С момента своего открытия в 1930 году и до 1978 года Плутон был для астрономов планетой-загадкой. Ученые не знали точно ни его размеров, ни массы, ни состава. Все характеристики карликовой планеты, кроме орбиты, были покрыты мраком.
Открытие Харона
И вот, в 1978 году на Военно-морской обсерватории США астроном Джеймс Кристи (James Christy) обнаруживает у Плутона спутник. Это было неожиданное открытие! Спутник находился так близко к планете (тогда еще обычной), что на фотографиях практически сливался с ней в одно целое.
Спутник получил имя Харон. Он был назван в честь перевозчика душ мертвых через подземную реку Стикс в царство Плутона.
Открытие спутника, эта счастливая случайность, давала ключ к пониманию Плутона. В самом деле, если у планеты есть спутник, то используя законы Ньютона, можно было сразу же вычислить массы обоих тел. Если бы Плутон оказался массивным как Земля, то очевидно, он должен быть очень плотным и состоять из металлов и камня. Если же масса Плутона невелика, то его природа, скорее походила на природу спутников планет-гигантов.
Плутон оказался не просто легким, а невероятно легким — в 5 раз менее массивным, чем Луна! Однако попутно выяснилось, что спутник Харон всего лишь в 8,6 раза уступал по массе планете. Харон настолько массивный, что центр масс двух тел находится за пределами поверхности Плутона. Это уникальное свойство для крупных тел Солнечной системы
Плутон и Харон — двойная планета
Систему Плутон-Харон часто рассматривают как двойную планету. Причина не только и не столько в том, что планета и ее спутник находятся необычайно близко друг к другу (расстояние между ними всего около 19 600 км). Харон не только необычно массивный для спутника, но и всего лишь в 2 раза уступает Плутону по размерам. (Диаметр Харона составляет примерно 1200 км, в то время как диаметр карликовой планеты — 2376 км).
Астрономы полагают, что пара, вероятно, образовалась одновременно, когда столкнулись два похожих по размерам объекта. В отличие от большинства планет и спутников, система Плутон-Харон наклонена на бок по отношению к плоскости орбиты. Больше того, Плутон вращается вокруг своей оси в обратную сторону по сравнению с большинством планет. Все это может свидетельствовать о бурном рождении системы. Судя по тому, что Плутон и Харон существенно различны внешне, имеют разное строение и структуру, «протоплутон» и «протохарон» были совершенно разными мирами.
Как выглядит Харон
Представление о внешнем облике ученые получили только в 2015 году, когда сквозь систему Плутона пролетел зонд «Новые горизонты». На снимках предстала поверхность, испещренная кратерами, разломами и бороздами. Это сильно контрастирует с тем, как выглядит Плутон. По-видимому поверхность Харона гораздо старше поверхности карликовой планеты.
Цвет Харона
Цвет Харона — беловато-серый, в то время как цвет Плутона — смесь белых и желто-бурых участков. Очевидно, поверхность спутника сложена из водяного льда. При температуре -220° С (обычная температура на Хароне) лед становится крепким, как металл.
Также «Новые горизонты» обнаружили удивительное образование на северном полюсе Харона — большое красновато-коричневое пятно. Этот красноватый оттенок похож на цвет поверхности Плутона. Откуда взялось это пятно?
Астрономы полагают, что это — часть замерзшей атмосферы Плутона, которая осела и замерзла на поверхности спутника. Плутон слишком мал, чтобы крепко удерживать атмосферу. Газы постоянно покидают ее, убегая в космос. Если бы не лед на поверхности Плутона, который подпитывает атмосферу, она бы давно вся улетучилась.
Находящийся на близкой орбите Харон захватывает часть азота и метана, которые затем замерзают и осаждаются на поверхности. Под действием солнечного ультрафиолета и космических лучей в этом слое идут химические реакции (очень медленно!), благодаря которым создаются сложные органические соединения — толины. Они-то и область вблизи полюса Харона в красноватый цвет.
Каньон на Хароне
Одна из главных особенностей Харона — громадный каньон, который разделяет спутник на две части. Его длина составляет по меньшей мере 1600 км. К югу от каньона лежит равнина, которая неофициально именуется Вулканическим плоскогорьем. Кратеров здесь меньше, чем в северном полушарии спутника, зато хорошо просматриваются на поверхности борозды, трещины и складки. Все это свидетельствует об относительной молодости данной области, а также о геологической активности. Скорее всего, обновление поверхности вызвано действием криовулканов, выбрасывающих воду. Такие вулканы найдены на спутнике Нептуна Тритоне и, очевидно, есть на Плутоне.
Весьма вероятен следующий сценарий. Когда-то давно, когда радиоактивные элементы еще не успели распасться, недра Харона были горячи. Внутреннее тепло позволяло спутнику поддерживать под ледяной корой жидкий океан воды. Но затем недра остыли, океан замерз, расширился (лед занимает бо́льший объем, чем жидкая вода), и поверхность спутника треснула во многих местах. Через образовавшиеся разломы остатки жидкой воды вытекли на поверхность, залив древние кратеры и структуры.
Пепельный свет Харона
На снимках «Новых горизонтов» южный полюс Харона он погружен во тьму. Полярная ночь началась в 1989 году и продлится до 2107 года. Однако тьма не кромешная — южные территории слабо освещаются светом, отраженным Плутоном. Это явление знакомо нам, когда мы по вечерам смотрим на молодую Луну: кроме яркого серпика часто наблюдается также слабое свечение не освещенной Солнцем поверхности спутника. Это явление называется пепельным светом Луны.
Нечто подобное происходит и в системе Плутона и Харона. Плутон, отражая солнечный свет, подсвечивает Харон, а спутник, в свою очередь, освещает карликовую планету. После того, как зонд «Новые горизонты» покинул дневную сторону Плутона, он продолжал фотографировать планету. Астрономы теперь смотрели на карликовую планету в отраженном лунном свете Харона, собирая еще больше информации о мире с помощью ее компаньона.
Ниже представлена 3D-модель Харона, разработанная специалистами НАСА: