Благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» учёные впервые достоверно смогли определить ряд химических веществ на поверхности спутника Плутона Хароне. Миллиарды лет назад Харон мог отделиться от Плутона после удара астероида, как это произошло при отделении Луны от Земли. Также Харон может оказаться самостоятельным объектом, прилетевшим из пространства и застрявшим у Плутона. Изучение химического состава поверхности спутника могут помочь с этой загадкой.

Харон вблизи. Источник изображений: NASA

Вблизи Харон (и Плутон) наблюдались лишь однажды и недолго, когда рядом с ними пронеслась автоматическая станция NASA «Новые горизонты» (New Horizons). Эти данные использовались в новой работе, как и моделирование на базе изучения ледяных спутников Юпитера, а также лабораторные исследования по бомбардировке фотонами и заряжёнными частицами водяного льда и других веществ (учёных интересовали процессы фотолиза и радиолиза, которые инициируют химические реакции на окраинах Солнечной системы).

Харон и Плутон (на переднем плане)

Харон и Плутон имеют необычную орбиту. Она обусловлена тем, что Харон всего лишь вполовину меньше Плутона (1200 км против 2400), а его масса составляет примерно 1/8 массы Плутона. Оба они вращаются вокруг общего центра масс. Земля и Луна тоже вращаются вокруг общего центра масс, но он находится внутри Земли и Луна как бы всё равно обращается вокруг Земли. В случае Плутона и Харона общий центр масс далеко выступает за поверхность Плутона и, в частности, это стало одним из поводов, почему Плутон потерял статус планеты Солнечной системы.

Плутон и Харон на спектральных датчиках «Уэбба». Источник изображения: NIRSpec Silvia Protopapa et al. / Nature Communications, 2024

Наблюдение учёных Северо-Западного университета (США) за Хароном с помощью спектральных инфракрасных приборов «Уэбба» впервые позволило достоверно определить на его поверхности наличие углекислотного льда и перекиси водорода в смеси с водяным льдом (средняя температура на спутнике составляет -232 °C). Это достаточно важный шаг к пониманию, как образовалась эта по сути двойная система небесных тел. Также работа даёт понимание химических реакций на транснептуновых объектах, куда добираются лишь крохи энергии Солнца. В частности, фотоны и заряжённые частицы бомбардируют водяной лёд (и водяной лёд с добавками углекислотного льда), превращая часть его в перекись водорода.

Также исследования показали, что Харон содержит меньше аммиака и метана, чем Плутон и другие объекты за орбитой Нептуна. Это как минимум заставляет распознать в Хароне пришельца из другого уголка системы. Но это не точка в исследовании Харона, а лишь новый эпизод, за которым последует продолжение.

Официальное определение термина «планета» вскоре может быть снова пересмотрено. Когда это случилось в последний раз, данного статуса лишился Плутон — он не вернёт его и теперь, но определение призвано стать более всеобъемлющим.

Солнце, планеты, карликовые планеты и спутники в Солнечной системе. Источник изображений: wikipedia.org

Чёткого определения планеты не существовало на протяжении веков — раньше под него попадали объекты, которые сейчас считаются лунами и даже астероидами. Попытки систематизировать это понятие начали предприниматься в девяностые годы XX века и набрали обороты в следующее десятилетие, когда в поясе Койпера, на окраинах Солнечной системы, была обнаружена серия объектов размером примерно с Плутон. В 2006 году на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) было сформулировано определение планеты, и Плутон данный статус утратил — если бы этого не произошло, то технически в Солнечной системе оказались бы десятки и даже сотни планет. По действующему определению, объект является планетой, если:

• он обращается по орбите вокруг Солнца (это исключает все луны);
• его масса достаточно велика для обретения близкой к шарообразной формы (это исключает астероиды);
• вокруг его орбиты расчищены все окрестности (это исключает Плутон и остальные объекты в поясе Койпера).

Некоторых учёных это определение не устраивало с самого начала — в частности, они считали формулировку третьего пункта «небрежной». Другая проблема состоит в том, что текущее определение ориентировано только на Солнечную систему, потому что требует, чтобы планеты обращались вокруг Солнца. В последние годы астрономы открыли более 5000 планет, которые вращаются вокруг других звёзд. И теперь группа учёных предложила новое определение, в котором учитываются недостатки теперешнего и упрощаются критерии. Согласно этому определению, планета — это небесное тело, которое:

• вращается вокруг одной или нескольких звёзд, коричневых карликов или остатков звёзд;
• имеет массу более 10²³ кг;
• но менее 13 масс Юпитера (2,5 × 10²⁸ кг).

Плутон

Новое определение расширяет, проясняет и упрощает предыдущее. Оно охватывает нашу и похожие на неё звёздные системы, планеты, вращающиеся вокруг нескольких звёзд, коричневых карликов (несостоявшихся звёзд), а также остатков звёзд — белых карликов и нейтронных звёзд. Нижний предел в 10²³ кг — масса, при которой объект принимает сферическую форму: исследователи не всегда могут разглядеть форму экзопланеты, но имеют возможность оценить её массу. Плутон немного не дотягивает до порогового значения, а Меркурий его превосходит.

Больше не требуется спорного тезиса о «расчищенных окрестностях» — превысив предлагаемую пороговую массу, объект оказывается «динамически доминирующим», захватывая или выбрасывая более мелкие объекты в своём окружении. Наконец, устанавливается и верхний предел того, насколько большой может быть планета — некоторые настолько огромны, что под воздействием гравитации в их ядрах запускается термоядерный синтез дейтерия, и они становятся своего рода промежуточным звеном между планетами и звёздами. Считается, что это начинается с массы, которая в 13 раз превосходит массу Юпитера. Новое определение будет предложено на XXXII Генеральной ассамблее МАС, которая пройдёт с 6 по 15 августа 2024 года в Кейптауне (ЮАР).