Незамкнутые кольца Нептуна

Подобно другим планетам, в своем движении Нептун покрывает звезды, что происходит сравнительно часто. В 1968, 1981, 1983 и 1985 гг. при покрытиях отмечались странные явления. 22 июля 1985 г. на расстоянии примерно двух радиусов планеты свет звезды в течение 2 секунд был ослаблен на 30%. Похожие явления наблюдались и раньше, например в мае 1981 г., когда отмечалось 8-секундное уменьшение блеска звезды. Его зарегистрировали только с одной стороны от планеты, из чего был сделан вывод, что это спутник размером около 180 км. на орбите радиусом примерно 50000 км. Для такого открытия нужно необычайное везение, вероятность его меньше 1%. Тем не менее, «Вояджер» подтвердил существование этого спутника. Им оказалась Ларисса — тело диаметром около 190 км.

В других случаях результаты были сложнее. Покрытие 1985 г. наблюдалось из двух точек в Южной Америке, разнесенных на 100 км. Покрытие видели обе группы наблюдателей, поэтому небесное тело должно было обладать большими размерами. Но это противоречило кратковременности покрытия, всего 2 с. Было высказано предположение, что звезду закрыло особое кольцо незамкнутого типа. Таких колец тогда еще никто не видел.

На рис. показаны чрезвычайно слабые кольца Нептуна. Увидеть их даже с «Вояджера» человек не смог бы. Телевизионной камере понадобилась 10-минутная экспозиция, чтобы накопить достаточно света для этого изображения. Поэтому сам Нептун в центральной части изображения сильно «передержан». На дальнем плане снимка выделяются три дуги повышенной плотности. Кольца наблюдались в прямом рассеянии света, когда аппарат находился за Нептуном. Другие изображения показали, что между кольцами и внутри них есть еще два очень слабых, едва различимых кольца. «Арками» — так назвали незамкнутые образования — обладает только самое внешнее кольцо 1989 N1R, причем арки сами расположены на сплошном кольце малой плотности. Его диаметр 69,2 тыс. км., а ширина арок всего 50 км. (см. табл.). Другие арки найдены не были. По основным признакам кольцо 1989 N1R похоже на кольцо F Сатурна или кольца δ и η Урана. Наиболее крупные глыбы сосредоточены как раз в том кольце, которое едва заметно (1989 N4R).

Как возникают арки, почему они не распадаются? Теория пока не может дать ответ на эти вопросы. Легко было бы объяснить устойчивость системы, если бы в кольцо были «вмонтированы» небольшие спутники, по паре на каждую арку, иными словами, если бы в непосредственной близости от кольца находились шесть спутников типа «сторожевых собак». Но их поиски результатов не дали, за исключением того, что крупного глыбового материала в одной из арок больше, чем в других. Из шести вновь открытых спутников два расположены внутри колец (но не в самих кольцах). Но и они не решают задачу. Два новых спутника, Деспина и Галатея, по-видимому, могут определять резкие границы близкого к ним кольца, хотя как тела, внешние по отношению к кольцам, они скорее способны расталкивать кольца и спутники и удалять их друг от друга.

Обнаружилось, что структура колец в пределах арок оказалась перевитой, подобно кольцу F Сатурна. Все другие кольца замкнутые. Они находятся в интервале расстояний от 41,9 до 62,9 тыс. км.

Система колец Нептуна чрезвычайно похожа на систему Урана. Но суммарная площадь всего материала в кольцах и вновь открытых спутниках Нептуна составляет 1011 м2, или всего 1% от колец Урана. Один из выводов состоит в том, что кольца Нептуна гораздо старше. На это же указывают их очень низкие отражательные свойства: их сферическое альбедо около 6%. Вероятно, здесь также действует механизм потемнения поверхности за счет освобождения углерода из сложных молекул под действием бомбардировки заряженными частицами.

Во время сближения с Нептуном группа астрогеологов составляла внушительную часть научного коллектива «Вояджера». А ведь когда полет этого зонда начинался, в группе был лишь один геолог. Научная работа виделась, прежде всего, как исследование газо-жидких планет. Но с пролетом каждой планеты положение менялось, и центр исследований смещался к кольцам и твердому веществу спутников. Кольцам и спутникам планет посвящено более половины всех научных работ по материалам «Вояджеров».

Характеристики Плутона и Харона

Плутон:

Большая полуось орбиты 39,4 а.е.=5,9 млрд. км.

Сидерический период обращения 247,7 лет=90470 сут. («год»).

Синодический период (средний) 1,00 лет=367 сут.

Сидерический период вращения 6,39 сут.=6сут. 9ч. 17мин. («звездные сутки»).

Наклонение орбиты к эклиптике 17,2°.

Эксцентриситет орбиты 0,25.

Средняя орбитальная скорость 4,7 км/с.

Наклон экватора к орбите (вращение 57,5° обратное).

Масса 1,3×1022 кг.=0,002 М⊕.

Средняя плотность 2,0 г/см3.

Экваториальный радиус 1150 км.=0,18 R⊕.

Ускорение свободного падения 0,58 м/с2.

Скорость ускользания (2-я космич.) 1,2 км/с.

Сферическое альбедо (по Бонду) 0,4—0,6.

Геометрическое альбедо (визуальное) 0,5—0,7.

Визуальная звездная величина 14m.

Поток солнечного излучения у поверхности 0,88 Вт/м2.

Поглощаемая радиация 3×106 МВт.

Эффективная температура 38 К.

Состав атмосферы CH4N2.

Количество спутников 3.

Спутник Харон:

Радиус 603 км.

Масса 1,6×1021 кг.

Средняя плотность 1,7 г/см3.

Ускорение свободного падения 0,31 м/с2.

Скорость ускользания (2-я космич.) 0,6 км/с.

Радиус орбиты (круговая) 19600 км.

Наклонение орбиты к эклиптике 64°.

Наклонение орбиты к орбите Плутона 57,5°.

Период (орбитальный и суточный) 6,38725 сут. (движение обратное).

Визуальная звездная величина 17m.

Происхождение Плутона

Плутон столь значительно отличается от планет-гигантов, что с тех пор, как Клайд Томбо (1906—1997) открыл его в 1930 г., различные гипотезы о происхождении Плутона выдвигались много раз.

Известно, что положение Плутона в Солнечной системе противоречит эмпирическому правилу Тициуса-Боде, которое предсказывает для него большую полуось орбиты 77 а.е. (при действительном значении 39,4 а.е.). Для Нептуна тоже нет хорошего соответствия: 30,1 а.е. вместо предсказанных 38,8 а.е. Но положение планетных орбит в действительности определяется теорией резонансов, а правило Тициуса-Боде — это ее частный случай. Положение орбит Нептуна и Плутона соответствует 1:2 и 1:3 относительно Урана и, как результат, 2:3 для орбиты Плутона относительно Нептуна.