2014 MU69: зонд «Новые горизонты» готовится к встрече с объектом незнакомого мира

Пока Плутон стремительно уменьшается в поле зрения, зонд NASA «Новые горизонты» скользит все дальше и дальше по бескрайней неисследованной области, известной как пояс Койпера. Эта великая мерзлота тянется за газовым гигантом Нептуном и является домом для миллионов ледяных тел ­— объектов пояса Койпера — многие из которых считают остатками рождения нашего планетарного соседства где-то 4,6 миллиарда лет назад.

Пока мир продолжает глазеть на захватывающие снимки самого известного жителя пояса Койпера — Плутона — проворный маленький зонд, проскользнувший мимо него, готовится к своему последнему пролету. Это будет нелегко: последняя цель «Новых горизонтов» намного меньше карликовой планеты, и точное ее положение не определено. Но если все пойдет по плану, эта прощальная фаза миссии может стать самой показательной.

«Пояс Койпера — это ключевой элемент понимания того, как Солнечная система развивалась после образования планет», — говорит Мишель Баннистер из Университета Виктории в Канаде, работающий в Outer Solar System Origins Survey — проекте по составлению карты пояса Койпера с целью понять, как тот образовался. Последнее действие «Новых горизонтов», прежде чем зонд канет в небытие, — близкие снимки одного из самых малых жителей пояса — может переписать историю нашего космического детства.

Это последнее назначение появилось не в последний момент. О визите ко второму объекту пояса Койпера команда «Новых горизонтов» думала с самого начала, говорит Джон Спенсер из Юго-Западного научно-исследовательского института в Боулдере, который входит в команду планирования расширенной миссии. «Еще когда создавался дизайн космического аппарата в 2002 году, мы серьезно задумывались о том, что нам нужно сделать».

Самое главное — конструкторы зонда позаботились о том, чтобы у него было достаточно топлива, чтобы запустить двигатели и направиться к другому объекту пояса Койпера. «Если бы мы не могли изменить курс, у нас тогда бы не было возможности подойти к чему-то еще, лишь какой-то невероятный шанс, что нас ветром снесет или типа того», говорит Спенсер.

Большим вопросом, впрочем, остается определение цели. Хотя, по оценкам, в поясе Койпера сотни тысяч ледяных тел, нужно обнаружить объект, который будет в пределах досягаемости «Новых горизонтов».

Со Спенсером у руля, поиск команды начался со сканирования дальних пределов Солнечной системы в 2004 году, с использованием телескопа Субару на Гавайях. Они хотели убедиться, что там нет ничего достаточно большого и интересного, чтобы все это не было похоже на легкий довесок к расписанию по Плутону. Ничего и не было. Поэтому спустя два года, когда «Новые горизонты» отправились в свой эпичный вояж, у них было достаточно топлива, чтобы исследовать небольшой кусочек пояса Койпера, но пункт назначения после Плутона оставался неизвестным.

К 2011 году, когда зонд «Новые горизонты» вышел на конкретный путь, команда получила суженный сектор неба в созвездии Стрельца. Но появилось новое препятствие: было сложно вычленить слабые объекты на фоне мириад звезд Млечного Пути. «Мы были обеспокоены до конца 2013 года, — говорит Спенсер. — Три года искали и выяснили, что очень сложно вглядываться в плотное звездное поле».

В конце концов, группе удалось обнаружить порядка пятидесяти объектов пояса Койпера, скрывающихся на этом мерцающем фоне. К сожалению, все они лежали за пределами досягаемости «Новых горизонтов».

«Я думаю, чтобы достичь одного из обнаруженных объектов, у нас должно было быть на 50% больше топлива, чем осталось в баке, — говорит Спенсер. — Мы знали, что подбираемся к тому полю, в котором хотели оказаться, но не понимали, что нам нужно на тот момент. Поэтому обратились к Хабблу».

Космический телескоп Хаббла обещал более подробные снимки. Но сначала команде нужно было убедить боссов Хаббла, что у них есть хороший шанс обнаружить потенциальные цели, а для этого нужно просеять лавину данных. «Нервишки пошаливали, — говорит Спенсер, — но на самом деле все просто волновались».

