Если бы сам Плутон не оказался таким впечатляющим, когда в прошлом году мимо пролетел зонд НАСА «Новые горизонты», не может быть никаких сомнений в том, что его большая луна Харон завоевала бы больше поклонников. Но теперь им стоит трижды подумать, чтобы случайно не перейти на темную сторону.
Замечательная луна имеет таинственное темно-красное пятно над своим северным полюсом, названное командой «Новые горизонты» «Пятно Мордора». Хотя у многих тел в Солнечной системе есть какие-то полярные шапки или капюшоны, они обычно яркие из-за отражающего льда или инея, а не темные. Так что же происходит в Хароне? Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предложило ответ.
Одной из самых интересных особенностей Харона является обширная система пропастей, которая пересекает середину обращенного к Плутону полушария Харона и достигает максимальной глубины 7,5 км. Это говорит об эпохе потрясений, когда плиты ледяной коры Харона были разорваны, наклонены, а затем частично затоплены лавой, образовавшейся в результате ледяного вулканизма.
Поверхность Харона в основном грязная, серый водяной лед, а красное пятно вокруг северного полюса выглядит как тонкая пленка, покрывающая, но не скрывающая основные топографические особенности, такие как кратеры.
Пятно Мордора напоминает окрашенные в красный цвет области Плутона. Это привело к ранним предположениям, что они имеют схожее происхождение. Однако считается, что красное вещество Плутона представляет собой смолистые молекулы, называемые толинами, которые образуются в атмосфере, когда солнечный свет попадает на молекулы и делает их достаточно реактивными, чтобы связываться друг с другом. При этом образуются частицы дымки, которые со временем оседают на землю. Однако, в отличие от Плутона, на Хароне нет атмосферы, так как же там могут образовываться толины?
Авторы нового исследования думают, что у них есть ответ. Зонд «Новые горизонты» обнаружил два типа молекул, утекающих от Плутона: метан и азот. Хотя азот является самым распространенным газом в атмосфере Плутона, метан легче и теряется примерно в 500 раз быстрее. Толины и их предшественники слишком тяжелы и не могут покинуть Плутон таким же образом, поэтому толины Харона должны быть каким-то образом сделаны из метана, поступающего с Плутона.
Харон вращается очень близко к Плутону, и на его поверхность падает довольно много выброшенного с Плутона метана. Если молекула метана ударится о ночную сторону Харона, она прилипнет, особенно вблизи зимнего полюса, где температура самая низкая (менее 30 градусов выше абсолютного нуля). Это связано с тем, что при более низких температурах поверхностные молекулы вибрируют медленнее, а атмосферные молекулы движутся медленнее, поэтому столкновения мягкие. Однако, если молекула метана ударится об освещенную солнцем часть поверхности, она будет иметь тенденцию отскакивать и улетать в космос из-за слабой гравитации Харона (которая уже давно позволила ему потерять всю атмосферу, которой он когда-то мог обладать).
Ультрафиолетовый солнечный свет, падающий на молекулы метана, покрывающие поверхность Харона, может стимулировать фотохимические реакции, связывающие их во все более длинные молекулярные цепи, образующие толины. Однако «уловка 22» заключается в том, что молекула метана на холодной ночной поверхности должна иметь возможность вырваться на свободу днем, когда температура поднимется до головокружительных высот в 220°C, что позволит ей уплыть в пространство и потеряться навсегда. А поскольку ночью нет солнечного света, молекулы метана не могут соединиться (что делает их слишком массивными, чтобы уплыть) до рассвета нового дня.
Новое исследование показывает удивительный результат: даже ночью полюса Харона получают достаточно ультрафиолетового света, чтобы молекулы метана могли соединяться друг с другом. Это связано с тем, что межпланетная пыль в этом регионе рассеивает солнечный свет во всех направлениях, в том числе на ночную сторону Харона. Как только молекула представляет собой цепочку из двух или трех метанов, соединенных вместе (с азотом или без него), она, вероятно, достаточно тяжела, чтобы оставаться связанной с поверхностью даже в дневное время. Затем нормальный дневной солнечный свет может завершить процесс формирования толинов.
Но как насчет южного полюса? Может ли расположение Пятна Мордора на северном полюсе Харона, где температура достаточно низка для удержания метана холодом, быть просто случайностью? Очевидно нет. Хотя в южном полушарии Харона была зима, когда «Новый Горизонт» пролетал мимо, оставив его южный полюс в темноте, исследователи смогли изучить южный полюс по «сиянию Плутона» (солнечный свет, отраженный от Плутона). Пространственное разрешение этих данных плохое, но этого достаточно, чтобы продемонстрировать, что южный полюс Харона имеет такой же темно-красный материал на своей поверхности. Так что на Хароне не один Мордор, а два.
