Плутон удаляется от Солнца, и его разреженная атмосфера начинает реагировать на это изменение условий. Новые наблюдения показывают, что атмосферное давление у поверхности карликовой планеты уже начало снижаться после нескольких лет относительной стабильности. Одновременно меняется структура атмосферной дымки: её частицы, по-видимому, постепенно опускаются ближе к поверхности.
Плутон интересен в данном случае не только как далёкий объект Солнечной системы. Его атмосфера представляет собой своеобразный природный эксперимент, позволяющий наблюдать, как меняется газовая оболочка планеты или карликовой планеты при длительном переходе от более тёплых условий к значительно более холодным.
Особенность Плутона заключается в том, что один полный оборот вокруг Солнца занимает у него 248 земных лет. Поэтому сезонные изменения здесь происходят чрезвычайно медленно по человеческим меркам. Нынешнее поколение астрономов фактически наблюдает только небольшой фрагмент гораздо более продолжительного процесса.
Плутон вступает в более холодную часть своего орбитального пути
Орбита Плутона заметно отличается от почти круговых орбит планет земной группы. В течение своего долгого обращения вокруг Солнца карликовая планета проходит через области, где получает разное количество солнечного тепла.
Сейчас Плутон движется от Солнца и постепенно входит в более холодную и тёмную часть своей орбиты. Для его атмосферы это имеет принципиальное значение.
Атмосфера Плутона состоит преимущественно из азота. В меньших количествах присутствуют другие вещества, включая метан и угарный газ. При достаточно низких температурах эти вещества способны конденсироваться и переходить из газообразного состояния в твёрдое.
Именно поэтому атмосфера Плутона тесно связана с состоянием его поверхности.
Когда солнечный свет нагревает поверхностные льды, часть вещества может переходить с поверхности в атмосферу. При охлаждении происходит обратный процесс: газ конденсируется и оседает на поверхности.
Таким образом, атмосфера Плутона не является постоянной оболочкой. Она постоянно взаимодействует с поверхностными льдами.
Атмосферное давление оставалось стабильным после пролёта New Horizons
Космический аппарат NASA New Horizons пролетел мимо Плутона в июле 2015 года. Эта миссия впервые позволила получить подробные изображения поверхности карликовой планеты и непосредственно исследовать её атмосферу.
На момент пролёта New Horizons атмосферное давление Плутона составляло примерно 1 паскаль. Это чрезвычайно малая величина — примерно в сто тысяч раз меньше атмосферного давления у поверхности Земли.
Несмотря на столь малую плотность, атмосфера Плутона достаточно заметна для астрономических наблюдений. Она содержит слоистую дымку, состоящую из сложных частиц, образующихся в результате химических процессов под воздействием солнечного излучения.
После пролёта New Horizons давление в атмосфере Плутона некоторое время оставалось примерно на одном уровне.
Наблюдения показывают своеобразное плато: примерно с 2015 года и до 2021 года существенного устойчивого снижения давления не наблюдалось.
Затем ситуация изменилась.
Давление начало снижаться
Новые измерения показывают, что атмосферное давление Плутона стало уменьшаться.
По данным наблюдений, с середины 2021 года до июля 2023 года давление на одной из исследованных высот уменьшилось примерно на 16 процентов.
Это не означает, что атмосфера Плутона внезапно исчезает. Она настолько разрежена, что даже после такого изменения остаётся чрезвычайно тонкой. Однако для изучения сезонной эволюции карликовой планеты это существенное изменение.
Особенно важно то, что оно соответствует общему ожиданию: по мере удаления Плутона от Солнца температура поверхности должна снижаться, а условия для существования газообразного азота становиться менее благоприятными.
Но реальное поведение атмосферы оказалось сложнее простой картины, согласно которой весь газ должен быстро замёрзнуть и осесть на поверхности.
Плутон может не потерять атмосферу полностью
Ранее существовало представление, что при приближении к наиболее удалённой от Солнца части орбиты атмосфера Плутона может практически полностью замёрзнуть.
Современные модели, основанные на наблюдениях и данных New Horizons, допускают другой вариант.
Даже при значительном охлаждении Плутон может сохранять часть своей атмосферы на протяжении всего 248-летнего орбитального цикла.
