Космос

Спутники Плутона

 В последних выпусках Journal of Creation Джон Хартнетт и Дэнни Фолкнер прокомментировали открытия, касающиеся спутников Плутона из миссии «New Horizons» в июле 2015 года.1,2 Есть много тайн о системе Плутона, которые, несомненно, будут предметом многих исследований и обсуждений на долгие годы. Хартнетт и Фолкнер обратились к некоторым трудностям для эволюционных натуралистических теорий, чтобы объяснить происхождение естественных спутников Плутона. Я хотел бы прокомментировать новые теории, изучаемые планетологами относительно системы Плутона.

Рис. 1. Маленькие спутники Плутона. Четыре небольших спутника показаны примерно в том же масштабе, и их размеры варьируются от примерно 10 до 40 км. Обработанные изображения получены с помощью дальней разведки Imager (LORRI) на космическом аппарате «New Horizons» в 2015 году. (Лаборатория прикладной физики НАСА / Университета Джона Хопкинса / Юго-Западный Научно-исследовательский институт).

Миссия «New Horizons» на Плутон предоставила много новой информации, которая бросает вызов планетологам.3 Дополнительная информация может поступить в 2019 году, поскольку в настоящее время планируется провести еще один облет транснептунового объекта (TNO; небесное тело Солнечной системы, которое обращается по орбите вокруг Солнца, и у которого среднее расстояние до Солнца больше, чем у Нептуна – прим. ред.) 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/м-3) и Харона (1702 ± 17 кг/м-3).5 Из этих и других данных следует, что Плутон составляет примерно 65% по массе, а Харон – около 59%. Как Плутон, так и Харон, вероятно, имеют лед внутри, и они могут иметь толстые слои льда от поверхности до некоторой глубины или под корой. Существует дискуссия о том, может ли Плутон иметь жидкий слой. На вопросы о внутренней части Плутона нельзя полностью ответить из данных «New Horizons», потому что данных о гравитации недостаточно. Данные о гравитации имеют ограниченную полезность в случае «New Horizons», поскольку это был очень быстрый облет. Орбитальный аппарат был бы необходим, чтобы получить лучшие данные о гравитации и тем самым определить больше о внутренней части Плутона. Как Плутон, так и Харон имеют интересные геологические особенности на поверхности, а также Плутон 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 планет к происхождению внешних планет. Модель, которая включает миграцию Урана и Нептуна, известна как «модель Ниццы».6,7 Эта модель предполагает, что четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — образовались ближе друг к другу и ближе к Солнцу, чем на их нынешних орбитах, а затем мигрировали наружу. Эта внешняя миграция включала орбитальные резонансы между Юпитером и Сатурном, а также между Сатурном, Ураном и Нептуном. 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 большую популяцию объектов общей массой около 35 масс Земли.9 Считается, что миграция Нептуна в этот внешний планетезимальный диск вызвала «нестабильность», которая рассеяла большую часть планетезималей. Эта нестабильность рассеяла планетезимали во всех направлениях и вызвала множество ударов и других взаимодействий объектов. Некоторые утверждают, что эта нестабильность стала причиной позднего сильного удара бомбардировки по Луне. Однако время этой нестабильности обсуждается, и поэтому некоторые исследователи утверждают, что это не имеет ничего общего с поздней тяжелой бомбардировкой ударов во внутренней Солнечной системе. Эта миграция Нептуна и события рассеяния 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 Плутона Харон образовался от сильного столкновения с Плутоном.10 Эта концепция ударного образования очень похожа на предлагаемое происхождение Луны Земли через сильное столкновение.11 Считается, что Плутон и Харон достаточно похожи друг на друга по составу (с наличием камней и льдов), чтобы большой удар мог сформировать вокруг Плутона диск обломков, которые «слипнутся», образуя Харон. Затем, после образования Харона, считается, что будет период, когда Харон будет мигрировать наружу от Плутона из-за приливных эффектов, пока он не достигнет точки, где он будет синхронно вращаться с Плутоном. Это текущее орбитальное состояние Харона. Он имеет одну сторону, всегда обращенную к Плутону, и время одного спина на его оси соответствует времени одного орбитального оборота вокруг Плутона. Неудивительно, что Харон будет в этой конфигурации, так как он стабилен таким образом.

