Космос
Категорії / Космос / Як з’явились супутники Плутона?

Як з’явились супутники Плутона?

Автор:
Джерело: creation.com

В останніх випусках Journal of Creation Джон Хартнетт і Денні Фолкнер прокоментували відкриття, що стосуються супутників Плутона з місії «New Horizons» в липні 2015 року.12 Є багато таємниць про систему Плутона, які, безумовно, стануть предметом багатьох досліджень і обговорень на довгі роки. Хартнетт і Фолкнер показали деякі складнощі при намаганні пояснити походження природних супутників Плутона через еволюційні натуралістичні теорії. Я хотів би прокоментувати нові версії відносно системи Плутона, які досліджують науковці.

В рамках місії «New Horizons» на Плутон вчені отримали багато нової інформації, яка кидає виклик науковцям.3 Додаткові дані можуть надійти в 2019 році, оскільки в даний час планується провести ще один обліт транснептунового об'єкта (ТНО) під назвою 2014 MU69.4 (Транснептунові об'єкти також відомі під старим терміном — об'єкт пояса Койпера). Місія «New Horizons» встановила остаточні значення густини Плутона (1854 ± 6 кг/м3) і Харона (1702 ± 17 кг/м3).5 

Із цих та інших даних випливає, що Плутон має приблизно 65% гірських порід у своїй масі, а Харон — близько 59%. 

Малюнок 1. Маленькі супутники Плутона. Чотири невеликих супутники показані приблизно в одному масштабі. Їхні реальні розміри варіюються від 10 до 40 км. Оброблені зображення отримані за допомогою телескопа дальної дії (LORRI) на космічному апараті «New Horizons» в 2015 році. (НАСА/Лабораторія прикладної фізики Університету Джона Хопкінса/Південно-Західний Науково-дослідний інститут).

Як Плутон, так і Харон, ймовірно, мають лід всередині, і вони можуть мати товсті шари льоду на певній глибині або під корою. Існує дискусія про те, чи може Плутон мати рідину. На питання про внутрішню будову Плутона не можна повністю відповісти із даних «New Horizons», тому що інформації про гравітацію недостатньо. 

Дані про гравітацію мають обмежену користь у випадку «New Horizons», оскільки це був дуже швидкий обліт. Щоб отримати більше даних про гравітацію і краще дослідити внутрішню частину плутона, потрібен спеціальний орбітальний апарат. Як Плутон, так і Харон мають цікаві геологічні особливості поверхні, а Плутон також має багато цікавих атмосферних явищ.

Походження Плутону завжди було складним з натуралістичної точки зору. Космічний апарат «New Horizons» досягнув Плутона в той час, коли сталася революція в теоріях походження Сонячної системи із застосуванням теорії міграції до походження зовнішніх планет. Модель, яка включає міграцію Урана й Нептуна, відома як «модель Ніцци».6, 7 

Вона передбачає, що чотири зовнішні планети — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун — утворилися ближче один до одного й ближче до Сонця, порівняно із сучасним місцем їхнього розташування, а потім мігрували назовні. Ця зовнішня міграція включала орбітальні резонанси між Юпітером і Сатурном, а також між Сатурном, Ураном і Нептуном. 

Малюнок 2. Харон — супутник Плутона. Вважається, що Харон за зовнішнім виглядом доволі схожий на Місяць. Зображення: НАСА.

Модель Ніцци також припускає, що область приблизно від 20 до 30 а. е. від Сонця колись була заповнена диском набагато більш масивних планетезималь, ніж ті, які сьогодні знаходяться в транснептуновій області. Транснептуновий регіон сьогодні має лише приблизно одну десяту земної маси матеріалу.8 

Але в моделі Ніцци передбачається, що цей регіон включав в себе велику кількість об'єктів загальною масою близько 35 мас Землі.9 

Вважається, що міграція Нептуна в цей зовнішній планетезимальний диск викликала нестабільність, яка розсіяла більшу частину планетезималей. Нестабільність розвіяла планетезималі у всіх напрямках і викликала безліч ударів та іншого роду взаємодій між об'єктами. 

Дехто стверджує, що саме нестабільність стала причиною пізнього сильного бомбардування Місяця. Однак час цієї нестабільності обговорюється, і тому деякі дослідники стверджують, що це не має нічого спільного з пізнім важким бомбардуванням об’єктів у внутрішній Сонячній системі. 

Міграція Нептуна й події розсіювання планетезималей отримали велике визнання в науковому співтоваристві сьогодні. Це ставить походження Плутона в інший контекст, ніж у попередніх теоріях.

