Супутники Плутона обертаються у хаосі навколо карликової планети

Карликова планета Плутон та її п'ять відомих природних супутників формують надзвичайно складну систему на краю Сонячної системи. Найбільший супутник Харон був відкритий 22 червня 1978 року астрономом Джеймсом Крісті з Військово-морської обсерваторії США під час рутинного вивчення фотографічних пластин Плутона.

Крісті помітив, що деякі зображення, які раніше вважалися дефектними, показували Плутон незвично витягнутим. Він виявив чітку закономірність: розмитий образ Плутона здавався розтягнутим на північ в одних знімках і на південь в інших, а це витягнення змінювалося циклічно. Підозрюючи присутність невидимого супутника, Крісті знайшов у архівах старіші пластини з 1965 та 1970 років, які показували ту саму періодичну деформацію.

Разом з колегою Робертом Гаррінгтоном вони розрахували, що випуклість з'являлася з передбачуваною частотою, яка відповідала відомому періоду обертання Плутона 6,39 доби. Це підтвердило, що витягнення не було артефактом, а реальним тілом на орбіті. Супутник назвали Хароном на честь міфічного перевізника мертвих.

Відкриття Харона стало переломним моментом у планетарній науці. Вперше астрономи змогли застосувати закони руху Кеплера до системи Плутон-Харон, що дозволило точно розрахувати масу Плутона. Результати виявилися приголомшливими: Плутон виявився набагато меншим і менш масивним, ніж вважалося раніше, з масою лише 0,2% від земної.

Більше чотирьох мільярдів років тому молодий прото-Плутон зіткнувся з іншим світом майже такого ж розміру. Сучасні комп'ютерні моделювання показують, що це був дотичний удар, космічний «поцілунок і захоплення». Два крижані тіла злипнулися разом, утворивши стабільну орбіту.

До прольоту місії New Horizons у 2015 році вчені очікували, що Харон буде простою, сильно кратерованою і геологічно мертвою крижаною кулею. Натомість вони знайшли світ з шокуюче бурхливою та складною історією.

Розгалужена система каньйонів і ущелин, неофіційно названа «Безтурботна прірва», простягається більш ніж на 1600 кілометрів по поверхні Харона. Деякі з цих каньйонів у чотири рази довші і вдвічі глибші за Великий каньйон Землі. На початку своєї історії Харон, ймовірно, мав теплий рідкий водний океан під крижаною оболонкою. Коли цей внутрішній океан замерзав протягом мільйонів років, вода розширювалася, створюючи величезний тиск на кору, поки вона не тріснула.

У південній півкулі величезні гладкі рівнини, відомі як «Вулканська рівнина», мають набагато менше кратерів, ніж інші регіони, що вказує на їхній молодший вік. Ці рівнини, як вважають, є результатом масивного кріовулканізму. Замість розплавленої породи кашоподібна суміш води та аміаку виверглася з надр Харона, затопивши ландшафт.

Найбільш вражаючою кольоровою особливістю Харона є темна червонувата шапка на північному полюсі, неофіційно названа «Мордорська пляма». Це не власний матеріал Харона, а хімічна пляма, залишена Плутоном. Газ метан постійно витікає з тонкої атмосфери Плутона і захоплюється гравітацією Харона. Газ замерзає на надзвичайно холодному полюсі. Коли сонячне світло пізніше потрапляє на цей заморожений метан, сонячна радіація перетворює його на складні органічні молекули, які мають червонуватий, смолоподібний вигляд.

За подвійним світом Плутона та Харона лежить родина з чотирьох менших супутників, відкритих космічним телескопом Габбл між 2005 та 2012 роками. Названі Стікс, Нікс, Кербер та Гідра, вони є дітьми того первісного гігантського удару, народженими з того самого диска уламків, що й Харон.

Ці супутники обертаються в абсолютному хаосі. Гідра, найвіддаленіший супутник, обертається 89 разів за кожну подорож навколо Плутона. Осі обертання цих супутників нестабільні, вони хаотично кувиркаються в космосі. Якби ви стояли на супутнику Нікс, сонце могло б сходити на сході і заходити на заході, а потім сходити на півночі і заходити на півдні.

Винуватцем цього хаосу є подвійна система Плутон-Харон. Чотири малі супутники не обертаються навколо однієї простої точки гравітації. Вони обертаються навколо постійно змінного гравітаційного поля, створеного Плутоном і Хароном. Оскільки самі супутники не є ідеальними сферами і більше схожі на картоплю, ці гравітаційні коливання створюють нерівномірні крутні моменти, що перешкоджає їм коли-небудь стабілізуватися.

Проте серед цього обертального хаосу лежить глибокий орбітальний порядок. Чотири супутники рухаються майже ідеальними колами в одній площині у «акуратно вкладених» орбітах. Вони також заблоковані в складному ритмічному танці, який називається орбітальним резонансом. Орбітальні періоди Стікса, Нікса та Гідри знаходяться в точному співвідношенні 18:22:33.

Місія New Horizons залишила нас зі спокусливим списком нових питань. Чому малі супутники такі яскраві? Протягом мільярдів років постійний дощ темного червонуватого пилу з поясу Койпера мав би покрити їх. Їхні яскраві крижані поверхні свідчать про те, що вони якось оновлюються. Можливо, це відбувається через невеликі часті удари, які викопують чистіший лід знизу.

Іншою загадкою є те, чого не вистачає. Моделі гігантського удару, які створили цю систему, передбачають, що має бути більше уламків. Вчені очікують більше крихітних супутників або принаймні слабкий набір кілець. Проте New Horizons виявив, що система надзвичайно чиста.