Рис.7.6. Плутон. Контраст цвета усилен. Фото: «New Horizons» (NASA).

В целом поверхность Плутона покрыта летучими льдами — замерзшими азотом, метаном, монооксидом углерода и этаном. При температуре и давлении, царящих на Плутоне, азот, метан и монооксид углерода являются летучими и могут перемещаться путем сублимации и конденсации. Самое летучее вещество из них — азот, поэтому крайне разреженная атмосфера Плутона более чем на 99 % состоит именно из него. На поверхности азот и метан не образуют чистых льдов, а составляют твердый раствор друг в друге, причем где-то в нем преобладает азот, а где-то метан. Монооксид углерода также растворен в летучих льдах.

Рис.7.7. Равнина Спутника. Контраст цвета усилен. Фото: «New Horizons» (NASA).

На полушарии Плутона, детально сфотографированном зондом «New Horizons» в момент наибольшего сближения с планетой (рис. 7.7.), выделяется обширная светлая Область Томбо (Tombaugh Regio), названная в честь первооткрывателя планеты Клайда Томбо, и особенно ее левая часть — Равнина Спутника (Sputnik Planitia), названная в честь нашего первого спутника 1957 года. Но дело, разумеется, не в названии, а в том, что лед, покрывающий Равнину Спутника, практически полностью лишен метеоритных кратеров, следовательно, он недавно образовался в этой части планеты. Возраст этой поверхности — не более 10 млн лет.

Рис.7.8. Поверхность Равнины Спутника с признаками криовулканической активности. Фото: «New Horizons» (NASA).

Равнина Спутника — это депрессия размером 1400÷750 км и глубиной 3–4 км, заполненная льдами азота, метана и монооксида углерода. Ее поверхность плоская, гладкая и белая. С запада ее окаймляют горы из водяного льда (рис. 7.8). Их форма, состав и расположение оставляют впечатление, что это блоки ледяной коры Плутона, всплывшие в более плотном и пластичном азотном льду.

Равнина Спутника расположена в экваториальной области Плутона, которую регулярно — половину каждых плутонианских суток — освещает Солнце. В результате все летучие льды оттуда испарились, обнажив темно-красный слой толинов — смеси органических сополимеров, образующихся в атмосфере планеты из простых органический соединений, таких как метан и этан, под действием ультрафио­летового излучения Солнца. В этом довольно темном экваториальном поясе Плутона Равнина Спутника выделяется своей яркостью и белым цветом, что было замечено еще по наблюдениям с космическим телескопом «Хаббл». Поверхность равнины разбита на блоки скругленно-многоугольной формы, которые явно подвижны и напоминают глетчеры, т. е. ледники. Вероятно, это вершины конвективных ячеек. Источник энергии, поддерживающий конвекцию мягких льдов, пока не ясен. Это может быть распад радиоактивных элементов в недрах Плутона или остаточное тепло от падения крупного метеорита. Не исключено также, что падение метеорита произошло в диаметрально противоположной точке Плутона, где виден огромный кратер, а сейсмические волны сконцентрировались и выделили тепло в районе Равнины Спутника.

Яркая молодая поверхность Равнины Спутника обязана своей уникальностью двум эффектам. Во-первых, медленное конвективное движение льдов постоянно обновляет эту поверхность с характерным временем менее 1 млн лет. Во-вторых, высокое альбедо ледника снижает его температуру и создает на его поверхности холодную ловушку: атмосферные газы конденсируются преимущественно на Равнине Спутника, покрывая ее свежими льдами и поддерживая в стабильном состоянии на масштабах времени в десятки миллионов лет.

На западном краю полушария, над которым пролетел «New Horizons», лежит Земля Веги (Vega Terra), названная в честь советских космических зондов «Вега-1 и -2». Эта область отличается обилием ударных кратеров с темным дном и светлой каймой из метанового снега. Было неясно, почему метановый лед лежит только на кромках кратеров и почему этот эффект не проявляется на остальной поверхности Плутона. Выяснилось, однако, что температура атмосферы Плутона возрастает с высотой. На поверхности в низинах могут конденсироваться и азот, и метан, но, поскольку доля азота в атмосфере Плутона превышает 99 %, образующийся иней состоит в основном из азота. В горах же на большой высоте и на кромках кратеров температура оказывается слишком высокой для конденсации азота, и там конденсируется один метан.

C 1989 г. Плутон, пройдя перигелий, удаляется от Солнца, и, казалось бы, его атмосфера должна постепенно замерзать на его поверхности, а атмосферное давление — падать. Но наблюдения покрытий Плутоном звезд и данные зонда «New Horizons» показывают, что с 1988 до 2015 г. атмосферное давление выросло примерно втрое. Вероятно, это связано с тем, что в 1987 г. северный полюс Плутона впервые за 124 года вышел из тени, что способствовало испарению азота из его полярной шапки. А южный полюс, нагревавшийся до этого солнечными лучами, еще не успел остыть настолько, чтобы в его окрестности мог конденсироваться азот. Вполне возможно, что атмосфера Плутона остается газообразной даже в районе афелия, когда планета максимально удаляется от Солнца.

Из-за малой силы тяжести плотность атмосферы на Плутоне медленно меняется с высотой. Особенно это заметно на больших высотах, где с высотой растет температура. Поэтому можно было бы ожидать, что в результате диссипации (т. е. вылета атомов из атмосферы в космос) Плутон быстро теряет атмосферный газ. Но, как показали наблюдения с борта «New Horizons», утечка азота из атмосферы в космос в 10 тыс. раз меньше, чем ожидалось. А расчеты говорят, что при сравнительно небольшом росте температуры поверхности давление атмосферы Плутона может возрасти настолько, что превзойдет давление марсианской атмосферы и позволит существовать на поверхности планеты жидкому азоту. Косвенным указанием на это служит деталь рельефа Плутона — долина между гор с очень ровной поверхностью, похожая на замерзшее озеро. Вероятно, это свидетельство той эпохи, когда Плутон имел более плотную атмосферу и на его поверхности могла существовать жидкость.

Рис.7.9. Харон. Контраст цвета усилен. Фото: «New Horizons» (NASA).

«Младший брат» Плутона — Харон — тоже оказался очень интересным небесным телом. Его средняя плотность немного меньше, чем у Плутона, т. е. в составе Харона больше льдов и меньше каменистых пород. В отличие от поверхности Плутона, которая состоит из азотного и метанового льда, на поверхности Харона доминирует менее летучий водяной лед.

Альбедо поверхности Харона меняется в зависимости от широты — от светлого экватора к темным полюсам (у большинства планет — наоборот!). В северной полярной области Харона есть большая темная область, которую научная команда «New Horizons» неофи­ци­ально назвала «Мордором». Разница в цвете объясняется, как полагают, конденсацией газов из атмосферы Плутона. Из-за большого наклона оси вращения Плутона и Харона к плоскости их околосолнечной орбиты (60° без учета направления вращения) в их околополярных областях происходят обширные и длительные полярные дни и ночи. Зимой, т. е. полярной ночью, температура опускается до −258 °С, и газы (азот, монооксид углерода и метан) конденсируются на поверхности; затем под действием солнечной радиации они вступают в химическую реакцию с образованием толинов — темных красноватых соединений. Позже, когда поверхность спутника снова нагревается Солнцем, температура на полюсе поднимается до −213 °С, газы улетучиваются, и на поверхности остаются толины. Из-за более высокого альбедо Плутон холоднее, и на нем этот эффект выражен не так заметно.