Космология
Категории / Космос / Космология / Как появились спутники Плутона?

Как появились спутники Плутона?

Автор:
Источник: creation.com

В последних выпусках Journal of Creation Джон Хартнетт и Дэнни Фолкнер прокомментировали открытия, касающиеся спутников Плутона из миссии «New Horizons» в июле 2015 года.12 Что касается системы Плутона, существует много тайн, которые, несомненно, будут предметом исследований и обсуждений на долгие годы. Хартнетт и Фолкнер показали некоторые трудности при попытке объяснить происхождение естественных спутников Плутона через эволюционную натуралистическую теорию. Я хотел бы прокомментировать новые версии относительно системы Плутона, над которыми сейчас трудятся ученые.

Миссия «New Horizons» на Плутон предоставила много новой информации, которая бросила вызов планетологам.3 Дополнительные данные могут появится в 2019 году, поскольку в настоящее время планируется провести еще один облет транснептунового объекта (ТНО) под названием 2014 MU69.4 (Транснептуновые объекты также известны под более старым термином — объект пояса Койпера). Миссия «New Horizons» установила окончательные значения плотностей Плутона (1854 ± 6 кг/м3) и Харона (1702 ± 17 кг/м3).5 

Из этих и других данных следует, что Плутон имеет примерно 65% горных пород в своей массе, а Харон — около 59%. 

Рисунок 1. Малые спутники Плутона. Четыре небольших спутника показаны примерно в одном масштабе. Их реальные размеры варьируются от примерно 10 до 40 км. Обработанные изображения получены с помощью телескопа дальнего действия (LORRI) на космическом аппарате «New Horizons» в 2015 году. (НАСА / Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса / Юго-Западный Научно-исследовательский институт).

Как Плутон, так и Харон, вероятно, покрыты льдом. Они также могут иметь толстые слои льда от поверхности до некоторой глубины или непосредственно под корой. Существует дискуссия о том, может ли Плутон иметь жидкость. На вопросы о внутренней части Плутона нельзя полностью ответить из данных «New Horizons», потому что очень мало информации о гравитации. 

Данные о гравитации имеют ограниченную полезность в случае «New Horizons», поскольку это был очень быстрый облет. Для более глубокого изучения гравитации и получения точных данных о внутренней части Плутона необходим запуск орбитального аппарата. Как Плутон, так и Харон имеют интересные геологические особенности на поверхности, а Плутон также имеет много интересных атмосферных явлений.

Происхождение Плутона всегда было сложным с точки зрения натуралистических предположений. Космический аппарат «New Horizons» достиг Плутона в то время, когда произошла революция в теориях происхождения Солнечной системы с применением теории миграции к происхождению внешних планет. Модель, которая включает миграцию Урана и Нептуна, известна как «модель Ниццы».67 

Модель предполагает, что четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — образовались ближе друг к другу и ближе к Солнцу, чем их нынешнее положение, а затем мигрировали наружу. Внешняя миграция включала орбитальные резонансы между Юпитером и Сатурном, а также между Сатурном, Ураном и Нептуном. 

Рисунок 2. Харон — спутник Плутона. Считается, что Харон внешне довольно похож на Луну. Изображение: НАСА.

Модель Ниццы также предполагает, что область примерно от 20 до 30 а. е. от Солнца когда-то была заполнена диском гораздо более массивных планетезималей, чем те, которые сегодня находятся в транснептуновой области. Транснептуновый регион сегодня имеет только приблизительно одну десятую земной массы материала.8 

Но в модели Ниццы предполагается, что этот регион включал в себя большое количество объектов общей массой около 35 масс Земли.9 

Считается, что миграция Нептуна во внешний планетезимальный диск вызвала «нестабильность», которая рассеяла большую часть планетезималей. Эта нестабильность рассеяла планетезимали во всех направлениях и вызвала множество ударов и других типов взаимодействий. 

Некоторые утверждают, что именно нестабильность стала причиной поздней сильной бомбардировки Луны. Однако время этой нестабильности обсуждается, поэтому некоторые исследователи утверждают, что это не имеет ничего общего с поздней тяжелой бомбардировкой во внутренней Солнечной системе. 

