Супутники Плутона

Автор: Уейн Спенсер (Wayne Spencer)
Переклад: Креацентр Планета Земля (creacenter.org/uk)

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.^1,2 Є багато таємниць про систему Плутона, які, безсумнівно, будуть предметом багатьох досліджень і обговорень на довгі роки. Хартнетт і Фолкнер звернулися до деяких труднощів для еволюційних натуралістичних теорій, щоб пояснити походження природних супутників Плутона. Я хотів би прокоментувати нові теорії, що вивчаються планетологами відносно системи Плутона.

Місія «NewHorizons» на Плутон надала багато нової інформації, яка кидає виклик планетологам.³ Додаткова інформація може надійти в 2019 році, оскільки в даний час планується провести ще один обліт транснептунового об’єкта (TNO; небесне тіло Сонячної системи, яке обертається по орбіті навколо Сонця, і середня відстань до Сонця більше, ніж у Нептуна — прим. ред.) під назвою 2014 MU69.⁴ (Транснептунові об’єкти також відомі під старим терміном — об’єкт пояса Койпера). Місія «New Horizons» встановила остаточні значення щільностей Плутона (1854 ± 6 кг/м^-3) і Харона (1702 ± 17 кг/м^-3).⁵ Із цих та інших даних випливає, що Плутон становить приблизно 65% по масі, а Харон – близько 59%. Як Плутон, так і Харон, імовірно, мають лід всередині, і вони можуть мати товсті шари льоду від поверхні до певної глибини, або під корою. Існує дискусія про те, чи може Плутон мати рідкий шар. На питання про внутрішню частину Плутона не можна повністю відповісти із даних «New Horizons», тому що даних про гравітації недостатньо. Дані про гравітацію мають обмежену корисність у разі «New Horizons», оскільки це був дуже швидкий обліт. Орбітальний апарат був би необхідний, щоб отримати кращі дані про гравітацію і тим самим визначити більше про внутрішню частину Плутону. Як Плутон, так і Харон мають цікаві геологічні особливості на поверхні, а також Плутон має багато цікавих атмосферних явищ.

Походження Плутону завжди було складним з погляду натуралістичних припущень. Космічний апарат «New Horizons» досяг Плутона в той час, коли сталася революція в теоріях походження Сонячної системи з застосуванням теорії міграції планет до походження зовнішніх планет. Модель, яка включає міграцію Урану й Нептуна, відома як «модель Ніцци».^6,7 Ця модель передбачає, що чотири зовнішні планети — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун — утворилися ближче один до одного й ближче до Сонця, ніж на їхніх сьогоденних орбітах, а потім мігрували назовні. Ця зовнішня міграція включала орбітальні резонанси між Юпітером і Сатурном, а також між Сатурном, Ураном і Нептуном. Модель Ніцци також припускає, що область приблизно від 20 до 30 а. е. від Сонця колись була заповнена диском набагато більш масивних планетезималей, 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 популяцію 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. Ця нестабільність розвіяла планетезимали у всіх напрямках і викликала безліч ударів і інших взаємодій об’єктів. Деякі стверджують, що ця нестабільність стала причиною пізнього сильного удару бомбардування по Місяцю. Однак час цієї нестабільності обговорюється, і тому деякі дослідники стверджують, що це не має нічого спільного з пізнім важким бомбардуванням ударів у внутрішній Сонячній системі. Ця міграція Нептуна й події розсіювання планетезималей придбали 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 від сильного зіткнення з Плутоном.¹⁰ Ця концепція ударного утворення дуже схожа на пропоноване походження Місяця Землі через сильне зіткнення.¹¹ Вважається, що Плутон і Харон досить схожі один на одного за складом (з наявністю каміння та льоду), щоб великий удар міг сформувати навколо Плутона диск уламків, які «злипнуться», утворюючи Харон. Потім, після утворення Харона, вважається, що буде період, коли Харон буде мігрувати назовні від Плутона через приливні ефекти, поки він не досягне точки, де він буде обертатися синхронно з Плутоном. Це поточний орбітальний стан Харона. Він має одну сторону, завжди звернену до Плутона, і час одного спину на його осі відповідає часу одного орбітального обороту навколо Плутона. Не дивно, що Харон буде в цій конфігурації, так як він стабільний таким чином.

