Автоматическая межпланетная станция New Horizons 14 июля 2015 года в 14:50 московского времени на скорости около 14 километров в секунду приблизилась к Плутону на минимальное расстояние — 12,5 тысячи километров. Через 14 минут аппарат НАСА должен был оказаться на минимальном удалении в 28,8 тысячи километров от Харона — крупнейшего спутника карликовой планеты. Это означает кульминацию исследовательской миссии New Horizons, посвященной изучению Плутона, основная часть которой должна завершиться 23 июля.

Карликовая планета

Плутон и Харон находятся на удалении около 30 (в перигелии) и 50 (в афелии) астрономических единиц от Солнца. Расстояние между карликовой планетой и ее спутником составляет 19 570 километров, что почти в 20 раз меньше расстояния между Землей и Луной. Оба небесных тела, по сравнению с Землей и Луной, являются небольшими: диаметр Плутона, согласно полученным станцией New Horizons данным, составляет 2370 километров (с неопределенностью в 20 километров) — 18,5 процента диаметра Земли, а Харона — 1208 километров (9,5 процента); Плутон в восемь раз тяжелее Харона, а центр тяжести системы находится между поверхностями планет.

По словам астрономов, в рамках миссии New Horizons им окончательно удалось определить размеры карликовой планеты. Кроме того, новые данные свидетельствуют о том, что плотность карликовой планеты несколько ниже, чем считалось ранее, а льда в ней — больше. До этих пор самой крупной карликовой планетой в Солнечной системе считалась Эрида, расположенная в поясе Койпера дальше орбиты Плутона. Ее диаметр оценивался в 2336 километров. Впрочем, с таким его значением согласны не все астрономы.

Всего же в Солнечной системе Международным астрономическим союзом (МАС) признается существование шести карликовых планет. Одна из них (Церера) находится в астероидном поясе между орбитами Марса и Юпитера, другие, подобно Плутону — дальше орбиты Нептуна. Сам Плутон решением МАС в 2006 году перестал считаться планетой, поскольку не удовлетворяет одному из определяющих ее критериев — планета должна доминировать в пространстве своей орбиты. Данный критерий не поддерживается некоторыми астрономами. Всего в Солнечной системе, согласно МАС, насчитывается восемь планет.

Станции New Horizons, кроме определения размеров карликовой планеты, при подлете к Плутону удалось провести ряд исследований. Так, она сделала снимки всех пяти спутников Плутона. Фотографии Харона New Horizons впервые получила в июне 2013 года, двух других небольших лун неправильной формы — Гидры и Никты — в июне 2014 года и в январе 2015 года. О существовании спутников Кербера и Стикса стало известно в 2011 и 2012 годах, соответственно, а их первые фотографии с расстояния в 88 миллионов километров получены при помощи инструмента LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) станции в период с 25 апреля по 1 мая 2015 года.

Стикс, диаметр которого оценивается в 7-21 километр, вращается вокруг Плутона между орбитами Харона и Никты с периодом в 20 суток. Кербер радиусом 5-15 километров находится между орбитами Никты и Гидры и вращается вокруг Плутона с периодом в 32 суток.

Также станция New Horizons подтвердила существование на поверхности Плутона метана, а ее инструменты исследовали рельефы карликовой планеты и ее спутника. В частности, астрономы рассмотрели в приэкваториальном районе Плутона зону темного цвета, получившую условное название «Кит» и протянувшуюся вдоль экватора карликовой планеты на расстояние 3 тысяч километров. Также ученые заметили полигональные формы рельефа, расположенные в северо-восточной части карликовой планеты на протяжении около 1600 километров. По мнению ученых, они обнаружили регион, претерпевший большое количество динамических изменений.

На Хароне в районе северного полюса ученые заметили темный участок, природа которого им пока не ясна. Ниже, около экватора спутника, они наблюдали возможные углубления ландшафта. В области южного полюса Харона заметно круговое образование диаметром около 96,5 километра, которое, предположительно, может быть ударным кратером. По мнению ученых, он образовался примерно миллиард лет назад в результате столкновения с небольшим телом из пояса Койпера.

В видимом свете Плутон имеет красноватый оттенок и отдаленно напоминает Марс. Всего же, по мнению ученых, перепады яркости различных участков поверхности карликовой планеты являются одними из самых больших среди небесных тел Солнечной системы.

Миссия New Horizons

Основной задачей программы New Horizons является изучение карликовой планеты Плутон и ее крупнейшего спутника Харон. Научное оборудование, установленное на станции, как ожидается, соберет данные о возможном наличии магнитосферы у Плутона, составе атмосферы и строении его поверхности, а также взаимодействии с Хароном.