Миграция Нептуна и рассеяние планетезималей приобрели большое признание в научном сообществе сегодня. Это ставит происхождение Плутона в другой контекст, чем в прошлых теориях.

В последние годы, вплоть до прибытия космического аппарата «New Horizons» на Плутон, была разработана теория о том, что большой спутник Харон образовался от сильного столкновения с Плутоном.10 Концепция ударного образования очень похожа на предлагаемое происхождение Луны через сильное столкновение с Землей.11 

Считается, что Плутон и Харон достаточно похожи друг на друга по составу (с наличием породы и льда), поэтому большой удар мог сформировать вокруг Плутона диск обломков, которые впоследствии «слипнулись», образуя Харон. Затем, после образования спутника, как предполагается, наступил период, когда Харон мигрировал наружу от Плутона из-за приливных эффектов, пока не достиг точки, где он начал синхронно вращаться с Плутоном. 

Это текущее орбитальное положение Харона. Одна его сторона всегда обращена к Плутону, а время одного вращения вокруг своей оси соответствует времени одного орбитального оборота вокруг Плутона. В такой конфигурации Харон довольно стабилен.

Малые спутники

Малые спутники Плутона — Стикс, Никта, Кербер и Гидра (Styx, Nix, Kerberos и Hydra) на рис. 1 — усложняют и оспаривают вышеупомянутый сценарий. 

Во-первых, малые спутники имеют намного больше льда и значительно меньше породы, чем Плутон и Харон.1213 Хотя их плотность еще не известна, кажется, что что они холоднее, чем Харон и многие ТНО. Было подсчитано, что все четыре малых спутника имеют геометрические альбедо более 50% и что альбедо Гидры может быть около 85%.13 Они находятся на почти круговых орбитах, а сами орбиты очень лежат почти в одной плоскости. 

Если спутник имеет круговую орбиту и ее наклон близок к тому, чтобы быть в одной плоскости с экватором хозяина, то такой спутник обычно считается «регулярным» и предполагается, что он сформировался вместе с родительским объектом. Однако это весьма маловероятный сценарий для малых спутников Плутона по известным физическим процессам, поскольку они имеют другой состав, чем Плутон и Харон. 

Планетологи могли бы предположить, что текущий состав малых спутников не является первоначальным, и что при формировании с Плутоном и Хароном состав был другим. Но это всего лишь предположения об истории системы Плутона, которые невозможно проверить. Ученые исследовали сценарии, в которых малые спутники мигрировали наружу так же, как и Харон. 

Считалось, что между Хароном и малыми спутниками могло быть несколько орбитальных резонансов, которые переместили бы последние на их текущие орбиты. Кроме того, предполагалось, что взаимодействие малых спутников с Хароном может объяснить вращения последних. Однако это не имеет значения, поскольку планетологи работали только над компьютерными моделями.

Рисунок 3. Плутон и его спутники с орбитами. Фото с широкоугольной камеры телескопа "Хаббл" от 3 июля 2012 года. (НАСА, ЕКА и Институт космических телескопов).

Четыре малых спутника Плутона в настоящее время вращаются по почти круговым и компланарным орбитам и находятся в резонансе с Хароном [Стикс 3:1, Никта 4:1, Кербер 5:1 и Гидра 6:1 (рис. 2)]. Исследование происхождения малых спутников Плутона в связи с ударным происхождением Харона было опубликовано в 2014.14 

Суть исследуемой концепции заключалась в том, что по мере миграции Харона наружу, из-за приливных эффектов малые спутники могли образоваться из материала, оставшегося после большого удара. Тогда маленькие спутники могли бы мигрировать наружу в нескольких одновременных резонансах.

Была предпринята попытка моделирования этого сценария. В некоторых случаях имела место некоторая резонансная миграция, но не для всех четырех спутников одновременно. Даже если одни спутники мигрировали на соответствующие орбитальные расстояния, их орбиты были значительно более эксцентричными, чем сегодня. Если орбиты этих малых тел становились слишком эксцентричными или если они мигрировали на несколько иные расстояния, орбиты становились неустойчивыми. 

