Открытие Плутона случилось в 1930 году . Но спустя 76 лет МАС лишил этот объект права называться планетой и перевёл его в ранг планет-карликов. Теперь считается, что Плутон, подобно Эриде, лишь один из наиболее крупных нептуноидов, населяющих пояс Койпера.

А в 1978 году был определён и главный его спутник - Харон . Открыли его при изучении фотопластинок, изображающих Плутон. На одной из пластинок у планеты появился горб, оказавшийся при рассмотрении планетой.

Первоначально Харон был наименован спутником Плутона, но теперь считается, что это двойная планета . Их общий центр тяжести расположен вне главной планеты. Это уникальный вид взаимодействия. Также необычно, что они обращены к визави всегда одной стороной.

Но на самом деле это еще не утверждено …

Двойная планета — термин в астрономии, который используется для обозначения бинарной системы, состоящей из двух астрономических объектов, каждый из которых удовлетворяет определению планеты и является достаточно массивным, чтобы оказывать гравитационный эффект, превосходящий гравитационный эффект звезды, вокруг которой они вращаются.

По состоянию на 2010 год, официально в Солнечной системе нет систем, классифицируемых как «двойная планета». Одно из неофициальных требований состоит в том, чтобы обе планеты вращались вокруг общего центра масс, именуемого также барицентром, который должен находиться над поверхностью этих планет.

Харон

Диаметр Харона - 1205 км - немногим более половины плутонианского, а массы их соотносятся как 1: 8. Это самый крупный спутник в Солнечной системе в сопоставлении со своей планетой . Расстояние между объектами очень маленькое - 19,6 тысяч км., а период обращения сателлита - около недели.

С 1985 по 1990 годы наблюдались достаточно нечастые явления: затмения. Они были попеременны: вначале одна планета затмевает другую, потом наоборот. Такие затмения имеют цикличность 124 года.

Анализ отраженного света позволяет заключить, что на поверхности Харона - слой водного льда, в отличие от метаново-азотного у Плутона. По данным обсерватории Джемини, на Хароне найдены гидрат аммиака и водяные кристаллы. Это делает вероятным существование криогейзеров.

Необычные, по сравнению с другими планетами Солнечной системы, параметры орбит планетарной пары и их скромные размеры рождают у учёных гипотезы об их происхождении. Считается, что планеты образовались в поясе Койпера, и уже оттуда были вырваны гравитацией планет-гигантов.

Другая гипотеза предполагает образование системы после столкновения уже состоявшегося Плутона с прото-Хароном. Из выброшенных обломков и образовался нынешний спутник. И теперь они вместе, Плутон и Харон — далёкая окраина Солнечной системы.

Как было упомянуто выше, система Плутон-Харон удовлетворяет определению двойной планеты. На настоящий момент это единственные тела в Солнечной системе, которые могут претендовать на такой статус.

Согласно проекту Резолюции 5 XXVI Генеральной ассамблеи МАС (2006) Харону предполагалось присвоить статус планеты. В примечаниях к проекту резолюции указывалось, что в таком случае Плутон—Харонбудет считаться двойной планетой. Основанием для этого служил тот факт, что каждый из объектов может считаться карликовой планетой, а их общий центр масс лежит в открытом пространстве. Однако на этой же ассамблее МАС ввёл определение понятий «Планета» и «Карликовая планета». Согласно введённым определениям Плутон классифицируется как карликовая планета, а Харон — его спутник, хотя в дальнейшем такое решение может быть пересмотрено

По мере того, как космический аппарат New Horizons продолжает свое путешествие к внешней границе Солнечной Системы, его цель - которая находится в поясе Койпера - становится ярче и четче. Новые снимки, сделанные благодаря камере LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), ясно показывают Плутон и самый большой из его спутников - Харон - связанными в тесном орбитальном танце. Два объекта разделяет расстояние всего чуть более 18 000 километров.

Эти снимки, на которых показано, как Харон вращается вокруг Плутона, являются рекордсменами в смысле расстояния, с которого они сделаны: в 10 раз меньшего, чем расстояние от Плутона до Земли.

Мы уже видели снимки Плутона и Харона, однако, на этой анимации можно увидеть кое-что еще.

За 5 дней LORRI сделал 12 снимков системы Плутон-Харон, за это время Харон почти полностью совершил 1 оборот вокруг Плутона. Однако, по мере того, как Харон вращается по орбите, можно наблюдать отчетливые колебания позиции Плутона. Масса Харона (примерно 12 процентов от массы Плутона) оказывает сильное гравитационное влияние на Плутон, очень отчетливо оттягивая его “от центра” . Следовательно, оба объекта вращаются вокруг воображаемой точки над поверхностью Плутона. Эта точка называется центром тяжести системы Плутон-Харон.

Сравнительные размеры транснептуновых объектов по сравнению с Землей.

Это совершенно нетипичная ситуация для планет Солнечной Системы - лишь двойные системы астероидов могут иметь барицентры (центры тяжести) вне самих объектов. В результате, многие ученые пришли к выводу, что Харон нужно признать самостоятельной планетой, или же обозначить систему «Плутон-Харон» как двойную планету.

В 2012 году была опубликована статья, в которой указывалось, что четыре других спутника Плутона на самом деле не вращаются вокруг него. Они следуют по орбите вокруг центра тяжести системы Плутон-Харон, то есть являются спутниками Плутона и Харона, а не одного Плутона!