По некоторым данным, у этих планет может присутствовать связанная атмосфера — часть молекул из атмосферы Плутона может переходить на Харон. За последнее десятилетие толщина атмосферного слоя на Плутоне увеличилась более чем в десять раз — вероятно, это связано с сублимацией метана и других соединений с поверхности карликовой планеты из-за вытянутости ее орбиты вращения вокруг Солнца. Исследованиями этих вопросов, в частности, и займется New Horizons. Также данные, собранные станцией, позволят узнать, есть ли на Плутоне водяной океан, расположенный под толщей льда.

Затраты НАСА на осуществление миссии New Horizons превышают 600 миллионов долларов. Сам аппарат был запущен в космос 19 января 2006 года с космодрома на мысе Канаверал на ракете-носителе Atlas V.

Стартовая масса аппарата равнялась 478 килограммам, из которых 77 килограммов приходится на метилгидразин, используемый в качестве топлива в корректирующей двигательной установке. Еще 11 килограммов — на гранулы оксида плутония-238, который содержится в радиоизотопном термоэлектрическом генераторе, обеспечивающем питание семи научных инструментов миссии и бортового вычислительного комплекса.

За время своего путешествия от Земли до Плутона станция выполнила несколько гравитационных маневров и провела ряд тестовых исследований. В частности, 13 июня 2006 года аппарат прошел в 110 тысячах километров от небольшого астероида 132524 APL и сфотографировал его. Однако большую часть путешествия New Horizons находилась в режиме гибернации.

Научные инструменты

Инструменты, которыми снабжен New Horizons, отражают возложенные на него научные задачи. Инструмент Ralph способен получать изображения в видимом диапазоне, а также предназначен для составления тепловой карты небесных тел. Спектрометр Alice, работающий в ультрафиолетовом диапазоне, предназначен для анализа состава и структуры атмосферы Плутона. Прибор также попробует найти следы атмосферы на Хароне, а затем, в случае успешного продолжения миссии New Horizons, поищет новые небесные тела в поясе Койпера.

Радиометр REX (Radio Science EXperiment) позволит измерить массу Плутона и Харона, а также провести исследования их тепловых свойств. Камера LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) позволяет получать черно-белые снимки в высоком разрешении. Именно с ее помощью оказывается возможным получать качественные снимки поверхности карликовой планеты и ее спутника. Инструмент SWAP (Solar Wind Around Pluto) проанализирует солнечный ветер вблизи Плутона, определит скорость истекания вещества из его атмосферы, а также определит, есть ли у карликовой планеты магнитосфера.

PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) измерит состав и концентрацию покидающих атмосферу Плутона ионов и других частиц. Инструмент SDC (Student Dust Counter) построен и управляется студентами, и определяет содержание космической пыли по мере путешествия New Horizons по Солнечной системе.

Бортовой вычислительный комплекс образуют четыре компьютера, построенных на базе радиационно-стойкого процессора Mongoose-V с тактовой частотой 12 мегагерц. Данные хранятся в двух флеш-картах объемом восемь гигабайт каждая. Информация от станции передается в сантиметровом диапазоне длин волн и доходит до Земли в течение 4,5 часа. Скорость передачи данных также низка — файл размером один мегабайт New Horizons будет отправлять на Землю в течение трех часов.

Что потом?

После максимального сближения New Horizons с Плутоном и Хароном в течение 30 минут станция проведет около 150 научных измерений и в течение 9 часов не будет отправлять информацию на Землю. Примерно в полночь по московскому времени она передаст НАСА вместе с сигналом об успешном прохождении мимо Плутона (существует вероятность, равная 0,01 процента, что станция будет потеряна из-за столкновения с частицами космической пыли и более крупными телами) первый пакет данных. Ожидается, что Земли они достигнут примерно через 4,5 часа. В первые дни после сближения с Плутоном ученые планируют изучить основной массив данных и представить свои результаты анализа публике, однако вся собранная станцией информация будет, как ожидается, получена примерно только через 16 месяцев.

После системы Плутон — Харон специалисты НАСА собираются использовать станцию для изучения Солнечной системы за пределами орбиты карликовой планеты — пояса Койпера. Его составляют астероиды, образованные льдами — замерзшими метаном, аммиаком и водой. Миссия New Horizons, как ожидается, завершит свою работу в середине 2020-х годов. Вблизи Плутона станция не задержится — слишком велика ее скорость, чтобы закрепиться на орбите карликовой планеты.