Было сделано заключение, что Стикс, Никта, Кербер и Гидра вряд ли мигрировали на свои текущие орбиты таким образом. 

Авторы исследования 2014 года, Ченг и коллеги. сказали: 

«Мы пришли к выводу, что размещение малых спутников на их текущих орбитальных позициях с помощью резонансного транспорта крайне маловероятно».15

Фолкнер также отметил, что маловероятно, что четыре небольших спутника были захвачены, как предположил Хартнетт. Я согласен с этим, поскольку захваченные объекты будут иметь очень эксцентричные орбиты, которые также не будут находиться в одной плоскости, если они не были когда-то частью одного объекта, который был разорван. 

Гидра находится на самой внешней орбите и вращается чрезвычайно быстро, как указывает Хартнетт. Это трудно объяснить, если только это тело не было сотворено в таком состоянии. Столкновение могло бы раскрутить объект, но оно также сделало бы орбиту более эксцентричной. 

Планетологи предполагают, что Гидра представляет собой композицию из нескольких планетезималей, которые столкнулись и соединились в одно тело. Но опять же, такое столкновение вряд ли сделает орбиту почти в виде круга. На мой взгляд, высокая скорость вращения Гидры в сочетании с ее круговой орбитой нелегко объяснить в любом сценарии столкновения.

В дополнение к вышесказанному, происхождение четырех малых спутников еще более загадочно в свете модели Ниццы. В модели Ниццы Плутон начинался как один из многих других крупных планетезималей в регионе между приблизительно 20 и 30 а. е. в ранней Солнечной системе, прежде чем Нептун мигрировал наружу на свою текущую орбиту. 

В современных теориях миграция планет облегчает попадание объектов в орбитальные резонансы. Таким образом, Нептун и Уран мигрировали наружу в модели Ниццы, и эта миграция, как полагают, объясняет, как Плутон мог оказаться в уникальном резонансе орбиты 3:2, который он имеет с Нептуном. Но поскольку Нептун мигрировал наружу в модели Ниццы, Плутон и Харон, а также четыре небольших спутника, должны были пережить миграцию и мигрировать с Нептуном. 

Считается, что Плутон и Харон должны были образоваться рано, до миграции Нептуна, потому что большое столкновение, образующее Харон, требует чрезвычайно низкой относительной скорости между столкновением Плутона и самим Плутоном.16 Такая низкая скорость, по-видимому, была возможна только в начале Солнечной системы, а не позже, когда Нептун мигрирует и когда возбудил нестабильность, которая рассеяла планетезимали во внешней Солнечной системе. 

Хотя компьютерное моделирование показывает, что некоторые спутники могут оставаться на орбите вокруг мигрирующей планеты, сами орбиты изменяются. Часто просто предполагается, что после изменения они стабилизируются. Но не совсем ясно, как это работает. Кроме того, миграционная модель Ниццы требует миллионов лет, что противоречит младоземельной временной шкале.

Скорость вращения малых спутников Плутона требует больше исследований и более точных данных. Нужно иметь качественные фотографии Стикса, Никты, Кербера и Гидры. Существует также необходимость знать их точные размеры и плотность. 

Скорость вращения Гидры настолько быстра, что другие малые спутники и даже Харон мало влияют на нее. Небольшие столкновения могут помочь объяснить вращения Стикса, Никты, Кербера, но Гидрa требует другого объяснения. 

Еще одним важным фактом является то, что космический аппарат «New Horizons» не обнаружил никаких новых малых спутников Плутона во время пролета. Это было удивительно для планетологов. Если бы четыре небольших спутника образовались в результате столкновения, то, скорее всего, должны быть найдены объекты по-меньше. Поэтому, независимо от того, возникли ли малые спутники рано в момент образования Харона или они были захвачены позже, существуют серьезные проблемы с объяснением их происхождения. 

