В главе 4 мы уже познакомились с объектами пояса Койпера и прочими ТНО, с историей их открытия и основными подгруппами (плутино, кьюбивано и др.). Хотя исследования этой далекой области еще только разворачиваются, ясно уже, что объекты там очень разнообразны. Например, диаметры обнаруженных тел лежат в пределах от 2500 км у планеты-карлика Эриды до 1 км у самого маленького из зарегистрированных пока объектов, который был замечен телескопом «Хаббл» в декабре 2009 г. Вообще-то яркость этого малыша оценивается в 35m, т. е. он в 100 раз тусклее, чем способен увидеть «Хаббл». Как же его заметили? Его выдала тень! Объект на мгновение заслонил собой звезду, устроив для «Хаббла» маленькое звездное затмение. Оно обнаружилось при анализе данных со звездных датчиков телескопа, помогающих ему поддерживать точную ориентацию в пространстве. Оказалось, что и эти чисто технические устройства могут послужить для разведки далеких планет. Правда, чтобы сделать это открытие, астрономам Калифорнийского технологического института пришлось проделать огромную работу: проанализировать многолетние непрерывные записи звездных датчиков, чтобы заметить единственное затмение, длившееся 1/3 секунды!

Можно не сомневаться, что с появлением более мощных телескопов за Нептуном будут открыты и более мелкие объекты, а возможно, и более крупные. Кстати, не удивляйтесь, обнаружив в разных публикациях заметно различающиеся данные о размерах «транснептунят»: различить их диски от Земли очень сложно – например, Плутон виден под углом менее ОД''. Поэтому пока их размер оценивают разными методами. К примеру, сразу после открытия Квавара размер его изображения на снимках «Хаббла» оценивался в 0,04'', что давало диаметр этой планетки 1 300 км и делало ее крупнейшим объектом, обнаруженным в Солнечной системе после открытия Плутона. Но затем был использован фотометрический метод, давший существенно иной результат. Суть метода проста: падающий на планету солнечный свет частично отражается от ее поверхности, а частично поглощается и переизлучается в инфракрасном диапазоне.

Рис. 7.6. Слева: наилучшее изображение Квавара, собранное из 16 снимков, полученных в 2002 г. космическим телескопом «Хаббл». Справа: Эрида и ее спутник Дисномия (внизу слева) размером порядка 100 км. Спутник движется вокруг Эриды по круговой орбите радиусом 36400 км с периодом 15,77 сут. Фото: HST NASA

Зная расстояние до объекта и измерив его излучение в широком диапазоне спектра – от видимого до ИК, легко вычислить, сколько солнечных лучей он перехватывает, а значит – каков его размер (предполагается, что собственных источников тепла у маленького тела нет). Используя данные наземных и космических ИК-обсерваторий, включая «Спитцер» (NASA), астрономы оценили диаметр Квавара примерно в 850 км. Даже учет некоторых тонких эффектов позволяет сейчас «натянуть» размер Квавара максимум до 900 км. По этой причине Квавар пока не включают в группу планет-карликов, а считают лишь кандидатом в нее.

Похожая история произошла и с Седной: первоначально ее размер предполагался около 1700 км, а позже был снижен до 1200:1600 км. Еще больше неопределенность у Варуны: за пять лет (2002–2007 гг.) оценка ее диаметра уменьшилась с 1000 до 500 км. Казалось бы, такие различия размеров не очень важны, но дело в том, что у многих крупных ТНО обнаружены спутники, наблюдение за движением которых позволяет очень точно определить массу главного тела. Если же мы ошибаемся при измерении его размера, скажем, на 30 %, то вдвое ошибаемся при вычислении объема, а значит, и средней плотности. А ведь именно средняя плотность характеризует состав и даже внутреннюю структуру твердого тела: 5:6 г/см3 – у тела есть металлическое ядро, 3:4 г/см3 – каменистое тело типа астероида, 1:2 г/см3 – льдистое тело типа ядра кометы. Иногда встречаются тела с плотностью менее 1 г/см3; их структура, по всей видимости, пористая. Пример – спутник Сатурна Гиперион, похожий на губку и имеющий плотность 0,57 г/см3.

