Реферат: Плутон

Самая далекая планета Солнечной системы, Плутон, —наименее изученная из всех планет. Она была открыта в марте 1930 годаамериканским астрономом  К. Томбо. Позже она была найдена и на более раннихфотографиях неба, начиная с 1914 года.

Замечательнаяистория открытий Нептуна и Плутона в действительности начинается с открытияУрана, потому что, не будь наблюдений Урана, два более поздних открытия моглибы задержаться на многие годы. Вместе с тем открытие Урана знаменует началоновой эпохи в истории астрономии,  так как Уран был первой планетой, котораябыла “открыта”. Ведь Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн всегда были видимыневооруженным глазом любому человеку, посмотревшему на небо (если только глазанаших доисторических предков не были гораздо несовершеннее наших глаз).

Плутон выглядит как звезда примерно 15-й звезднойвеличины. Нетрудно подсчитать, что почти такой же блеск имел бы Марс, еслиего отнести на расстояние Плутона. Это значит, что Плутон примерно таких жеразмеров, как и Марс. Более точная оценка диаметра планеты была сделана в 1950году Дж. Койпером, измерившим с помощью 5-метрового телескопа его угловойдиаметр и нашедший его равным 0”,23. Этому значению соответствует диаметрпланеты 5900 км.

В ночь с 28 на 29 апреля 1965 года Плутон должен былпройти вблизи звезды 15-й звездной величины, причем так близко, что могзакрыть ее, если бы его диаметр был равен определенному Койпером. Двенадцатьобсерваторий  следили за блеском звезды, но он не ослабел ни на секунду. Этоозначало, что диаметр Плутона не превосходит 5500 км.

Еще труднее было определить массу Плутона. До 1978года спутников у него известно не было, кометы вблизи него не проходили.Оставалось изучать слабые возмущения, создаваемые Плутоном в движенииближайших к нему планет Нептуна и Урана .

-****************-

При взгляде на план Солнечной системы может создатьсявпечатление, что орбиты Нептуна и Плутона пересекаются (см. рис 1). Этовпечатление ошибочно, так как орбита Плутона наклонена на угол 17° к плоскости эклиптики и орбиты Нептуна, причем линия узлов(пересечения плоскостей орбит) расположена так, что как раз в районе кажущихся“точек пересечения” Плутон находится на 10 а.е. севернее эклиптики. Более того, из-за соизмеримости периодов обращения Нептуна и Плутона (три периода Нептунапочти равны двум периодам Плутона) расстояние между обеими планетами никогда неможет быть меньше 18 а.е. Сейчас Плутон приближается к своему перигелию и онуже ближе к Солнцу, чем Нептун .

Ближе к Плутону, как это не странно, может подходитьУран — расстояние между ними может иногда сокращаться до 14 а.е. Но все же эторасстояние слишком велико. Американские астрономы Р. Данкомб, П. Сейдельман,Э. Джексон и польский астроном В. Клепчинский проделали громадную работу пообработке 5426 наблюдений положений Нептуна за 1846 — 1868 годы с учетомвозмущений от всех остальных планет и получили наилучшее согласие теории снаблюдениями в случае, если масса Плутона равна 0,11 земной. Именно такова,как мы помним, масса Марса, но Плутон меньше Марса, и если мы примем длянего такую массу и диаметр 5500 км, то средняя плотность Плутонаокажется равной 8 г/см^3, что слишком много. И вдруг неожиданноамериканский астроном Дж. Кристи на пластинках, снятых в апреле-мае 1978 годана 155-сантиметровом рефлекторе Морской обсерватории во Флагстаффе, обнаружилу Плутона спутник диаметром около 500 км . Открытие было подтверждено спомощью 4-х метрового рефлектора обсерватории Серро-Тололо. По обращениюспутника вокруг планеты удалось определить массу Плутона — 1,1 × 10^25 г или примерно 1/500 массы Земли! ДиаметрПлутона по определениям Кристи равен 2600 км иначе говоря, именноПлутон, а не Меркурий, — самая маленькая среди больших планет Солнечойсистемы. Плотность Плутона получается равной 1,4 г/см^3 — почти как у спутникаЮпитера Каллисто. По диаметру планеты и ее блеску легко определить альбедо; оноравно 0,5. Обычные скальные породы, как показывает пример Луны и Меркурия,необладают столь высоким альбедо, значит, можно предположить, чтозначительная часть поверхности Плутона покрыта льдом или инеем .