Если они сформировались рано вместе с Хароном, почему их состав так отличается от Харона и от других объектов пояса Койпера? В настоящее время планетологи, похоже, не имеют реальной теории для натуралистического происхождения четырех малых спутников Плутона.

Выводы

Креационная перспектива, вероятно, найдет поддержку из-за трудностей с натуралистическими моделями. Однако я бы рекомендовал креационистам не делать слишком много выводов на раннем этапе, особенно в отношении аргументов молодого возраста. Креационисты должны следить за продолжающимися исследованиями системы Плутона. 

Малые спутники Плутона находятся в сложных динамических отношениях с Хароном и самим Плутоном. Компьютерное моделирование спутников показывает, что многие конфигурации орбит либо нестабильны, либо в конце не стают круговыми как сейчас. Необычные вращения малых спутников Плутона могут никогда не достичь конфигурации «синхронного вращения/приливного захвата» из-за уникального воздействия Харона и того, как малые спутники влияют друг на друга. 

Чрезвычайно быстрое вращение Гидры загадочно. Я считаю наиболее плодотворным предположить, что большинство характеристик Солнечной системы были изначально созданы в таком виде на протяжении Недели сотворения несколько тысяч лет назад. В младоземельном представлении многие процессы, которые, как предполагают светские ученые, действовали в течение миллионов лет, не успели бы существенно что-либо изменить. 

Длительные периоды времени и природные процессы не решают научных загадок. Но не каждая функция имеет отношение к сотворению. В Солнечной системе возможны катастрофические и хаотические события. Солнечная система имеет все признаки как разумно разработанного порядка, так и удивительных творческих характеристик, которые указывают на могущественного Создателя.

Вас также может заинтересовать:

Ссылки:

  1. Hartnett, J.G., Pluto’s moons a big surprise!J. Creation 30(2):8–9, 2016.

  2. Faulkner, D.R., Even more surprises with Pluto’s satellites, J. Creation 31(2):52, 2017.

  3. Olkin, C.B., Ennico, K., and Spencer, J., The Pluto system after the New Horizons flyby, Nature Astronomy 1:663–670, October 2017.

  4. Keeter, B. (Ed.), New Horizons files flight plan for 2019 flyby, 6 September 2017, nasa.gov/feature/new-horizons-files-flight-plan-for-2019-flyby, accessed 14 December 2017.

  5. McKinnon, W.B., Stern, S.A., Weaver, H.A., et al., Origin of the Pluto–Charon system: constraints from the New Horizons flyby, Icarus 287:2–11, 2017.

  6. Tsiganis, K. et a l., Origin of the orbital architecture of the giant planets of the solar system, Nature 435:459–461, 2005.

  7. Batygin, K. and Brown, M.E., Early dynamical evolution of the solar system: pinning down the initial conditions of the Nice Model, The Astrophysical J. 716(2):1323–1333, 2010.

  8. Gladman, B., Kavelaars, J.J., Petit, J.M., Morbidelli, A., Holman, M.J., and Loredo, T., The structure of the Kuiper Belt: size distribution and radial extent, The Astronomical J. 122(2):1051–1066, 2001.

  9. Gomes, R., Levison, H. F., Tsiganis, K., and Morbidelli, A., Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets, Nature 435:466–469, May 2005.

  10. Cheng, W.H., Lee, M.H., and Peale, S.J., Complete tidal evolution of Pluto–Charon, Icarus 233:242–258, 1 May 2014.

  11. Oard, M.J., Naturalistic origin of the moon comes under hard times, J. Creation 30(1):14–15, 2016.

  12. Canup, R.M., On a giant impact origin of Charon, Nix, and Hydra, The Astronomical J. 141(2):35–44, February 2011.

  13. McKinnon, et al., ref. 5, pp. 2, 7.

  14. Cheng, W.H., Peale, S.J., and Lee, M.H., On the origin of Pluto’s small satellites by resonant transport, Icarus 241:180–189, 2014.

  15. Cheng, et al., ref. 14, p. 180.

  16. McKinnon, et al., ref. 5, p. 7.