Это связано с тем, что процессы на поверхности происходят неравномерно. Разные участки ледяной поверхности получают различное количество солнечного света, а особенности рельефа и тепловых свойств льдов влияют на то, где именно вещество испаряется и где конденсируется.
Поэтому нельзя просто представить Плутон как шар, который постепенно охлаждается и целиком покрывается замёрзшей атмосферой.
Главную роль играет азотный лёд
Азот — основной компонент атмосферы Плутона и одновременно важнейший компонент его поверхностных льдов.
Это создаёт прямую связь между температурой поверхности и количеством газа в атмосфере.
Когда поверхность нагревается солнечным светом, азотный лёд может сублимироваться — переходить непосредственно из твёрдого состояния в газообразное.
Когда поверхность остывает, происходит обратный процесс.
Для Плутона это особенно важно из-за его огромного года. На Земле сезон длится месяцы, а на Плутоне сезонные изменения растягиваются на десятилетия.
Поэтому изменения, которые на нашей планете могли бы произойти за относительно короткий срок, здесь развиваются настолько медленно, что их приходится изучать по многолетним сериям наблюдений.
Дымка Плутона тоже меняется
Атмосфера Плутона интересна не только своим давлением.
В ней существуют многочисленные слои дымки. Эти слои особенно хорошо были видны на снимках New Horizons, когда аппарат наблюдал Плутон на фоне Солнца.
Дымка формируется в результате сложных фотохимических процессов.
Солнечное ультрафиолетовое излучение воздействует на молекулы в атмосфере, запускает химические реакции и способствует образованию более сложных углеродсодержащих соединений. В результате возникают мельчайшие частицы, которые образуют характерную дымку.
Когда давление и температура атмосферы меняются, меняется и поведение этих частиц.
Наблюдения 2017–2023 годов указывают на изменения в нижней части атмосферы, которые согласуются с постепенным оседанием частиц дымки.
Это означает, что исследователи наблюдают не просто уменьшение количества газа. Меняется сама структура атмосферы.
Как можно изучать атмосферу на расстоянии в миллиарды километров
На первый взгляд кажется, что наблюдать столь тонкую атмосферу на таком далёком объекте практически невозможно.
Но астрономы используют простой и очень эффективный природный метод — наблюдение за звёздными покрытиями.
Когда Плутон проходит перед далёкой звездой относительно наблюдателя на Земле, свет этой звезды проходит через атмосферу карликовой планеты.
Если атмосфера отсутствовала бы полностью, звезда просто исчезла бы из поля зрения, когда её закрыла бы твёрдая часть Плутона.
Но в действительности свет начинает изменяться ещё до того, как звезда скрывается за поверхностью.
Атмосфера поглощает и преломляет часть света, а частицы дымки рассеивают его.
По тому, насколько постепенно уменьшается яркость звезды, а затем восстанавливается после прохождения Плутона, можно определить характеристики атмосферы.
Звезда становится своеобразным зондом
Метод звёздных покрытий позволяет получить информацию, которую невозможно получить при обычном наблюдении Плутона.
Астрономы измеряют яркость звезды до покрытия, во время прохождения за атмосферой и после того, как она снова появляется.
Если свет начинает исчезать постепенно, это свидетельствует о наличии газовой оболочки и её взаимодействии со светом.
Характер изменения яркости позволяет определить особенности атмосферы на разных высотах.
Таким образом, далёкая звезда фактически становится источником света для естественного эксперимента.
Плутон выполняет роль фильтра, а телескопы на Земле регистрируют результат.
Почему нужны многочисленные наблюдатели
У этого метода есть серьёзная практическая проблема.
Плутон очень мал и находится чрезвычайно далеко от Земли. Поэтому тень, которую он отбрасывает на Землю во время покрытия звезды, проходит по ограниченной, но достаточно длинной траектории.
Чтобы получить максимально полную информацию, наблюдения организуют сразу из нескольких мест.
Если несколько телескопов находятся в разных точках предполагаемой полосы прохождения тени, они могут одновременно зарегистрировать покрытие с разных географических положений.
Это позволяет изучать различные области атмосферы Плутона.
Ситуация напоминает наблюдение солнечных затмений, когда положение наблюдателя определяет, какую часть события он видит.