В 2014 году кирка команды наткнулась на золото: два объекта пояса Койпера, 2014 PN70 и 2014 MU69, оба из которых находятся в пределах досягаемости «Новых горизонтов». Расход топлива, необходимого для коррекции курса в направлении первого объекта, оставил бы слишком мало для драгоценных маневров вокруг объекта, поставив под вопрос научные цели миссии, говорит Спенсер. «Так что выбор оказался довольно простым». «Новые горизонты» отправятся к 2014 MU69.

Ученые надеются, что NASA поставит официальную печать под продлением миссии к 2014 MU69 — решение будет принято лишь в конце следующего года. Но Спенсер и его коллеги уже направили четыре двигателя зонда в направлении цели после Плутона, которая в настоящее время находится в полутора миллиардах километров от карликовой планеты.

Если предположить, что продление миссии получит зеленый свет, космический аппарат посетит MU69 в январе 2019 года — и мы увидим объект, который будет очень отличаться от Плутона. Измерения яркости говорят о том, что он 30-40 километров в поперечнике — намного меньше 2370-километровой в ширину карликовой планеты. Также ожидается, что он будет неправильной формы и покрыт кратерами, говорит Спенсер. И будучи членом «холодной классической» группы, которая движется по относительно круглым орбитам по сравнению с другими объектами пояса Койпера, цель должна быть красноватого оттенка.

Как и с Плутоном, встреча «Новых горизонтов» с 2014 MU69 будет мимолетной, и его инструменты будут работать на износ, собирая данные о ледяном теле. «Мы используем инфракрасный спектрометр, чтобы составить карту состава поверхности и ультрафиолетовый спектрометр, чтобы найти признаки атмосферы, — говорит Спенсер. — Мы не ожидаем увидеть атмосферу или что-то типа нее на таком малыше, но будем готовы к сюрпризам».

Подход и изучение 2014 MU69 может помочь выяснить важные детали о том, был ли Плутон сформирован из таких объектов, а также найти ответы на общие вопросы о формировании планет.

Согласно нашей лучшей теории, планеты рождаются в протопланетарных дисках — больших воронках пыли и газа, вращающихся вокруг юной звезды. Материал собирается вместе, чтобы сформировать небольшие сгустки, которые притягивают больше материала, благодаря скромной гравитации. Очень скоро начинается формирование зародышей планет — планетезималей, а потом и, собственно, планет.

Объекты вроде 2014 MU69, жители области, которая оставалась по большей части нетронутой с самых ранних дней Солнечной системы, считаются древними остатками этого процесса планетообразования.

«Мы бы очень хотели знать, какие процессы формируют первичные планетезимали — изначальные строительные блоки планет — и 2014 MU69 ближайший из тех, которые мы можем посетить», — говорит планетарный астроном Алекс Паркер из Юго-Западного научно-исследовательского института, принимавший участие в открытии 2014 MU69.

Его относительно спокойное положение далеко от солнца — Паркер называет его «глубоко замороженной орбитой» — делает объект своего рода капсулой времени. Этот загадочный кусок мог бы рассказать нам о процессах, которые способствовали образованию планет именно из таких кусков.

Отметины насилия?

Если «Новые горизонты» найдет свежие импактные кратеры, к примеру, это может навести нас на мысли о формировании таких тел, как Плутон. Любые относительно новые отметины продемонстрируют материал, который находится под поверхностью 2014 MU69 — материал, не тронутый космическими лучами или ультрафиолетовым излучением. Это поможет выяснить состав тела, говорит Спенсер. «Мы можем сравнить его с тем, что ожидаем найти в составе объектов типа Плутона».

Такие наблюдения могут также помочь разрешить другую крупную загадку: как Солнечная система выстроилась именно таким образом. Текущие модели показывают, что газовые гиганты когда-то были сгруппированы гораздо плотнее, чем сейчас, окруженные плотным диском планетезималей. Потом что-то дестабилизировало это уютное расположение, забросив планеты на их современные позиции. Внешний диск тоже встряхнули, часть его сформировала пояс Койпера.

