У плутона мощная атмосфера. Планета Плутон — объяснение для детей Что такое планета плутон

Спектрометрические измерения уверенно указывают на присутствие на Плутоне метана. Но неясно, относятся ли наблюдающиеся метановые полосы к атмосфере или к инею на поверхности. Вероятно, иней метана есть, но и существование атмосферы также доказано, причем она даже не очень разреженная. Вначале исследователи исходили из того, что она состоит из метана, и заключали, что атмосфера Плутона тонка, но на пределе возможностей современной аппаратуры ее удается обнаружить. В полученном спектре отражения Плутона имеются полосы у длин волн 620, 790 и 840 нм., которые совпадают с расчетным спектром поглощения метана. Эти полосы, вероятнее всего, относятся к газовой фазе.

Толщина атмосферы Плутона оценивалась всего в 7,3?10 22 молекул/см 2 (около 1/3 содержания углекислого газа в столбе атмосферы Марса). Но эта оценка относится только к метану. Напомним: у Тритона и Титана азотные атмосферы. В атмосфере Плутона азота тоже может быть много. Возможно и присутствие аргона. Согласно последним измерениям, атмосфера Плутона может быть более плотной, чем предполагалось. В 1988 г. наблюдалось покрытие Плутоном звезды: ее яркость убывала постепенно, в течение нескольких секунд, что несомненно указывает на довольно плотную атмосферу.

Глобальные колебания температуры Плутона должны приводить к накоплению конденсатов метана и азота в полярных шапках зимой и увеличению атмосферной массы летом, в период таяния полярных шапок. Согласно расчетам, уменьшение температуры всего на 2 градуса приводит к конденсации половины атмосферного метана на Плутоне. Поэтому содержание метана в атмосфере должно особенно сильно меняться в зависимости от положения Плутона на орбите, вызывающего сезонные изменения температуры.

Если на Земле смена сезонов в основном обязана наклону экватора планеты к ее орбитальной плоскости, то на Плутоне и Хароне к большому наклону экватора добавляется и большой эксцентриситет орбиты (0,25), что изменяет поток падающего на поверхность солнечного тепла на ±56% за 248 лет. Это приводит к глобальному потеплению в перигелии орбиты и к охлаждению в афелии. Плутон прошел перигелий в 1989 г. Вероятно, значительная часть отложений метана и азота перешла при этом с поверхности в атмосферу.

Ось вращения Плутона ориентирована в нашу эпоху так, что в перигелии и афелии он повернут экватором к Солнцу. Это делает сезонные эффекты довольно замысловатыми. В полярных областях Плутона смена сезонов, в целом, такая же, как на Земле - одна зима и одно лето за год, хотя есть различие между полушариями: в южном быстро наступает лето и медленно - зима, а в северном наоборот. Но в экваториальных областях друг друга сменяют четыре сезона: два сезона низкого Солнца и два - высокого, которые можно назвать «летними», но при этом одно лето более теплое, а другое - более прохладное. В период теплого лета температура достигает -220 °С, а в зимний период опускается до -240 °С. Расчет показывает, что в результате прецессии ось Плутона описывает конус вокруг оси его орбиты с периодом в несколько миллионов лет (у Земли этот период всего 26 тыс. лет). Поэтому примерно через миллион лет ось Плутона, подобно земной оси, будет в перигелии и афелии смотреть в сторону Солнца (под углом 33°), и смена сезонов станет проще: в каждом полушарии будет четкая смена зимы и лета, причем в одном из полушарий лето будет «жарче», чем в другом.

Неожиданный результат был получен при расчете структуры атмосферы Плутона. Оказалось, что из-за малого расстояния между Плутоном и Хароном у них должна быть общая атмосфера. Но это требует подтверждения. Если существующие оценки массы Плутона и Харона правильны, то метан в атмосфере Плутона находится на грани диссипации. Для сохранения метановой атмосферы требуются примерно такие параметры: масса Плутона 2,3?10 22 кг. (1/3 массы Луны), радиус 1400 км., средняя температура поверхности не более 52 К, максимальная 62 К. При этом сферическое альбедо должно быть около 0,45, а ускорение свободного падения у поверхности около 0,8 м/с 2 .

