Недавно в журнале Science были опубликованы первые научные статьи по итогам сближения зонда «Новые Горизонты» с Плутоном в 2015 году. Одна из статей посвящена системе спутников Плутона, которая имеет весьма интересную архитектуру. Новейшие данные позволяют предположить, что эта система, включая и сам Плутон, сформировалась в результате мощнейшего столкновения двух крупных тел на заре существования Солнечной системы.

Но вначале немного предыстории.

Плутон был открыт в 1930 году; на протяжении следующих 50 лет о нем было накоплено крайне мало сведений. Первый прорыв случился в 1978 году, когда у Плутона был обнаружен спутник Харон. Спутник позволил измерить диаметр Плутона, а также его массу. Следующий прорыв в исследовании далекой карликовой планеты связан с наблюдениями на «Хаббле». На рубеже XX-XXI вв. с помощью космического телескопа были составлены первые карты планеты, а несколько лет назад наблюдения на «Хаббле» позволили открыть у Плутона еще 4 спутника.

спутники Плутона

Фотография Плутона 2005 года, сделанная на телескопе «Хаббл», на которой были открыты два из четырех малых спутников карликовой планеты, Никта и Гидра. Фото: NASA, ESA, H. Weaver (JHU/APL), A. Stern (SwRI) and the HST Pluto Companion Search Team

Сразу возникли вопросы. Например: как такое небольшое небесное тело, как Плутон (его размеры составляют 2/3 размеров Луны) умудрился обзавестись такой внушительной свитой спутников? Пусть среди них только один крупный спутник, Харон, а размеры остальных находятся в пределах от 10 до 40 км, но ведь даже у Земли спутник всего один.

Вот еще вопрос: почему орбиты спутников Плутона находятся в резонансе? Поясним. Харон делает один оборот вокруг Плутона за 6,4 земных суток, а спутник Стикс за 19 дней, затрачивая ровно в 3 раза больше времени. Спутник Никта делает один оборот вокруг Плутона за 25 суток, что в 4 раза дольше времени, которое тратит на один оборот Харон. Кербер обращается вокруг Плутона за 32 дня (в 5 раз дольше Харона), а Гидра за 38 дней (в 6 раз дольше). Таким образом периоды обращений спутников соотносятся друг с другом как целые числа. Астрономы говорят, что спутники Плутона находятся в орбитальном резонансе.

малые спутники Плутона

Четыре малых спутника Плутона. Источник: NASA/JHUAPL/SwRI

В чем причина такой аккуратной архитектуры? Как вообще могла образоваться система спутников Плутона? Первое, что приходит в голову, – эти спутники были захвачены Плутоном из пояса Койпера. Не будем забывать, что орбита Плутона проходит через внутренние области этого астероидного пояса, в прошлом весьма насыщенного различным «мусором», оставшимся от формирования больших планет. Однако гипотеза захвата, хотя и вероятна, должна объяснять, почему орбиты спутников близки к круговым, лежат практически в одной плоскости, и вообще, почему вся система спутников похожа на хорошо отлаженный механизм. Сделать это довольно трудно. Вторая гипотеза – все спутники сформировались вместе с Плутоном из протопланетной туманности – также имеет изъяны: влияние массивного Харона попросту не дало бы сформироваться мелким спутникам там, где они сейчас находятся.

Третью гипотезу высказали ученые, открывшие в 2005 году Никту и Гидру. Они предположили, что вся система Плутона образовалась в результате гигантского столкновения двух протопланет во время формирования Солнечной системы. Тогда мелкие спутники — это слившиеся в относительно крупные тела осколки от столкновения; образовавшись одновременно, за миллиарды лет они вполне могли «устаканить» свои орбиты под влиянием притяжения Харона и Плутона.

пять спутников Плутона

Пять спутников Плутона — Стикс, Никта, Кербер, Гидра (слева направо), а также Харон (внизу). Размеры спутников приведены к единому масштабу. Источник: NASA/JHUAPL/SwRI

Новые данные о спутниках Плутона, полученные космическим аппаратом «овые Горизонты», кажется, подтверждают гипотезу столкновения. Что же такого узнали астрономы из данных зонда?

Во время сближения с Плутоном «Новые Горизонты» измерил альбедо малых спутников. (Альбедо — это отражательная способность космического тела, которая выражается в доле отраженного телом солнечного света от общего количества упавшего света.) Оказалось, что альбедо Стикса равно 0,4 (40% падающего света отражается), Кербера 0,45, а Гидры и Никты и вовсе 0,56 и 0,57. Это очень большое значение, близкое к альбедо белых облаков.

В то же время астрономы знают, что отражательная способность объектов пояса Койпера гораздо ниже и составляет 0,05 — 0,20. Похоже, спутники Плутона состоят из другого вещества, чем типичные объекты пояса Койпера! Напрашивается вывод: малые спутники Плутона не были захвачены Плутоном из пояса Койпера.

Еще один факт: на фотографиях спутники выглядят бесформенными глыбами. Это не удивительно для небольших астероидов и спутников, но спутники Плутона имеют слишком вытянутую, слишком неправильную форму.

Поэтому можно предположить, что они являются осколками грандиозного столкновения, произошедшего 4 – 4,5 миллиарда лет назад, результатом которого стала вся система Плутона — сам Плутон, Харон и система из четырех маленьких спутников.

столкновение Плутона

Малые спутники могли принять свою форму в случае, если бы были сформированы из нескольких более мелких тел, возникших после грандиозного столкновения прото-Плутона с другой планетезималью. Слившиеся осколки обведены красными кружками. Источник: NASA/JHUAPL/SwRI

Выкладки астрономов выглядят довольно убедительно, но нужно помнить, что эти данные предварительные. Еще примерно половина материала, которые собрал «Новые Горизонты», не поступило на Землю (канал связи весьма узок и потому передача данных продолжается до сих пор). Ученые надеются, что после обработки всего массива данных у них сложится детальная картина образования системы Плутона.