Ученые провели множество моделирований этого периода, но остается непонятно, как именно разыгрывался этот процесс. Это был насильственный переворот или более мягкая миграция? Чтобы ответить, нам нужно точно знать, насколько массивным диск планетезималей был до миграции газовых гигантов. И вот здесь-то кратеры 2014 MU69 могли бы пригодиться.

«В каком-то смысле, эти кратеры сохраняют отражение количества массы, которая была вокруг этих объектов в некоторый момент», — говорит Уэс Фрейзер из Королевского университета в Белфасте, Великобритания. Идея в том, что если объект усеян шрамами, они расскажут о множестве врезавшихся в него тел; если шрамов мало, то и объектов было меньше. Изучая размеры и показатели кратеров по снимкам «Новых горизонтов», ученые получат хорошее представление о массе диска. Скормив эти данные нынешней модели, мы получим картинку образования и эволюции Солнечной системы в то, что мы видим сегодня, почетче.

Для Баннистер и ее коллег по Outer Solar System Origins Survet, этот облет также предоставит контекст для изучения орбит и составов поверхности удаленных объектов пояса Койпера. «Мы сможем наконец совместить то, что видим с Земли, опираясь на крошечную порцию света, с реальными льдами и углеводородами, покрывающими его поверхность», говорит она. И хотя 2014 MU69, безусловно, окажется в центре внимания во время исполнения миссии «Новых горизонтов», команда ученых будет изучать и другие объекты в надежде на просветление.

Что касается самого малыша-зонда, как только он завершит свою работу в поясе Койпера, он отправится дальше, к пределам Солнечной системы. И будет продолжать отправлять данные, включая измерения солнечного ветра — потока заряженных частиц, плывущих от нашей звезды, — пока его радиоактивный источник питания не иссякнет, пожалуй, в середине 2030-х.

Независимо от того, когда мы потеряем связь, судьба «Новых горизонтов» предрешена. Преодолев границу пояса Койпера, зонд будет дрейфовать в Млечном Пути, а его драгоценные данные — храниться на Земле. Путешествие будет не окончено, но перевыполнено.

Пару слов о поясе Койпера

Мы подозревали, что за планетами будут замороженные бесплодные просторы, еще до того, как увидели их. В 1951 году астроном Джерард Койпер уверенно предположил существование широкой полосы ледяных тел за орбитой Нептуна. Но только в 1992 году астрономы обнаружили что-то за Плутоном. Это было первое реальное свидетельство огромного кольца мусора на внешней кромке Солнечной системы — и сейчас оно называется поясом Койпера.

С тех пор астрономы обнаружили порядка 1500 объектов пояса Койпера, вращающихся между 4,5 и 7,5 миллиардами километров от Солнца. И все же мы едва оцарапали поверхность. Мы знаем, что большинство этих объектов — десятки километров в поперечнике, но есть там и крупные тела, включая Плутон и его крупную луну Харон. Карликовая планета Эрис, например, почти таких же размеров, что и Плутон, и обладает похожей геологической активностью. Этот регион также считается родиной большинства короткопериодических комет, которые совершают орбиту вокруг Солнца меньше чем за 200 лет.

Наши лучшие оценки показывают, что в этой ледяной пустоши должны быть сотни тысяч ледяных тел — остатков ранних дней Солнечной системы — и мы практически их не знаем, не считая горстки. «Мы по-прежнему мало знаем об аспектах пояса Койпера, — говорит Уэс Фрейзер. — Мы даже не знаем, из чего они сделаны. Должно быть, из каких-то камней, но каких?».

Пояс Койпера хранит секреты образования планет и развития нашей солнечной системы. Возможно, он также знает ответ на вопрос: почему Плутон не планета? И все же эта область так далека, что до нее не дотянуться даже с помощью космических телескопов. Поэтому мы с восхищением и предвкушением ждем результатов миссии «Новых горизонтов». В конце концов, снимки Плутона уже подарили нам массу положительных эмоций.