В 1988-91 гг. методами астрометрии удалось определить положение центра масс и оценить среднюю плотность Плутона как 1,8-2,1 г/см 3 ., что типично для силикатно-ледяных тел вроде Тритона, Титана или Ганимеда. Плотность Харона получилась равной 1,2-1,3 г/см 3 . Отсюда следовало, что состав Плутона - это каменные породы и водяной лед, а Харон - это аналог ледяных спутников Сатурна. Такое различие должно было указывать на независимое происхождение этих небесных тел. Однако позже были получены иные оценки: расстояние между центрами компонентов 19640 км., диаметр Плутона 2300 км., диаметр Харона 1200 км. Полная масса системы 1,46?10 22 кг., из которых на Харон приходится около 10%. Отсюда плотность Харона 1,7 г/см 3 , что заметно ближе к плотности Плутона. Таким образом, вопрос о происхождении Плутона и Харона остается открытым до более детального их исследования.

<<< Назад

Вперед >>>

Атмосфера Плутона - самая загадочная воздушная оболочка Солнечной Системы. Во-первых, потому, что она будто бы оторвана от поверхности, отделена вакуумом. Некоторые ее частицы достигают Харона. Во-вторых, ее средняя плотность в несколько раз выше, чем плотность Однако газы, из которых она состоит, увы, непригодны для человечества. Ну а в-третьих, атмосфера планеты Плутон - явление переменное. С учетом ее плотности и массы она способна испаряться в так называемое «лето» на планете. Если эти и многие другие явления, которые происходят на Плутоне, вас интересуют, предлагаем окунуться в его мир.

Где искать девятую планету?

Плутон - девятый по счету объект от Солнца, который входит в категорию СС. Буквально в прошлом веке он занимал почетное место самой удаленной от нашей звезды планеты. Позже было обнаружено, что объект является частью пояса Койпера, и по своим параметрам даже немого меньше некоторых других карликовых планет, которые находятся в данном астероидном кольце. Орбита Плутона - самая большая в нашей системе, потому полный оборот вокруг Солнца тут длится 248 земных лет. В нашу эпоху у астрономов есть возможность наблюдать плутонианское лето. Этот факт также положительный потому, что планета максимально приближена к Солнцу, она более отчетливо просматривается в телескопы. В данный период также отлично наблюдается атмосфера Плутона. Изначально ее существование было доказано гипотетическим путем, но позже рассмотреть воздушную оболочку удалось благодаря оптике.

Открытие атмосферы

Сама планета Плутон была открыта совсем недавно - в 1930 году. Ее записали как девятый полноправный объект СС и будто бы забыли о ней на время. В 80-е годы наблюдения за планетой возобновились. Большинство снимков было получено благодаря телескопу Хаббл, который приоткрыл нам тайны космоса. В 1985 году впервые была обнаружена атмосфера Плутона. Состав воздушной оболочки удалось установить математическим путем, так как не было возможности запустить шаттл для взятия образцов воздуха. Параллельно с этим была изучена и поверхность планеты. Как оказалось, она состоит из кристаллического сухого льда, состоящего из водорода и самой воды. Несмотря на то что планета твердая, как Земля, именно ее поверхность, испаряясь, образует воздушную прослойку. Потому состав этих двух компонентов идентичен, что в значительной степени делает работу астрономов проще.

Составляющая химия

Перед тем как перейти к изучению свойств и взаимодействий различных газов в космосе, рассмотрим, из чего состоит атмосфера Плутона. Это довольно толстая оболочка, ширина которой равна 3 000 километров. Ее основу составляет азот - он занимает 99% всего воздушного пространства. 0,9 процента приходится на моноокись углерода, а остаток составляет метан. Все эти газы витают вокруг планеты потому, что они испаряются от льдов, покрывающих ее поверхность. С течением времени процесс испарения увеличивается в масштабах, за счет чего растет и атмосфера Плутона. Состав ее при этом остается прежним, а вот сублимация принимает более глобальные масштабы. Это влечет за собой повышение температуры а также усиление его гравитационного поля. Возможно, в будущем, которое нельзя сопоставить с человеческой жизнью, Плутон станет обитаемой планетой.

Воздушная оболочка Плутона летом

Мы уже говорили о том, что сейчас мы, глядя в телескоп на Плутон, можем увидеть, как там проходит лето. В этот период планета максимально приближается к Солнцу и здорово прогревается. Именно в этот момент образуется газообразная атмосфера Плутона, которую земные исследователи и смогли увидеть в телескопы. Летом из-за парникового эффекта, который возникает под воздействием солнечных лучей, происходит испарение. Только тут поверхностные льды преображаются не в воду, а сразу в газ, так как гравитация на Плутоне отсутствует. Этот газ, состоящий в большей мере из азота, поднимается гигантским моно-облаком над планетой, немного даже отрываясь от нее и образуя так называемую вакуумную прослойку. Некоторые молекулы азота и метана способны достичь поверхности Харона. Благодаря такому летнему парниковому эффекту, собственно, и было доказано наличие атмосферы Плутона. Ученые заметили, что планета имеет не четкие очертания, а находится словно в пучине большого облака. При более детальном рассмотрении установились все вышеописанные факты.