Малые спутники

Малые спутники Плутона — Styx, Nix, Kerberos и Hydra (Стикс, Никта, Кербер и Гидра) (рис. 1) — усложняют и оспаривают вышеупомянутый сценарий. Во-первых, малые спутники гораздо более ледяные и имеют значительно меньше камней, чем Плутон и Харон.12,13 Хотя их плотность еще не известна, кажется, что они более ледяные, чем Харон, и чем многие TNOs. 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, и их орбиты очень близки к одной плоскости. Если спутник имеет круговую орбиту и его наклон орбиты близок к той же плоскости, что и экватор родительского объекта, то он обычно считается «регулярным» и предполагается, что он сформировался с родительским объектом. Однако это маловероятно для малых спутников Плутона по известным физическим процессам, поскольку они имеют другой состав, чем Плутон и Харон. Планетологи могут считать, что текущий набор малых спутников не является первоначальным набором, который сформировался бы с Плутоном и Хароном, но это делает предположение об истории системы Плутона, которое может быть неверным. Ученые исследовали сценарии, в которых малые спутники будут мигрировать наружу так, как Харон мигрирует наружу. Считалось, что между Хароном и маленькими спутниками могло быть несколько орбитальных резонансов, которые переместили бы маленькие спутники на их текущие орбиты. Кроме того, предполагалось, что взаимодействие малых спутников с Хароном может объяснить поведение вращения малых спутников. Однако это не имеет значения, поскольку планетологи работали над компьютерными моделями.

Рис. 2. Плутон и его спутники с их орбит. Изображение с широкоугольной камеры Хаббла 3 от июля 2012 года. (НАСА, ЕКА и Институт космических телескопов).

Четыре малых спутника Плутона в настоящее время следуют почти круговым и компланарным орбитам, которые 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 Исследуемая концепция заключалась в том, что по мере миграции Харона наружу, из-за приливных эффектов малые спутники могут накапливаться из материала, оставшегося от большого удара. Тогда маленькие спутники могли бы мигрировать наружу в нескольких одновременных резонансах, мигрируя вместе. Была предпринята попытка моделирования этого сценария. В некоторых случаях имела место некоторая резонансная миграция, но не для всех четырех спутников одновременно. Даже если некоторые из спутников мигрировали на соответствующие орбитальные расстояния, их орбиты были значительно более эксцентричными, чем они встречаются сегодня. Если орбиты этих маленьких тел становились слишком эксцентричными или они мигрировали на несколько иные расстояния, это делало их орбиты неустойчивыми. Было сделано заключение, что Стикс, Никта, Кербер и Гидра вряд ли все мигрируют на свои текущие орбиты таким образом. Авторы исследования 2014 года, Ченг и др. говорят: «Мы приходим 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, и не будут находиться в одной плоскости, если, возможно, 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 не происходит просто из-за сотворения. Столкновение могло бы раскрутить объект, но это также сделало бы орбиту более эксцентричной. Планетологи будут считать, что Гидра представляет собой композицию из нескольких планетезималей, которые столкнулись и соединились в одно тело. Но опять же, такое столкновение вряд ли оставит орбиту почти круглой. На мой взгляд, высокая скорость вращения Гидры в сочетании с ее круговой орбитой нелегко объяснить из любого сценария столкновения.

В дополнение к вышесказанному, происхождение четырех малых спутников еще более загадочно в свете модели Ниццы происхождения внешней Солнечной системы. 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 Эта низкая скорость, по-видимому, возможна только в начале Солнечной системы, а не позже, когда Нептун мигрирует или после того, как Нептун возбудил нестабильность, которая рассеяла планетезимали во внешней Солнечной системе. Хотя компьютерное моделирование показывает, что некоторые спутники могут оставаться на орбите вокруг мигрирующей планеты, их орбиты изменяются. Часто просто предполагается, что после изменения их орбит они стабилизируются и в конечном итоге циркулируют. Но не совсем ясно, как это сработает. Кроме того, миграционная модель Ниццы требует миллионов лет, что противоречит шкале времени молодого возраста.

Скорость вращения малых спутников Плутона требует больше исследований и более качественных данных. Необходимо иметь лучшие фотографии Стикса, Никты, Кербера и Гидры. Существует также необходимость знать их размеры и плотность с большей точностью. Высокая скорость вращения Гидры настолько быстра, что другие маленькие спутники и даже Харон мало влияют на нее. Небольшие столкновения могут помочь объяснить спины Стикса, Никты, Кербера, но Гидрa требует другого объяснения. Еще одним важным фактом является то, что космический аппарат «New Horizons» не обнаружил никаких дополнительных новых малых спутников Плутона во время пролета. Это было удивительно для планетологов. Если бы четыре небольших спутника образовались в результате столкновения, то, скорее всего, были бы найдены более мелкие объекты. 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 отличается от других объектов пояса Койпера? В настоящее время планетологи, похоже, не имеют реальной теории для натуралистического происхождения четырех малых спутников Плутона.