Температура на Плутоне должна быть около 40°К. Это значение ниже температуры конденсации метана при очень низкихдавлениях  (50°К). Поэтому на поверхности Плутона может бытьметановый лед. И вот совсем недавно, в 1977 году, американские астрономы Д.Крукшенк, Д. Моррисон  и К. Пилчер с помощью 4-х метрового рефлектораобсерватории Китт Пик обнаружили в инфракрасном спектре Плутона две полосы,характерные именно для метанового льда.

С другой стороны, канадский астроном Л. Маннинг, изучивспектр Плутона в видимой области, полученный в 1970 году Дж. Фиксом, Дж.Неффом и Л. Келси на 60-сантиметровом рефлекторе со спектрофотометром нашел внем признаки полос поглощения ионов железа и пришел к выводу, что породыпланеты обогащены железом .

В 1955 году американские астрономы М. Уокер и Р. Хардииз фотоэлектрических наблюдений нашли период вращения Плутона вокруг оси — 6суток 9 часов 16,9 минуты. Спустя 12 лет  советский астроном Р.И. Киладзеподтвердил этот период по собственным наблюдениям. В настоящее время ясно, чтоэтот период является вместе с тем периодом обращения спутника Плутона вокругпланеты .

Проникновение в тайны солнечной

системы на основе использования ньюто-

новского закона всемирного тяготения и

тщательнейших наблюдений продолжа-

лось и в нашем веке. Кульминацией этих

усилий было открытие Плутона, причем

обстоятельства этого открытия были

удивительно похожи на обстоятельства

открытия Нептуна. Как и тогда, планета

практически была обнаружена во время

одного из ранних поисков, но в силу

превратностей судьбы ее отождествление

произошло гораздо позднее.

В начале нашего столетия Персиваль Лоуэлл (1855-1916),основавший во Флагстаффе (Аризона) обсерваторию

целью наблюдения планет, и в особенности Марса,активно заинтересовался

возможностью существования планеты еще более далекой,чем Нептун. Он заново исследовал орбиту Урана и пришел к выводу, что кажущиесяошибки наблюдений могли бы существенно уменьшить если учесть возмущения Урананеизвестной планетой. Вычисленные Лоуэллом орбита и положения планеты не былиопубликованы

о 1914 г., хотя поиски планеты он начал с 1905 г.Через 24 года в

1929 г. было завершено сооружение нового 13-дюймовогорефрактора, который был установлен на обсерватории Лоуэлла для ускорениярозыска новой планеты.

Молодому ассистенту Клайду Томбо было порученосистематически фотографировать области неба вдоль эклиптики. Для каждой областион делал две фотографии с длительными экспозициями, разделенные по времени на 2-- 3 дня. Затем в поисках ожидаемой планеты он очень тщательно сравнивалполученные фотографические пластинки. Сравнение делалось при помошиблинк-компаратора—прибора, снабженного двойным микроскопом, что позволяетнаблюдателю попеременно видеть одну и ту же область неба на двух пластинках.Любой объект, который в течение интервала между двумя экспозициями перемещалсяпо небу, кажется прыгающим “туда — сюда”, в то время как звезды выглядятнеподвижными.

12 марта 1930 г., т. е. менее чем через год посленачала осущест-

вления новой программы, обсерватория Лоуэлла черезГарвардское бюро протелеграфировала астрономическим обсерваториям следующеесообщение: “Систематически начатые много лет назад

поиски в связи с исследованиями Лоуэллом планеты заорбитой

Нептуна привели к открытию объекта, скорость движенияи траектория которого в течение семи недель последовательно соответствовалителу, находящемуся за орбитой Нептуна приблизительно на том расстоянии, котороеему приписывал Лоуэлл. Пятнадцатая звездная величина. Положение на 3 часавсемирного времени 12 марта было 7” к западу от d Близнецов,что согласуется с предсказанной Лоуэллом долготой .”

