New horizons

27 октября 2021 г., NASA

Космический аппарат NASA New Horizons вошел в историю, сделав первые изображения

Плутона и его спутников крупным планом. Теперь, с помощью ряда умных методов исследователи под руководством Тода Лауэра из Национальной исследовательской лаборатории оптической инфракрасной астрономии Национального научного фонда в Тусоне, штат Аризона, (команда New Horizons) расширили этот фотоальбом, включив в него ту часть ландшафта Плутона, которая не была напрямую освещена солнечным светом — то, что команда называет «темной стороной» Плутона.

Плутон, освещенный Хароном: на изображении показана темная сторона Плутона, окруженная ярким кольцом солнечного света, рассеянным дымкой в его атмосфере. Но за темным серпом слева местность слабо освещена солнечным светом, отраженным спутником Плутона Хароном. Исследователи из команды New Horizons смогли сгенерировать это изображение, используя 360 изображений, которые New Horizons захватил, когда смотрел назад на южное полушарие Плутона. Большая часть южного полушария находилась в сезонной темноте, подобной темноте зим в Арктике и Антарктиде на Земле, и не была видна New Horizons во время пролета Плутона в 2015 году.

Изображение: NASA / APL Джонса Хопкинса / Юго-западный исследовательский институт / NOIRLab

После полета на расстоянии в 7 800 миль (12 550 километров) от ледяной поверхности Плутона 14 июля 2015 года New Horizons продолжила движение со скоростью 9 миль в секунду (14,5 километров в секунду) к объекту пояса Койпера Аррокот и дальше. Но, покидая Плутон, космический корабль оглянулся на карликовую планету и сделал серию изображений ее темной стороны.

Освещенная далеким Солнцем туманная атмосфера Плутона выделялась ярким световым кольцом, опоясывающим темную сторону Плутона. Со своей точки зрения, когда проводился этот эксперимент, New Horizons в основном мог видеть южное полушарие Плутона, большая часть которого переходила в зимнюю сезонную темноту — что-то очень похожее на темные месяцы арктических и антарктических зим на Земле. Только на Плутоне каждый сезон длится 62 земных года.

К счастью, часть темного южного полушария Плутона была освещена слабым солнечным светом, отразившемся от ледяной поверхности самого большого спутника Плутона, Харона, размером примерно с Техас. Этого кусочка «света Харона» было достаточно для исследователей, чтобы выявить детали южного полушария Плутона, которые нельзя было получить никаким другим способом.

«По поразительному совпадению, количество света от Харона на Плутоне близко к количеству света Луны на Земле», — сказал Тод Лауэр, астроном из Национальной обсерватории исследований оптической инфракрасной астрономии Национального научного фонда в Тусоне, Аризона, и ведущий автор исследования. «Во время пролета освещение Харона на Плутоне было похоже на освещение нашей собственной Луны на Земле, когда она находится в фазе первой четверти».

Исследователи опубликовали полученное изображение и его научную интерпретацию 20 октября в The Planetary Science Journal .

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/ac2743

Восстановить детали поверхности Плутона в слабом лунном свете было непросто. При взгляде на Плутон с помощью Long Range Reconnaissance Imager (LORRI), рассеянный свет от Солнца (которое находилось почти прямо за Плутоном) создавал сложный фоновый свет, который был в 1000 раз сильнее, чем свет, отраженный Хароном, а затем Плутоном, по расчетам научного сотрудника из команды New Horizons Хэла Уивера из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса. Кроме того, яркое кольцо атмосферной дымки, окружающее Плутон, было сильно переэкспонировано, создавая дополнительные артефакты на изображениях.

«Проблема была во многом схожа с попыткой прочитать дорожный знак через грязное лобовое стекло при движении к заходящему солнцу без солнцезащитного козырька», — сказал Джон Спенсер, исследователь New Horizons и планетолог из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере. Колорадо, соавтор исследования.

Потребовалось объединить 360 изображений темной стороны Плутона и еще 360 изображений, снятых с той же геометрией, но без Плутона, чтобы получить окончательное изображение с вычтенными артефактами, оставив только сигнал, произведенный светом, отраженным от Харона.

Темная сторона Плутона с примечаниями: наложение карты показывает физический размер Плутона (черный круг) и предел освещения Харона (сплошная вертикальная золотая линия), в момент захвата изображения New Horizons. Пунктирные золотые линии обозначают широты, южный полюс Плутона находится внизу. Чрезвычайно высокий контраст изображений делает видимым большую яркую область на полпути между южным полюсом Плутона и его экватором (третья пунктирная линия снизу). Команда подозревает, что это может быть залежь азота или метанового льда, похожая на ледяное «сердце» Плутона на его противоположной стороне. Темный полумесяц на западе (слева) — это место, куда не падали ни солнечный свет, ни свет Харона.

Изображение: NASA / APL Джонса Хопкинса / Юго-западный исследовательский институт / NOIRLab

Алан Стерн, главный исследователь New Horizons в Юго-Западном научно-исследовательском институте, добавил, что «работа по обработке изображений, которую вел Тод Лауэр, была сделана на высоком современном уровне, и она позволила нам узнать некоторые увлекательные вещи о той части Плутона, которую мы иначе не узнали бы».

Полученная карта, хотя и содержит цифровой шум, показывает несколько характерных особенностей затененной поверхности Плутона. Самая заметная из них — зона темного полумесяца на западе, куда не падали ни солнечный свет, ни свет Харона, когда New Horizons сделали снимки. Также бросается в глаза большая яркая область на полпути между южным полюсом Плутона и его экватором. Команда подозревает, что это может быть залежь азота или метанового льда, похожая на ледяное «сердце» Плутона на его противоположной стороне.