В останні роки, аж до прибуття космічного апарату «NewHorizons» на Плутон, була розроблена теорія про те, що великий супутник Плутона Харон утворився внаслідок сильного зіткнення з Плутоном.10 Концепція ударного утворення дуже схожа на версію походження Місяця внаслідок сильного зіткнення із Землею.11 

Вважається, що Плутон і Харон достатньо схожі один на одного за складом (на обох є порода та лід), щоб великий удар міг сформувати навколо Плутона диск уламків, які «злипнулись» та утворили Харон. Потім, вважається, наступив період, коли Харон мігрував назовні від Плутона через припливні ефекти, поки не досяг точки, в якій він розпочав обертатися синхронно з Плутоном. 

Це поточний орбітальний стан Харона. Одна сторона супутника завжди обернена до Плутона, а час одного оберту навколо його осі відповідає часу одного орбітального обороте навколо Плутона. В такій конфігурації Харон доволі стабільний.

Малі супутники 

Малі супутники Плутона — Стікс, Нікта, Кербер і Гідра (Styx, Nix, Kerberos і Hydra) на мал. 1 та мал. 3 — ускладнюють і ставлять вищеописаний сценарій під сумнів. 

По-перше, вони мають більше криги й значно менше породи, ніж Плутон і Харон.1213 Хоча густина малих супутників ще не відома, виглядає так, що вони холодніші, ніж Харон і більшість інших ТНО. Було підраховано, що всі чотири малих супутники мають геометричні альбедо більше 50% і що альбедо Гідри може бути близько 85%.13 Ці космічні об’єкти знаходяться на майже кругових орбітах, і їхні орбіти дуже близькі до того, щоб бути в одній площині. 

Якщо супутник має кругову орбіту і нахил його орбіти близький, щоб лежати в одній площині з екватором батьківського об'єкта, то такий супутник зазвичай вважається «регулярним» і передбачається, що він сформувався разом з батьківським об'єктом. Однак це малоймовірно для малих супутників Плутона через відомі фізичні процеси, оскільки ці тіла мають інший склад, ніж Плутон і Харон. 

Планетологи могли б сказати, що поточний склад малих супутників не є початковим, але це лише припущення про історію системи Плутона, яке неможливо бути перевірити. Вчені досліджували сценарії, в яких малі супутники мігрувати назовні так, як Харон. Вважалося, що між Хароном і меншими супутниками могло бути кілька орбітальних резонансів, які перемістили б останні на їхні поточні орбіти. Крім того, припускалось, що взаємодія малих супутників з Хароном може пояснити поведінку обертання малих супутників. Однак це не має значення, оскільки планетологи лише працювали над комп'ютерними моделями.

Малюнок 3. Плутон і його супутники з їхніми орбітами. Фото з ширококутної камери телескопа «Габбл» від 3 липня 2012 року. (НАСА, ЄКА та Інститут космічних телескопів).

Чотири малих супутники Плутона в даний час обертаються по майже круговим й компланарним орбітами, що знаходяться в резонансі з Хароном [Стікс 3:1, Нікта 4:1, Кербер 5:1 і Гідра 6:1 (мал. 2)]. Дослідження походження малих супутників в зв'язку з ударним походженням Харона було опубліковано в 2014 році.14 

Суть концепції, що досліджувалась, в тому, що в міру міграції Харона назовні, через припливні ефекти, малі супутники могли утворитись внаслідок накопичення матеріалу, що залишився після великого удару. Тоді маленькі супутники могли б мігрувати назовні разом в декількох одночасних резонансах. 

Була зроблена спроба моделювання цього сценарію. В деяких випадках мала місце деяка резонансна міграція, але не для всіх чотирьох супутників одночасно. Навіть якщо деякі з супутників мігрували на відповідні відстані, їхні орбіти були значно більш ексцентричними, ніж сьогодні. Якщо орбіти цих маленьких тіл ставали занадто ексцентричними або якщо вони мігрували на інші відстані, орбіти ставали нестійкими. 

Було зроблено висновок, що Стікс, Нікс, Кербер і Гідра навряд чи мігрували на поточні орбіти таким чином. 

Автори дослідження 2014 року, Ченг та колеги, сказали: 

«Ми прийшли до висновку, що розміщення малих супутників на їхні поточні орбітальні позиції за допомогою резонансного перенесення вкрай малоймовірне».15

Фолкнер також зазначив, що малоймовірно, що чотири невеликих супутники були захоплені, як припустив Хартнетт. Я згоден з цим, оскільки захоплені об'єкти будуть мати дуже ексцентричні орбіти, які також не будуть лежати в одній площині, якщо, можливо, вони не були колись частиною одного об'єкта, який був розірваний. 

Гідра знаходиться на самій зовнішній орбіті й обертається надзвичайно швидко, як вказує Хартнетт. Це важко пояснити, якщо лише цей супутник завжди обертався так після створення. Зіткнення могло б розкрутити об'єкт, але це також зробило б орбіту більш ексцентричною. 