Зима в царстве холода

Если бы человечество достигло сегодняшних технологических высот 200 лет назад, доказать наличие атмосферы Плутона было бы нереально. В тот период, когда карликовая планета удаляется от Солнца, все газы, которые над ней парили летом, возвращаются на поверхность и становятся частью ледников, из которых они испарились в начале прошедшего сезона. В таком случае Плутон выглядит полностью «голым», и его очертания четко просматриваются в телескоп, так как не заслоняются воздушной оболочкой.

Температура воздуха в различных слоях атмосферы

Мы привыкли, что воздушная оболочка Земли остывает по мере удаления от поверхности, и многие полагают, что на всех планетах дела обстоят точно так же. Но это совсем не так, и наглядным примером тому служит атмосфера Плутона. Поверхность самой планеты невероятно холодна - 231 градус ниже нуля. Именно такой показатель характерен и для нижнего слоя атмосферы. По мере удаления от вечных ледников, которые покрывают Плутон, температура повышается. В верхних мы уже встречаем показатель -173 градуса, что, в принципе, нормально для космической среды. Более того, тут наблюдается поразительный парадокс. Летом, когда газы отделяются от планеты, за счет сублимации ее поверхность еще больше остывает. Это так называемый антипарниковый эффект. В зимнее время за счет того, что газы исчезают, и на Плутон попадают прямые солнечные лучи, вечные ледники немного нагреваются.

Небо Плутона

За счет того, что этой карликовой планеты слишком мало, оно не удерживает атмосферу вокруг себя. Те газы, которые испаряются, удаляются от поверхности, никоим образом не защищая эту планету от воздействия космической радиации и астероидов. Но даже если бы паровые смеси из азота и могли бы задерживаться над корой Плутона, жить в таких условиях человек однозначно не смог бы. За счет отсутствия водорода, а также из-за предельно малой плотности пространства, атмосфера Плутона максимально разряжена. Это означает, что тут также не может образоваться особый слой, который будет менять цвет неба в зависимости от времени суток. Потому, теоретически, находясь на Плутоне, вы не отличите день от ночи. Постоянно перед вами будет вращаться черная сфера, на которой яркими вспышками будут возникать далекие звезды и мимо пролетающие планеты.

Заключение

Ныне астрономам более всего интересно, какая атмосфера у Плутона на самом деле. Действительно ли их расчеты и наблюдения точны и насколько они сходятся с реальностью? В ближайшее время планируется запуск спутника, который сможет преодолеть орбиты газовых гигантов, после чего высадится на Плутоне. По идее, шаттл, который будет запущен в атмосферу этой карликовой планеты, дойдет до поверхности и сможет взять образцы воздуха и льда. Ведь никаких разрушительных для техники химических элементов, как на Юпитере, там нет.

Плутон является не только одной из самых маленьких планет Солнечной Системы, он также является самой далекой и самой слабо изученной среди всех других крупных обитателей Солнечной системы, поэтому открытия, связанные с Плутоном, происходят не так уж часто.

На сегодня совершенно точно известно, что Плутон в 5 раз меньше Земли, он преимущественно состоит из горной породы и льда. Плутон в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому тепла и света здесь немного - температура на поверхности опускается порой до минус 220 градусов. Атмосферное давление здесь примерно в 1 000 раз меньше земного и составляет примерно 0,015 миллибар.

И тем не менее, атмосфера на Плутоне есть и о ее существовании известно уже около 30 лет. До сих пор считалось, что атмосфера Плутона - это тонкая пленка газов, в основном азота, с небольшими добавками метана и, возможно, окиси углерода (СО). Когда эта планета-карлик удаляется от Солнца на своей 248-летней орбите ее атмосфера замерзает и в буквальном смысле падает на поверхность планеты. Когда Плутон вновь начинает приближаться к Солнцу, температура там поднимается в замерзшие элементы и вновь превращаются в газ, создавая атмосферу.

Однако до сих пор астрономы занимались только верхним слоем атмосферы Плутона, причем делалось это тогда, когда свет от близлежащих звезд не мешал наблюдать за Плутоном. В результате серии наблюдений, ученые выяснили, что верхняя атмосфера планеты примерно на 50 градусов теплее поверхности, где средняя температура колеблется в районе отметки минус 170-180 градусов по Цельсию.