Малі супутники

Малі супутники Плутона — Styx, Nix, Kerberos і Hydra (Стікс, Нікта, Кербер і Гідра) (мал. 1) — ускладнюють і оскаржують вищезазначений сценарій. По-перше, малі супутники набагато більш крижані й мають значно менше каменів, ніж Плутон і Харон.^12,13 Хоча їхня щільність ще не відома, здається, що вони більш холодні, ніж Харон, і ніж багато з TNOs. Було підраховано, що всі чотири малих супутники мають геометричні альбедо більш 50% і що альбедо Гідри може бути близько 85%.¹³ Вони знаходяться на майже кругових орбітах, і їхні орбіти дуже близькі до однієї площини. Якщо супутник має кругову орбіту і його нахил орбіти близький до тієї ж площини, що і екватор батьківського об’єкта, то він зазвичай вважається «регулярним» і передбачається, що він сформувався з батьківським об’єктом. Однак це малоймовірно для малих супутників Плутона через відомі фізичні процеси, оскільки вони мають інший склад, ніж Плутон і Харон. Планетологи можуть вважати, що поточний набір малих супутників не є початковим набором, який сформувався б із Плутоном і Хароном, але це робить припущення про історію системи Плутона, яке може бути невірним. Вчені досліджували сценарії, в яких малі супутники будуть мігрувати назовні так, як Харон мігрує назовні. Вважалося, що між Хароном і маленькими супутниками могло бути кілька орбітальних резонансів, які перемістили б маленькі супутники на їхні поточні орбіти. Крім того, передбачалося, що взаємодія малих супутників з Хароном може пояснити поведінку обертання малих супутників. Однак це не має значення, оскільки планетологи працювали над комп’ютерними моделями.

Чотири малих супутники Плутона в даний час йдуть майже круговими й компланарними орбітами, які знаходяться в резонансі з Хароном (Стікс 3:1, Никта 4:1, Кербер 5:1 і Гідра 6:1 (мал. 2)). Дослідження походження малих супутників Плутона в зв’язку з ударним походженням Харона було опубліковано в 2014 році.¹⁴ Досліджувана концепція полягала в тому, що по мірі міграції Харона назовні, через приливні ефекти, малі супутники можуть накопичуватися з матеріалу, що залишився від великого удару. Тоді маленькі супутники могли б мігрувати назовні в декількох одночасних резонансах, мігруючи разом. 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 орбітальні відстані, їхні орбіти були значно більш ексцентричними, ніж вони зустрічаються сьогодні. Якщо орбіти цих маленьких тіл ставали занадто ексцентричними або вони мігрували на декілька інші відстані, це робило їх орбіти нестійкими. Було зроблено висновок, що Стікс, Нікс, Кербер і Гідра навряд чи всімігрують на свої поточні орбіти таким чином. Автори дослідження 2014 року, Ченг і ін. Кажуть: «Ми приходимо до висновку, що розміщення малих супутників на їхні поточні орбітальні позиції за допомогою резонансного транспорту 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, і не будуть знаходитися 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 тільки це не відбувається просто через створення. Зіткнення могло б розкрутити об’єкт, але це також зробило б орбіту більш ексцентричною. Палеонтологи вважатимуть, 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 круглою. На мій погляд, висока швидкість обертання Гідри в поєднанні з її круговою орбітою нелегко пояснити з будь-якого сценарію зіткнення.