Выводы

Перспектива креационизма, вероятно, найдет поддержку из-за трудностей с натуралистическими моделями. Однако я бы рекомендовал креационистам не делать слишком много выводов слишком рано, 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 Плутоном. Компьютерное моделирование спутников Плутона показывает, что многие конфигурации орбит нестабильны или не заканчиваются как круговые, как мы находим орбиты сегодня. 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 нашел наиболее плодотворным предположить, что большинство характеристик вещей в Солнечной системе проистекают из того, как они были созданы на неделе сотворения, несколько тысяч лет назад. В молодом возрасте многие процессы, которые, как предполагают светские ученые, действовали в течение миллионов лет, не успели существенно измениться. Длительные периоды времени и природные процессы не решают научных загадок. Но, не каждая функция возвращается к сотворению. В Солнечной системе возможны катастрофические и хаотические события. Но наша Солнечная система демонстрирует как разумно разработанный порядок, так и удивительные творческие особенности, которые указывают на могущественного Создателя.


Автор: Уэйн Спенсер

Дата публикации: апрель 2018 года

Источник: creation.com


Перевод: Недоступ А.

Редактор: Недоступ А.


Ссылки и примечания

1. Хартнетт, Д. Д., Спутники Плутона — большой сюрприз! J. Creation 30 (2):8-9, 2016. Вернуться к тексту.

2. Фолкнер, Д. Р., Еще больше удивляют спутники Плутона, J. Creation 31 (2):52, 2017. Вернуться к тексту.

3. Oлкин, C. Б., Эннико, K. и Спенсер, Д., Система Плутона после облета New Horizons, Nature Astronomy 1: 663-670, октябрь 2017 года. Вернуться к тексту.

4. Kитер, B. (изд.), Файлы 2019 план полета New Horizons для облета, 6 сентября 2017 года nasa.gov/feature/new-horizons-files-flight-plan-for-2019-flyby, по состоянию на 14 декабря 2017 года. Вернуться к тексту.

5. МакКиннон, Б. В., Штерн А. С., Ткач А. Н., и соавт., Происхождение системы Плутон-Харон: ограничения от пролета New Horizons, Icarus 287:2-11, 2017. Вернуться к тексту.

6. Tсиганис, K. и др., Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы, Nature 435: 459-461, 2005. Вернуться к тексту.

7. Батыгин К. и Браун М. Е., Ранняя динамическая эволюция Солнечной системы: определение начальных условий модели Ниццы, The Astrophysical J. 716(2): 1323-1333, 2010. Вернуться к тексту.

8. Gladman/Глэдмэн, B., Kavelaars, J. J., Petit, J. M., Morbidelli, A., Holman, M. J., and Loredo, T., Структура пояса Койпера: распределение размеров и радиальная протяженность, The Astrophysical J. 122(2):1051-1066, 2001. Вернуться к тексту.

9. Gomes/Гомез, R., Levison, H. F., Tsiganis, K., and Morbidelli, A., Происхождение катастрофического позднего периода тяжелой бомбардировки планет земной группы, Nature 435:466-469, May 2005. Вернуться к тексту.

10. Ченг, Х. В., Ли М. Х., Пил, Я. С., Полная приливная эволюция Плутон – Харон, Икар 233:242-258, 1 мая 2014 года. Вернуться к тексту.

11. Оард, М. Д., Трудные времена для натуралистического происхождения Луны, J. Creation 30(1):14-15, 2016. Вернуться к тексту.

12. Кэнуп, Р. M., О происхождении гигантского удара Харона, Никса и Гидры, The Astronomical J. 141(2):35-44, февраль 2011. Вернуться к тексту.

13. МакКиннон, и др., ссылка. 5, стр. 2, 7. Вернуться к тексту.

14. Ченг, Х. У., Пил, С. Д. и Ли М. Х., О происхождении малых спутников Плутона с помощью резонансного транспорта, Икар 241:180-189, 2014. Вернуться к тексту.

15. . Ченг и др., ссылка. 14, стp. 180 Вернуться к тексту.

16. МакКиннон, и др., ссылка. 5, стр.7 Вернуться к тексту.

               


Написать коментарий