Наблюдение 1 июня 2026 года
Одно из недавних покрытий произошло 1 июня 2026 года.
Его наблюдали, в частности, из обсерватории Savannah Skies Observatory в Чиллаго, штат Квинсленд, Австралия.
Полученная кривая блеска показывает постепенное уменьшение яркости звезды по мере того, как её свет проходит через атмосферу Плутона.
Затем, когда звезда появляется с другой стороны карликовой планеты, её свет постепенно восстанавливается.
Такая форма кривой содержит информацию о распределении газа и частиц дымки на разных высотах.
Для астрономов особенно ценны не отдельные наблюдения, а возможность сравнивать их с более ранними измерениями.
Именно последовательность наблюдений позволяет определить, меняется ли атмосфера со временем.
Изменения происходят на разных высотах
Наблюдения показали, что атмосфера Плутона ведёт себя не одинаково на всех высотах.
В исследовании сравнивались данные на разных уровнях атмосферы.
В верхней части атмосферы структура в период 2017–2023 годов оставалась относительно стабильной.
Ниже наблюдалось изменение наклона кривых блеска.
Оно соответствует сценарию, при котором частицы дымки постепенно оседают на более низкие высоты.
Таким образом, атмосферные изменения могут происходить одновременно в нескольких направлениях: общее давление уменьшается, а распределение частиц по высоте меняется.
Что означают 16 процентов
Снижение давления примерно на 16 процентов может показаться огромным, но важно учитывать исходные условия.
Атмосфера Плутона и без того крайне разрежена.
Речь не идёт о ситуации, при которой давление было сопоставимо с земным, а затем резко уменьшилось.
Для Плутона даже небольшие изменения количества газа имеют большое значение для его климатической системы.
Кроме того, измерения относятся к определённым высотам и зависят от того, учитывается ли вклад дымки.
Поэтому правильнее говорить о наблюдаемом изменении атмосферного давления, а не о прямом измерении общего количества всей атмосферы Плутона.
Атмосфера и поверхность Плутона связаны
Особенность Плутона заключается в том, что атмосферные процессы нельзя рассматривать отдельно от поверхности.
Поверхность карликовой планеты покрыта разнообразными льдами.
Особенно известна область Спутника — огромная светлая равнина, покрытая в значительной степени азотным льдом. Этот регион стал одним из наиболее заметных объектов, изученных миссией New Horizons.
Солнечное освещение нагревает поверхность, а движение льдов и сублимация вещества влияют на атмосферу.
Одновременно атмосферные изменения могут менять условия, при которых различные вещества осаждаются обратно на поверхность.
Поэтому атмосфера Плутона и его поверхность образуют единую систему.
Что произойдёт в ближайшие десятилетия
Плутон продолжит удаляться от Солнца в течение следующих десятилетий.
По мере снижения освещённости поверхность будет получать всё меньше энергии.
Это должно способствовать дальнейшему охлаждению и конденсации атмосферных газов.
Но точная судьба атмосферы пока неизвестна.
Возможны разные сценарии.
Она может продолжить постепенно уменьшаться, при этом сохраняя некоторое количество газа.
Часть атмосферы может конденсироваться на поверхности и образовывать дополнительные слои льда.
Дымка может стать менее заметной и постепенно опуститься ближе к поверхности.
При этом полностью исключить сохранение некоторой атмосферы даже в самые холодные периоды пока нельзя.
Плутон не просто «замерзает»
Распространённое представление о Плутоне как о мире, который просто становится всё холоднее и постепенно полностью замерзает, слишком упрощённо.
На самом деле его климатическая система постоянно меняется.
Изменение количества солнечного света влияет на поверхностные льды.
Льды взаимодействуют с атмосферой.
Атмосфера влияет на распределение тепла и на образование дымки.
Дымка меняет характер распространения света и постепенно оседает.
Все эти процессы связаны между собой.
Поэтому изменение давления на несколько процентов — это не просто изменение одного показателя. Оно является частью более крупной климатической перестройки.
Почему наблюдения особенно важны сейчас
Исследователи считают нынешний период особенно интересным, поскольку после относительно стабильного периода появились признаки устойчивого снижения давления.