Астрономический мир вскоре единодушно принял для этойпланеты название Плутон, которое подходит ей, так как она движется

во внешних не освещенных Солнцем областях солнечнойсистемы.

Кроме того, первые две буквы названия соответствуютинициалам

Персиваля Лоуэлла, умершего в 1916 г., т. е. всегочерез два года

после того, как им было опубликовано подробноепредсказание движения новой планеты.

Последующие вычисления орбиты, выполненные наосновании фотографий новой планеты, сделанных еще до ее открытия, показали, чтоона движется вокруг Солнца с периодом 246,5 года по орбите, наклоненной на 17”к средней плоскости других планет.

В перигелии орбита Плутона проходит внутри орбитыНептуна,

но вследствие большого наклона орбиты эти два теластолкнуться

не могут .

Только несчастливая случайность помешала открытьПлутон в

1919 г. астрономам обсерватории Маунт Вилсон. В этовремя Милтон Хьюмасон по поручению Уильяма Пикеринга (1858 -1938),

который независимо осуществил вычисленияпредполагаемого положения планеты, сфотографировал области вокругпредсказанного положения планеты и действительно получил изображение планеты нанекоторых пластинках. Однако изображение Плутона на одной из двух лучшихпластинок попало как раз на небольшой брак эмульсии (на первый взгляд оноказалось частью этого брака), в то время как на другой плзстинке изображениепланеты оказалось частично наложенным на какую-то звезду! Даже в 1930 г.,когда положение планеты в 1919 г. было довольно хорошо известно из вычисленнойорбиты, с трудом удалось отождествить те изображения Плутона, которые былиполучены 11 лет назад.

Если только Плутон не обладает фантастически большойплот-

ностью или же не является исключительно плохимотражателем

света, то его масса недостаточно велика, чтобывызывать те откло-

нения в движении Нептуна, на основе которых былопредсказано

существование Плутона. Вот почему многие астрономыныне пола-

гают, что открытие Плутона было случайным. Тем неменее от-

крытие, последовавшее в результат неустанных поисковпланеты,

представляет собой еще один шаг на пути прогрессанауки. Все со-

трудники обсерватории Лоуэлла достойны высшей похвалыза свою

кропотливую работу и полученные результаты.

Томбо распространил начатые на обсерватории Лоуэллапо-

иски на все небо, но установил, что в пределах,доступных наблю-

дениям с 13-дюймовым телескопом, больше планет нет.Если другие

планеты и существуют, то они должны или находитьсягораздо

дальше или быть гораздо меньше. Продолжение поисковгораздо более слабых планет с одним из больших телескопов, например, с

5-метровым, неоправданно с практической точки зрения.Чем больше телескоп, тем пропорционально меньшую область неба он фотографирует.Поиски по всему небу с охватом всех объектов, блеск которых является предельнымдля наблюдения с 5-метровым телескопом, потребовали бы его непрерывногоиспользования в течении всех безлунных ночей на протяжении долгих веков.Поэтому открытие планет, возможно, и существующих за орбитой Плутона,представляется весьма трудным делом, если только не сыграет роли какой-либосчастливый случай или же не будут применены новые методы наблюдений. Длярадиолокационных телескопов такие расстояния слишком велики. Большой оптическийтелескоп, запущенный в межпланетное пространство или установленный на Луне иработающий в сочетании с телевизионной техникой и автоматической аппаратурой,предназначенной для поисков планет, возможно, и мог бы способствовать успеху,однако некоторые астрономы вообще сомневаются в том, что будут найдены ещекакие-то планеты значительных размеров .

