Ледяное дыхание карлика: почему атмосфера Плутона начинает исчезать

Согласно данным астрономов, полученным во время покрытий Плутоном далеких звезд, его атмосфера демонстрирует признаки стремительного вымораживания. По мере того как карликовая планета отдаляется от Солнца, ее и без того экстремальный климат становится еще суровее.

Плутон и сейчас — мир абсолютного холода. Температура его поверхности составляет около –230 °C, а верхние слои атмосферы немного «теплее» — примерно –203 °C. Однако удаление от источника тепла запускает необратимый процесс: богатая азотом газовая оболочка начинает коллапсировать, конденсируясь в виде инея на ледяной поверхности.

Команда исследователей под руководством Аманды Сикафус из Планетологического института Аризоны, похоже, обнаружила первые признаки этого перехода. «Мы находимся на особенно интересном этапе эволюции Плутона, — отметила Сикафус. — Наши наблюдения указывают на то, что атмосферное давление в последнее время начало снижаться».

Космический танец и долгий путь к апогею

Орбита Плутона сильно вытянута и наклонена относительно плоскости эклиптики Солнечной системы. Эксцентриситет орбиты настолько велик, что в течение десяти лет до и после прохождения перигелия в 1989 году (точки максимального сближения с Солнцем) Плутон находился к нашей звезде ближе, чем Нептун.

Однако с 1989 года карликовая планета неумолимо движется прочь по своей 248-летней орбите. Примечательно, что с момента открытия Плутона в 1930 году мы не увидели и половины его года. Апогелия — самой удаленной от Солнца точки, удаленной на 49 астрономических единиц (7,3 миллиарда километров), — Плутон достигнет лишь в 2114 году.

Пролетая мимо Плутона в июле 2015 года, миссия NASA «Новые горизонты» зафиксировала атмосферное давление на уровне 10 микробар. Это ничтожно малая величина, в миллионы раз меньше земной. Она создается разреженной азотной дымкой с примесью органических молекул — метана и угарного газа.

Охота за тенями: как изучать то, что нельзя потрогать

Поскольку «Новые горизонты» уже улетели далеко в пояс Койпера, у астрономов остался лишь один способ следить за погодой на Плутоне — наблюдения звездных покрытий. Этот метод работает, когда карликовая планета проходит перед звездой фона, отбрасывая на Землю узкую полосу тени. Если бы у Плутона не было атмосферы, свет звезды гас бы мгновенно. Но газовая оболочка преломляет и рассеивает свет, заставляя звезду угасать плавно, словно растворяясь в дымке.

В период с 2017 по 2023 год команда Сикафус изучила атмосферу Плутона в ходе десяти таких затмений. Яркость звезд варьировалась от 12-й до 18-й звездной величины, что делает их невидимыми невооруженным глазом.

Такие наблюдения сопряжены с огромными трудностями. Полоса тени Плутона на поверхности Земли составляет всего несколько километров в ширину и часто проходит над труднодоступными районами. Чтобы точно измерить профиль атмосферы, телескопы должны быть расставлены как внутри этой полосы, так и за ее пределами (для подтверждения ее границы).

«Меня постоянно поражает, как простая техника наблюдения за угасанием света позволяет изучать тончайшую атмосферу — в несколько миллионных долей земной — на объекте, который по размеру составляет две трети Луны и находится в 30 раз дальше от Солнца», — восхищается Сикафус.

Неожиданная задержка и резкое падение

Ранее считалось, что атмосфера Плутона начала замерзать еще в 2018 году, однако новые данные опровергают это. Анализ показал, что давление оставалось стабильным с 2015 года вплоть до середины 2021-го.

Перелом наступил позже. В период с середины 2021 года до последнего наблюдавшегося покрытия в 2023 году атмосферное давление на Плутоне упало на 16%. Структура верхних слоев атмосферы пока не изменилась, но анализ кривых блеска (графиков плавного угасания света звезды) указывает на трансформации в нижних слоях.

Ученые интерпретируют это как оседание частиц органической дымки к более низким широтам. Это именно тот эффект, которого следует ожидать при снижении атмосферного давления и начале общей циркуляции газов к полюсам.

«Я надеюсь, что в ближайшие годы и десятилетия мы сможем получить больше данных, чтобы подтвердить или опровергнуть эту тенденцию», — говорит Сикафус.

Будущее, которого мы не увидим

По прогнозам ученых, атмосфера Плутона не исчезнет полностью даже к моменту достижения апогелия. Часть газов останется в разреженном состоянии. А затем, когда карликовая планета начнет свой медленный путь обратно к Солнцу, слабый солнечный нагрев вновь усилится. Это заставит азотный лед сублимироваться с поверхности, возвращая Плутону его призрачную, эфемерную газовую оболочку.

Мы наблюдаем уникальный момент середины плутонианской осени, медленно переходящей в ледниковую зиму, которая продлится почти век.

Источники: Официальный пресс-релиз Планетологического института Аризоны (Planetary Science Institute) с комментариями Аманды Сикафус. Данные наблюдений покрытий звезд Плутоном за 2017–2023 гг. Публикация в журнале Planetary Science Journal от 31 июля. Архивные данные миссии NASA «New Horizons» (пролет июля 2015 г.)