Единственная транснептунная планета-карлик, размер которой удалось измерить весьма точно и даже получить грубое изображение поверхности, – это Плутон.

Рис. 7.7. Наиболее четкое изображение Плутона, полученное по снимкам космического телескопа «Хаббл». Пока трудно судить, что представляют собой эти пятна на поверхности. Загадочное яркое пятно в центре, судя по цвету, покрыто замерзшей окисью углерода. Детали поверхности Плутона мы увидим в 2015 г., когда к нему приблизится зонд «New Horizons» (NASA).

В этом существенно помогли прохождения Харона на фоне Плутона, наблюдавшиеся в 1985–1991 гг.: закрывая часть диска планеты, спутник помог просканировать ее и по вариациям яркости и цвета восстановить размер и вид поверхности. Очень ценными оказались и снимки с космического телескопа. Правда, диск Плутона занимает всего несколько пикселей на ПЗС-матрице «Хаббла». Чтобы получить изображение, имеющее более высокое разрешение, нежели размер пикселя, был использован метод субрастрирования (dithering). Для этого получают несколько последовательных изображений, каждый раз сдвигая приемник на известное расстояние, меньшее размера пикселя. Комбинация полученных снимков дает изображение с «субпиксельным» разрешением. Но для его восстановления понадобилось 4 года непрерывной работы 20 компьютеров. Исходные снимки Плутона были сделаны «Хабблом» в 2002–2003 гг., а итоговое изображение впервые опубликовано лишь в 2010 г. (см. рис. 7.7 и с. 10 цветной вкладки).

Только точное измерение размера и массы тела позволяет вычислить его среднюю плотность, узнать характерный состав и решить, можно ли зачислить это тело в группу планет-карликов. Расчеты показывают, что ледяные тела принимают округлую форму при диаметре более 400 км, а льдисто-каменистые тела типа Цереры – при диаметре более 900 км. По этим параметрам в Солнечной системе пока насчитывается 5 карликовых планет (табл. 7.4 и 7.5), но нет сомнения, что их намного больше: за Нептуном, вероятно, обнаружатся сотни льдистых тел размером более 400 км. Уже обсуждается несколько кандидатов в карликовые планеты. Сейчас в списке первоочередников около дюжины объектов размером более 650 км, среди которых Седна, Варуна, Квавар, Иксион (Ixion), Орк (Orcus), Веста, Паллада, Гигия и другие крупные объекты пояса астероидов и ТНО.

Таблица 7.4

Планеты-карлики: параметры орбиты (Q и q — расстояние в афелии и перигелии; i – наклонение орбиты к эклиптике)

Таблица 7.5

Планеты-карлики: физические параметры

Глядя на с. 13 цветной вкладки, вы наверняка удивитесь: как это яйцеобразная Хаумея попала в карликовые планеты? Действительно, ее форма отнюдь не сферическая. По результатам измерения телескопа «Кек», Хаумея – это трехосный эллипсоид с длиной осей 1960х1518х х996 км. Как видим, у этого эллипсоида большая ось вдвое длиннее короткой! Казалось бы, тело такого размера должно было придать себе гидростатическую, а значит, круглую форму. А вот и нет! Мягкое тело в состоянии гидростатического равновесия принимает форму шара только в том случае, если не вращается. А вращение придает такому телу форму эллипсоида, сжатого вдоль оси вращения. Именно эту форму имеют планеты-гиганты и даже Земля. Однако при быстром вращении, когда центробежная сила становится сравнима с гравитационной, форма тела может стать более причудливой: например, эллипсоид может стать трехосным, вытянутым, что и произошло с Хаумеей. Ведь она вращается очень быстро, с периодом чуть менее 4 часов. При средней плотности тела около 3 г/см3 это почти на грани разрыва! Что вынудило Хаумею вращаться так быстро, доподлинно не известно, но есть основания предполагать, что это был мощный удар.