Планетологи вважають, що Гідра являє собою композицію з декількох планетезималей, які зіткнулися та з'єдналися в одне тіло. Але знову ж таки, таке зіткнення навряд чи залишить орбіту майже у вигляді кола. На мій погляд, висока швидкість обертання Гідри в поєднанні з її круговою орбітою нелегко пояснити через сценарій будь-якого зіткнення.

На додаток до вищесказаного, походження чотирьох малих супутників ще більш загадкове в світлі моделі Ніцци. У моделі Ніцци Плутон починався як один з багатьох інших великих планетезималей в регіоні приблизно між 20 і 30 а.е., тобто в ранній Сонячній системі, перш ніж Нептун мігрував назовні на свою поточну орбіту. 

У сучасних теоріях міграція планет полегшує потрапляння об'єктів у орбітальні резонанси. Таким чином, Нептун і Уран мігрували назовні в моделі Ніцци, і ця міграція, як вважають, пояснює, як Плутон міг опинитися в унікальному резонансі 3:2 з орбітою Нептуна. Але оскільки Нептун мігрував назовні в моделі Ніцци, Плутон і Харон, а також чотири невеликих супутники повинні були мігрувати разом з Нептуном. 

Вважається, що Плутон і Харон повинні були утворитися раніше, до міграції Нептуна, тому що велике зіткнення, після якого утворився Харон, вимагає надзвичайно невеликого відносної швидкості між зіткненням Плутона і самим Плутоном.16 Ця низька швидкість, мабуть, була можлива тільки на початку Сонячної системи, а не пізніше, наприклад, коли Нептун мігрував чи після того, як Нептун порушив нестабільність, що розсіяла планетезималі в зовнішній Сонячній системі. 

Хоча комп'ютерне моделювання показує, що деякі супутники можуть залишатися на орбіті навколо мігруючої планети, їхні власні орбіти все ж змінюються. Часто просто передбачається, що після зміни вони стабілізуються. Але не зовсім ясно, як це спрацює. Крім того, міграційна модель Ніцци вимагає мільйонів років, що суперечить молодоземельній шкалі часу.

Швидкість обертання малих супутників Плутона вимагає глибшого дослідження і більшої кількості даних. Потрібно мати кращі фотографії Стікса, Нікти, Кербера й Гідри. Існує також необхідність знати їхні розміри та густину. 

Швидкість обертання Гідри настільки висока, що інші маленькі супутники й навіть Харон мало впливають на неї. Невеликі зіткнення могли б пояснити обертання Стікса, Нікти та Кербера, але Гідра вимагає іншого пояснення. 

Ще одним важливим фактом є те, що космічний апарат «New Horizons» не виявив ніяких нових малих супутників Плутона під час прольоту. Це було дивно для планетологів. Якби чотири невеликі супутники утворилися в результаті зіткнення, то, швидше за все, існували б і дрібніші об'єкти. Тому, незалежно від того, чи виникли малі супутники раніше, в момент утворення Харона, чи вони були захоплені пізніше, існують серйозні проблеми з поясненням їхнього походження. 

Якщо ці тіла сформувалися разом з Хароном, чому їхній склад так відрізняється від самого Харона та інших об'єктів поясу Койпера? В даний час планетологи, схоже, не мають реальної теорії натуралістичного походження чотирьох малих супутників Плутона.

Висновки

Креаційна перспектива, ймовірно, знайде підтримку через труднощі з натуралістичними моделями. Однак я б рекомендував креаціоністам не робити занадто багато висновків на ранньому етапі, особливо що стосується аргументів на користь молодого віку. Креаціоністи повинні стежити за дослідженнями системи Плутона, що тривають. 

Малі супутники Плутона перебувають у складних динамічних відносинах з Хароном і Плутоном. Комп'ютерне моделювання показує, що багато орбітальних конфігурацій нестабільні або кінцево не утворюється кругова орбіта, як це є у супутників сьогодні. Незвичайний характер обертання малих супутників Плутона може ніколи не досягти конфігурації «синхронного обертання/припливного захоплення» через унікальний вплив Харона й того, як малі супутники впливають один на одного. 

Надзвичайно швидке обертання Гідри є загадковим. Я вважаю найбільш плідним припустити, що більшість характеристик об’єктів Сонячної системи виглядають так, як вони були створені під час Тижні створення кілька тисяч років тому. У молодоземельній перспективі багато процесів, які, як припускають світські вчені, діяли протягом мільйонів років, не мали достатньо часу щось істотно змінити. 

Тривалі періоди часу й природні процеси не вирішують наукових загадок. Але не кожна функція була такою при створенні. У Сонячній системі можливі катастрофічні й хаотичні події. Проте усе демонструє як розумно розроблений порядок, так і дивовижні творчі особливості, які вказують на могутнього Творця.

Вас також може зацікавити:

Посилання:

  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.