На додаток до вищесказаного, походження чотирьох малих супутників ще більш загадкове в світлі моделі Ніцци, походження зовнішньої Сонячної системи. 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 орбіти 3:2, який він має з Нептуном. Але оскільки Нептун мігрував назовні в моделі Ніцци, Плутон і Харон, а також чотири невеликих супутники, повинні були пережити міграцію та мігрувати з Нептуном. Вважається, що Плутон і Харон повинні були утворитися раніше, до міграції Нептуна, тому що велике зіткнення, яке утворює Харон, вимагає надзвичайно низької відносної швидкості між зіткненням Плутона і самим Плутоном.¹⁶ Ця низька швидкість, мабуть, можлива тільки на початку Сонячної системи, а не пізніше, коли Нептун мігрує, або після того, як Нептун порушив нестабільність, яка розсіяла планетезимали в зовнішній Сонячній системі. Хоча комп’ютерне моделювання показує, що деякі супутники можуть залишатися на орбіті навколо мігруючої планети, їхні орбіти змінюються. Часто просто передбачається, що після зміни їхніх орбіт вони стабілізуються і в кінцевому підсумку циркулюють. Але не зовсім ясно, як це спрацює. Крім того, міграційна модель Ніцци вимагає мільйонів років, що суперечить шкалі часу молодого віку.

Швидкість обертання малих супутників Плутона вимагає більше досліджень і більш якісних даних. Необхідно мати кращі фотографії Стіксу, Нікти, Кербера й Гідри. Існує також необхідність знати їхні розміри, щільність з більшою точністю. Висока швидкість обертання Гідри настільки швидка, що інші маленькі супутники й навіть Харон мало впливають на неї. Невеликі сутички можуть допомогти пояснити спини Стіксу, Нікти, Кербера, але Гідра вимагає іншого пояснення. Ще одним важливим фактом є те, що космічний апарат «New Horizons» не виявив ніяких додаткових нових малих супутників Плутона під час прольоту. Це було дивно для планетологів. Якби чотири невеликих супутники утворилися в результаті зіткнення, то, швидше за все, були б знайдені більш дрібні об’єкти. Тому, незалежно від того, чи виникли малі супутники раніше, в момент утворення Харона, або вони були захоплені пізніше, існують серйозні проблеми з поясненням їхнього походження. Якщо вони сформувалися рано разом з Хароном, чому їхній склад так відрізняється від Харона й відрізняється від інших об’єктів поясу Койпера? В даний час планетологи, схоже, не мають реальної теорії натуралістичного походження чотирьох малих супутників Плутона.

Висновки

Перспектива креаціонізму, ймовірно, знайде підтримку через труднощі з натуралістичними моделями. Однак я б рекомендував креаціоністам не робити занадто багато висновків занадто рано, особливо що стосується аргументів молодого віку. Креаціоністи повинні стежити за тривалими дослідженнями системи Плутона. Малі супутники Плутона перебувають у складних динамічних відносинах з Хароном і Плутоном. Комп’ютерне моделювання супутників Плутона показує, що багато конфігурацій орбіт нестабільні, або не закінчуються як кругові, як ми знаходимо орбіти сьогодні. Незвичайні обертання малих супутників Плутона можуть ніколи не досягти конфігурації «синхронного обертання/приливного захоплення» через унікальний вплив Харона й того, як малі супутники впливають один на одного. Надзвичайно швидке обертання Гідри є загадковим. Я знайшов найбільш плідним припустити, що більшість характеристик речей у Сонячній системі випливають із того, як вони були створені на тижні створення, кілька тисяч років тому.У молодому віці багато процесів, які, як припускають світські вчені, діяли протягом мільйонів років, не встигли істотно змінитися. Тривалі періоди часу й природні процеси не вирішують наукових загадок. Але, не кожна функція повертається до створення. У Сонячній системі можливі катастрофічні й хаотичні події. Але наша Сонячна система демонструє як розумно розроблений порядок, так і дивовижні творчі особливості, які вказують на могутнього Творця.

Редактор: Недоступ А.