон, атмосферата му, спътниците. Предстои проверка и на хипотезата за наличието на океан от вода на планетата (предполага се, че той се намира под дебел слой лед на повърхността).

В случай на успех на мисията НАСА планира по-нататъшни изследвания на Слънчевата система и в частност да организира среща на „Нови хоризонти” с едно или няколко тела от пояса на Кайпер.

Източник: Наука и жизнь