Теперь при помощи специального спектрографа CRIRES (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph) установленного на телескопе Very Large Telescope в Чили, удалось установить, что значительно теплее не только верхние, но и нижние слои атмосферы. Таким образом, если на поверхности Плутона температура составляет около минус 180 градусов, то в атмосфере она не опускается ниже 120-130 градусов.

На Земле все не так - температура тем выше, чем ближе к поверхности планеты. Изменение может составлять от 6 до 8 градусов на каждый километр атмосферы. На Плутоне "потепление" идет снизу-вверх, причем колебания могут составлять около 15 градусов на каждый километр атмосферы.

"Удивительно, что нам удалось провести наблюдения за атмосферой, которая меньше земной в 100 000 раз и находится на планете, расположенной на границе Солнечной системы", - говорит соавтор исследования Ханс-Ульрих Кейфль.

По его словам, причина, по которой поверхность Плутона так холодна, кроется в атмосфере. "Это похоже на то, как вода испаряется с поверхности тела, охлаждая его. Таким образом атмосфера буквально вытягивает тепло из планеты. В этой связи Плутон немного похож на кометы, где также имеется сублимирующий лед", - говорит он.

Последние наблюдения показали, что метан - это второй по распространенности элемент в атмосфере Плутона. "Метана там достаточно для того, чтобы он играл ключевую роль в процессе теплообмена и объяснял высокую температуру атмосферы", - говорит ученый.

На сегодня у специалистов есть две модели, объясняющие уникальные явления на Плутоне. Согласно первой, поверхность планеты покрыта тонким слоем метана, который препятствует сублимации замороженного азота. Согласно второй, этот же метан находится не на поверхности, а в самом нижнем слое атмосферы.

Прояснить ситуацию ученые надеются в 2015 году, когда к Плутону прибудет орбитальный зонд New Horizons.

Пока космический аппарат “Новые горизонты” движется к Плутону, астрономы и планетологи начинают потихоньку предвкушать это событие. А из-за того, что аппарат достигнет малой планеты через несколько месяцев, исследователям не остаётся ничего кроме как заниматься некоторыми побочными вопросами. Один из них звучит так: насколько большая атмосфера Плутона?

Этот вопрос не является обыденным в современной науке о планетах, как может показаться на первый взгляд. Так, например, с землёй всё достаточно ясно: у нашей планеты есть эквивалентная толщина атмосферы, та, которую можно получить если сжать её всю до однородного состояния по давлению и плотности. Значение эквивалентной толщины составляет 10 километров. А теперь сравните её с радиусом Земли, который равен 6370 километров, и вдумайтесь, что атмосфера Земли тонкая, как бритва, она составляет примерно 0.17 процентов от земного радиуса. Даже если принимать во внимание внешний предел нейтральной атмосферы Земли, которая называется экзобазой, то полученная эквивалентная толщина в 10 процентов от радиуса будет всё ещё очень тонкой. Таким образом, можно прийти к заключению, что объём атмосферы Земли очень крошечный по сравнению с объёмом Земли.

Но теперь рассмотрим Плутон. У его атмосферы есть поверхностная эквивалентная толщина приблизительно в 40 километров, которая составляет почти 4 процента его 1200-километрового радиуса. Однако, внешний предел атмосферы Плутона очень трудно определить, хотя мы знаем, что он очень далеко от поверхности. Если его определять таким же образом, как и экзобазу у Земли, то выходит, что внешний предел атмосферы Плутона будет по крайней мере в семь раз больше его радиуса. Это означает, что объём атмосферы Плутона в 350 раз больше объёма самого Плутона. Это является яркой иллюстрацией того, какой дивный и чудный новый мир собирается посетить аппарат “Новые Горизонты”.

Однако и эта оценка атмосферы Плутона очень консервативна. Как уже отмечалось ранее, внешняя её граница становится практически вырожденной, поскольку постепенно сливается с космическим вакуумом. В реальности, она может быть не в семь а в большее число раз возвышаться над Плутоном, и таким образом её объём будет ещё больше. Таким образом, определение размера атмосферы Плутона будет одним из главных вопросов на которые попытается ответить аппарат во время своего вхождения в систему Плутона в июле 2015 года. От результатов этих исследований будет зависеть множество факторов: тепловая структура атмосферы, солнечная ионизации, взаимодействие с солнечным ветром, темп уноса в космос и даже её взаимодействие с самым большим спутником Плутона, Хароном.

Изображение