Ученые воссоздали условия на поверхности Харона, спутника Плутона, и спроектировали первую модель его динамичной атмосферы.
Композитный снимок Харона. Снимки в разных диапазонах волн были сделаны аппаратом «Новые горизонты» вскоре после сближения с телом в 2015 году / ©NASA/Johns Hopkins APL/SwRI
Харон — один из пяти спутников Плутона. Он настолько большой, что имеет смысл считать его частью двойной системы Плутон — Харон. Относительно орбитальной плоскости система лежит почти на боку, поэтому при смене сезонов полюса целиком оказываются под солнечными лучами. Вот только «год» там длится 248 земных лет, поэтому и «первые весенние дни» в полушариях тянутся годами. Как показало новое исследование, во время равноденствия дважды в «год» под действием солнечных лучей на Хароне происходят сильнейшие изменения.
Поверхность Харона покрыта слоями замерзшего метана, азота и, возможно, водного льда. Под солнечным теплом намерзший метан быстро испаряется, чтобы потом осесть на другом полюсе. На этот период — около четырех земных лет — плотность атмосферы резко увеличивается почти в тысячу раз.
Считалось, что красное пятно на полюсе появляется из-за взаимодействия солнечного ультрафиолетового излучения с «опадающим» метаном. Как показало новое исследование, процесс намерзания протекает слишком быстро, чтобы образовались соединения, дающие красный цвет. Результаты опубликованы в двух статьях в журналах Science Advances и Geophysical Research Letters.
Чтобы разобраться в происходящем, ученые воспроизвели условия поверхности Харона в новом Центре для лабораторных экспериментов в сфере астрофизики и космических наук (CLASSE) при Юго-Западном исследовательском институте (США). Эксперименты в сверхвысоковакуумной камере позволили определить состав и цвет углеводородов, формирующихся при намерзании метана под ультрафиолетовым излучением.
Для понимания происходящего в масштабах всего Харона команда исследователей разработала новую модель тонкой атмосферы тела. Так стало известно о «взрывной» пульсации атмосферы из-за смены сезонов.
Совместив результаты сверхреалистичных экспериментов с новой моделью, ученые обнаружили, что на полюсах Харона формируется в основном этан — бесцветное соединение, которым невозможно объяснить красный цвет. Но авторы выдвинули новую гипотезу:
«Мы думаем, что под действием ионизирующего излучения от солнечного ветра намерзший [под ультрафиолетовым излучением] полярный лед превращается в более сложные, красные соединения, которые обеспечивают таинственному спутнику уникальное альбедо, — объясняет Уджеваль Раут (Ujjwal Raut), главный автор статьи в Science Advances. — Этан менее летучий, чем метан, и остается замерзшим после наступления равноденствия». И на протяжении следующих десятилетий под действием солнечного ветра именно он превращается в красноватые соединения. То есть этот оттенок появляется не в процессе намерзания нового слоя, а когда оголяется старый.
Поверхность Харона земляне увидели первый и пока единственный раз во время пролета межпланетной станции «Новые горизонты» в 2015 году. Только тогда ученые узнали о красном пятне на полюсе. Судя по глубоким каньонам, протянувшимся вдоль экватора, у Харона было бурное геологическое прошлое. Ученые разрабатывают возможные экспедиции к Плутону и Харону, но ни одна из них пока официально не запланирована.