Самая далекая от Солнца из всех открытых до сих порпланет со-

вершенно не похожа на другие планеты, находящиеся вовнешних

областях солнечной системы. Чужестранцем-карликомвыглядит

Плутон среди планет-гигантов. Наши сведения о Плутоневесьми

ограничены; помимо орбиты, а следовательно, ирасстояния нам

известны его блеск и цвет, но масса Плутона неизвестна. Согласно определению Койпера видимый диаметр Плутона равен 0”,2 — 0”,3, чтосоответствует примерно5800 км. Если считать, что масса Плутона хотя бы примерносоответствует вычисленной

величине (0,8 массы Земли), то средняя плотностьпланеты по-

лучается больше плотности золота! Так как металлы идругие вещества, плотность которых выше, чем у железа, по-видимому, встречаютсяв звездах, так же как и на Земле, в небольших количествах, представляетсясовершенно невероятным, чтобы плотность Плутона была гораздо выше плотностижелеза, которая в 7,8 раза выше плотности воды. Очевидно, или его масса илидиаметр определены с большой ошибкой. Если предположить, что плотность Плутонаблизка к плотности Земли, то это предположение с неизбежностью влечет за собой увеличение

его диаметра вдвое, но так как такой диаметр вполнеизмерим, мы

вынуждены вместе с Брауэром и Клеменсом сделать вывод, что

масса Плутона определена пока еще ненадежно.

Совершенно иное объяснение тем же данным о Плутонепредложил Олтер, согласно которому диаметр Плутона больше его видимогодиаметра, но благодаря тому, что планета имеет довольно гладкую поверхность,солнечный свет отражается лишь от ее небольшой центральной области. Так,например, отполированные сферические или овальные поверхности при освещении ихточечным источником света дают от6леск с концентрацией света к центруповерхности. Однако объяснение Олтера все же не решает проблемы довольнослабого блеска Плутона. Если бы Плутон имел отражательную способность столь женизкую, как Луна, альбедо которой равно 0,07, то и тогда он должен был бывыглядеть вдвое более ярким, чем наблюдается в действительности. В результатемы вынуждены сделать маловероятный вывод о том, что поверхность у Плутонадовольно гладкая, но ее отражательная способность равна всего 3 — 4%.

Так как температура Плутона, по-видимому, ниже 220(С

т. е. всего лишь на каких-нибудь 50 — 60( вышетемпературы абсолютного нуля, то на его поверхности большинство обычных

газов должно было перейти в жидкое состояние илизамерзнуть .

Можно, конечно, представить себе, что Плутон покрытокеаном

из жидкого (или твердого) кислорода (если бы кислородне был столь химически активен) или из азота, а водород и гелий, которые моглибы остаться на Плутоне газообразными, поэтому, вероятно, отсутствуют.

Хотя и можно представить себе, что отражательнаяспособность поверхности планеты благодаря наличию льда из кристаллов

аммиака и других распространенных соединений будетдовольно

высокой, мы все же на практике должны быть готовы ктому, что эта поверхность подобно лунной, вследствие выпадения на нее

метеоритного и кометного вещества в особенности наранних этапах истории планеты, довольно неровная. Судя по желтовато-белойокраске, можно утверждать, что поверхность Плутона покрыта не слишкомпигментными материалами. Поэтому очень трудно согласиться с предположениемОлтера о сравнительно гладкой поверхности Плутона в сочетании с рекордно низкимзначением альбедо .

Вероятно, Плутон является бесплодным холоднымнебольшим

шаром; диаметр его немного меньше половины диаметраЗемли, а

альбедо порядка 0,15, т. е. вдвое больше альбедоЛуны. Безусловно, эта планета негостеприимна для пребывания на ней человека;смертельно холодная  ночь прододжаегся там 76,5 часа, а вслед за нею наступаеттакой же длинный день, но и днем блеск Солнца будет в 1600 раз слабее, чем наЗемле.

Высказывалось даже предположение, что Плутон—вообще

не настоящая планета, а всего лишь спутник, потерянныйНептуном.

Однако этот вопрос не может быть разрешен, пока мы небудем

располагать большими сведениями о механизме появленияу планет

спутников.