Это позволяет проверить модели сезонного поведения Плутона.
Если в ближайшие годы давление продолжит снижаться, наблюдения подтвердят, что карликовая планета действительно вступила в новую фазу своего сезонного цикла.
Если же снижение окажется временным или замедлится, это укажет на необходимость пересмотра существующих моделей.
Именно поэтому продолжение наблюдений имеет принципиальное значение.
Плутон настолько удалён от Солнца, что солнечный свет там значительно слабее земного.
Но даже этого слабого излучения достаточно, чтобы на протяжении столетий менять состояние его поверхностных льдов и атмосферы.
При этом один полный цикл занимает 248 лет.
Наблюдения нескольких десятилетий поэтому представляют собой лишь небольшой фрагмент плутонианского года.
Тем не менее современные телескопы уже позволяют обнаруживать изменения, происходящие за человеческую жизнь.
Это один из наиболее интересных аспектов исследования: астрономы впервые получают возможность не просто сравнивать два состояния далёкого объекта, разделённые десятилетиями, а непосредственно отслеживать постепенную эволюцию его атмосферы.
Что остаётся неизвестным
Несмотря на новые результаты, вопросов остаётся много.
Учёные пока не знают, полностью ли замёрзнет атмосфера Плутона в будущем.
Неясно, насколько глубоко частицы дымки будут оседать.
Неизвестно, сохранится ли часть газовой оболочки у поверхности даже при дальнейшем охлаждении.
Остаётся открытым вопрос о том, насколько точно современные модели описывают взаимодействие атмосферы с поверхностными льдами.
Наконец, требуется больше наблюдений, чтобы определить, действительно ли обнаруженное снижение давления является началом продолжительного тренда.
Почему Плутон важен для планетной науки
Исследование атмосферы Плутона помогает лучше понять не только саму карликовую планету.
Плутон представляет собой редкий пример холодного мира, где атмосфера напрямую связана с сезонными изменениями поверхностных льдов.
Наблюдая за ним, учёные могут изучать физические процессы, которые имеют значение и для других ледяных тел Солнечной системы.
Кроме того, Плутон демонстрирует, насколько сильно атмосфера может зависеть от расстояния до звезды.
На Земле количество солнечного света меняется относительно мало, поэтому наша атмосфера не замерзает и не испаряется сезонно в глобальном масштабе.
У Плутона ситуация совершенно иная.
Его климат определяется долгосрочными изменениями освещённости, а температура настолько низкая, что основные атмосферные вещества могут переходить между газообразным и твёрдым состояниями.
Новые данные будут особенно ценны после New Horizons
Пролёт New Horizons в 2015 году дал беспрецедентный набор данных, но аппарат находился возле Плутона всего несколько часов.
Он смог подробно изучить карликовую планету и её атмосферу с близкого расстояния, однако не мог десятилетиями наблюдать последующие изменения.
Земные телескопы решают другую задачу.
Они не могут получить изображения поверхности с сопоставимой детализацией, зато способны регулярно возвращаться к наблюдениям звёздных покрытий.
Таким образом, данные New Horizons и многолетние наблюдения с Земли дополняют друг друга.
Один источник показывает состояние Плутона в определённый момент очень подробно, другой позволяет отслеживать изменения во времени.
Плутон продолжает меняться
Плутон часто воспринимают как далёкий и практически неподвижный объект на окраине Солнечной системы.
Новые наблюдения показывают обратное.
Его атмосфера меняется.
Давление снижается.
Структура верхних и нижних слоёв отличается.
Частицы дымки, вероятно, постепенно опускаются.
Поверхностные льды продолжают взаимодействовать с атмосферой.
Все эти процессы происходят медленно, но современные методы наблюдений уже позволяют зафиксировать их непосредственно.
Плутон остаётся одним из самых далёких объектов, для которых астрономы способны отслеживать изменения атмосферы в течение нескольких лет.
И сейчас этот далёкий мир вступает в особенно интересную фазу своего 248-летнего путешествия вокруг Солнца. Следующие десятилетия наблюдений могут показать, превратится ли его атмосфера в ещё более тонкую оболочку, почти полностью осядет на поверхность или сохранится в разреженном виде даже в наиболее холодной части орбиты.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