Южный полюс Плутона и область поверхности вокруг него, кажется, покрыты темным материалом, резко контрастирующим с более светлой поверхностью северного полушария Плутона. Исследователи подозревают, что разница может быть следствием того, что Плутон недавно завершил свое южное лето (которое закончилось за 15 лет до пролета). Команда предполагает, что летом азотный и метановый льды на юге, возможно, сублимировались, превратившись непосредственно из твердого вещества в пар, в то время как темные частицы тумана осели на поверхность.

Вводимые в строй будущие инструменты [телескопы] на Земле могли бы в конечном итоге проверить изображение команды и подтвердить их подозрения, но для этого потребуется, чтобы южное полушарие Плутона находилось под солнечным светом — чего не случится в ближайшие почти 100 лет. «Самый простой способ подтвердить наши идеи — это отправить дополнительную миссию», — сказал Лауэр.

Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, спроектировала, построила и эксплуатирует космический корабль New Horizons, а также руководит миссией Управления научных миссий NASA. Офис управления планетами MSFC обеспечивает надзор NASA за New Horizons. Юго-западный научно-исследовательский институт, расположенный в Сан-Антонио, руководит миссией через главного исследователя Стерна и возглавляет научную группу, операции с полезной нагрузкой и планирование научных встреч. New Horizons является частью программы New Frontiers, управляемой Центром космических полетов им. Маршалла NASA в Хантсвилле, штат Алабама.

Для получения дополнительной информации о New Horizons посетите сайт:

https://www.nasa.gov/NewHorizons

Авторы:

Joshua Хандал

штаб — квартира, Вашингтон

202-358-2307

joshua.a.handal@nasa.gov

Майкл Бакли

Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

443-567-3145

michael.buckley@jhuapl.edu

Астрономы представили план научных исследований нового исследовательского аппарата Interstellar Probe, который должен за 50 лет достичь отметки в тысячу астрономических единиц от Солнца. Дизайн нового зонда схож с аппаратом New Horizons, исследовавшим Плутон, а его запуск намечен на 2030-е годы, сообщается на сайте Европейского Союза Геонаук.

Граница гелиосферы, где солнечный ветер встречается с потоками плазмы, газа и пыли из Местного межзвездного облака, находится на расстояниях от 90 до 120 астрономических единиц от Солнца (для сравнения Плутон расположен на расстоянии 39,5 астрономических единиц от Солнца) и представляет собой крайне интересную для астрофизиков область, в которой идет множество физических процессов, ответственных не только за форму и динамику нашей гелиосферы, но и астросфер у других звезд. На сегодняшний день ее пересекли четыре аппарата и лишь два из них («Вояджер-1» и «Вояджер-2») смогли получить ценные научные данные, исследуя окружающую среду. Еще один аппарат — New Horizons — пересечет границу гелиосферы в будущем, однако к тому времени он уже прекратит свою работу.

Группа астрономов во главе с Еленой Проворниковой (Elena Provornikova) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса рассказала на Генеральной ассамблее EGU21 о задачах будущего исследовательского космического аппарата Interstellar Probe, разработка которого была начата в 2017 году в рамках программы NASA по гелиофизике. Ожидается, что зонд будет способен достичь отметки в тысячу астрономических единиц от Солнца.

Научная программа миссии достаточно обширна — зонд должен помочь ученым понять каковы размеры, форма и структура гелиосферы, существует ли головная ударная волна и каковы свойства водородной стены. Кроме того, исследователей интересуют влияние со стороны Солнца на параметры локальной межзвездной среды и наоборот, процессы ускорения и захвата частиц на границе гелиосферы, объекты пояса Койпера, а также свойства межзвездного нейтрального газа и пыли, проникающих в гелиосферу, и их отличия от вещества Солнечной системы.

Масса аппарата составит 850-950 килограмм, из которых около 90 килограмм придется на научную аппаратуру: анализаторы плазмы, заряженных и нейтральных частиц, датчики пыли и космических лучей, магнитометр, а также камеры. На борту будут установлены два радиоизотопных источника электроэнергии нового поколения. Для обмена данными с Землей будет использоваться пятиметровая антенна, работающая в X-диапазоне, которая должна обеспечить передачу данных со скоростью 500 бит в секунду с расстояния 1000 астрономических единиц.

Проворникова отметила, что в некотором смысле дизайн нового зонда аналогичен аппарату New Horizons, который был построен в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Interstellar Probe, несмотря на возможную схожесть, не связан с проектом TAU (Thousand Astronomical Unit), разрабатывавшемся в конце прошлого века, а представляет собой прагматичный подход к разработке аппаратов для дальнего космоса, который предполагает использование доступных на сегодняшний день технологий и ракет-носителей. В настоящее время ведется завершение анализа концепции миссии и готовится отчет для NASA, которое и должно определить дату начала создания как научных приборов, так и самого зонда.

Ожидается, что запуск зонда в космос будет произведен в 2030-х годах при помощи ракеты-носителя SLS Block 2. После этого зонд совершит гравитационный маневр у Юпитера, что позволит развить скорость 7-8 астрономических единиц в год и достигнуть границы гелиосферы через 15 лет после старта. Расчетная продолжительность работы Interstellar Probe должна составить не менее пятидесяти лет.

Источник: https://nplus1.ru/news/2021/04/28/interstellar-probe