Однако, международная организация, которая занимается классификацией небесных объектов, должна еще раз исследовать этот факт. Скорее всего, Международному Астрономическому Союзу необходимо будет провести повторное исследование системы Плутона и Харона, особенно после того, как в следующем году будут получены снимки с близкого расстояния.

фазах относительно лучей Солнца. Впечатление получается такое, словно лучи Солнца искривляются, прежде чем достичь Луны.

Разгадка кроется в следующем. Луч, идущий от Солнца к Луне, в действительности перпендикулярен к линии, соединяющей концы меся-

Рис. 36. В каком положении относительно Солнца мы видим Луну в разных фазах.

ца, и в пространстве представляет собой прямую линию. Но глаз наш рисует на небе не эту прямую, а её проекцию на вогнутый небесный свод, т. е. кривую линию. Вот почему нам и представляется, что Луна на небе «повешена неправильно». Художник должен изучить эти особенности и уметь переносить их на полотно.

Двойная планета

Двойная планета – это Земля с Луной. Они имеют право на это название потому, что спутник наш резко выделяется среди спутников других планет значительной величиной и массой по отношению к своей центральной планете. Есть в солнечной системе спутники абсолютно более крупные и более тяжёлые, но по сравнению со своей центральной планетой они гораздо мельче, чем наша Луна по отношению к Земле. В самом деле, поперечник нашей Луны больше четверти земного, а поперечник относительно самого крупного спутника других планет составляет только 10-ю долю поперечника своей планеты (Тритон – спутник Нептуна). Далее, масса Луны составляет1 /81 массы Земли; между тем самый тяжёлый из спутников, какой существует в солнечной системе, – III спутник Юпитера – составляет менее 10 000-й доли массы своей центральной планеты.

Какую долю от массы центральной планеты составляет масса крупных спутников, показывает табличка на стр. 50.

Вы видите из этого сопоставления, что наша Луна по своей массе со-ставляет самую крупную долю своей центральной планеты.

Третье, что даёт системе Земля – Луна право притязать на наимено-вание «двойной планеты», – это тесная близость обоих небесных тел.Многие спутники других планет кружатся на гораздо больших расстоя-ниях: некоторые спутники Юпитера (например, девятый, рис. 37) кру-жатся в 65 раз дальше.

В связи с этим находится тот любопытный факт, что путь, описываемый Луной вокруг Солнца, очень мало отличается от пути Земли. Это покажется невероятным, если вспомнить, что Луна движется вокруг Земли на расстоянии почти 400 000 км. Не забудем, однако, что пока

Луна совершает один оборот вокруг Земли, сама Земля успевает перенестись вместе с нею примерно на 13-ю долю своего годового пути, т. е. на

Рис. 37. Система Земля – Луна по сравнению с системой Юпитера. (Размеры самих небесных тел показаны без соблюдения масштаба.)

70 000 000 км. Представьте же себе круговой путь Луны – 2 500 000 км – растянутым вдоль расстояния, в 30 раз большего. Что останется от его круговой формы? Ничего. Вот почему путь Луны около Солнца почти сливается с орбитой Земли, уклоняясь от неё лишь 13 едва заметными выступами. Можно доказать несложным расчётом (которым мы не станем здесь обременять изложения), что путь Луны при этом всюду обращен к Солнцу своей вогнутостью. Грубо говоря, он по виду похож на тринадцатиугольник с мягко округлёнными углами.

На рис. 38 вы видите точное изображение путей Земли и Луны в течение одного месяца. Пунктирная линия – путь Земли, сплошная – путь Луны. Они так близки друг к другу, что для раздельного их изображения пришлось взять очень крупный масштаб чертежа: поперечник земной орбиты здесь равен ½ м. Если бы взять для него 10 см, то наибольшее расстояние на чертеже между обоими путями было бы меньше толщины изображающих их линий. Смотря на этот чертёж, вы наглядно убеждаетесь, что Земля и Луна движутся вокруг Солнца почти по одному и тому же пути и что наименование «двойной планеты» присвоено им астрономами вполне справедливо1) .

Итак, для наблюдателя, помещённого на Солнце, путь Луны представился бы слегка волнистой линией, почти совпадающей с орбитой Земли. Это нисколько не противоречит тому, что по отношению к Земле Луна движется по небольшому эллипсу.

1) Внимательно рассматривая чертёж, можно заметить, что движение Луны изображено на нём не строго равномерным. Так в действительности и есть. Луна движется вокруг Земли по эллипсу, в фокусе которого находится Земля, а потому согласно второму закону Кеплера на участках, близких к Земле, она бежит быстрее, чем на удалённых. Эксцентриситет лунной орбиты довольно велик: 0,055.

Причина, конечно, в том, что, глядя с Земли, мы не замечаем переносного движения Луны вместе с Землёй по земной орбите, так как сами в нём участвуем.

Почему Луна не падает на Солнце?

Вопрос может показаться наивным. С какой стати Луне падать на Солнце? Ведь Земля притягивает её сильнее далёкого Солнца и, естественно, заставляет обращаться вокруг себя.

Читатели, так думающие, будут удивлены, узнав, что дело обстоит как раз наоборот: Луна сильнее притягивается именно Солнцем, а не Землёй!

Что это так, показывает расчёт. Сравним силы, притягивающие Луну: силу Солнца и силу Земли. Обе силы зависят от двух обстоятельств: от величины притягивающей массы и от расстояния этой массы до Луны. Масса Солнца больше массы Земли в 330 000 раз; во столько же раз Солнце притягивало бы Луну сильнее, нежели Земля, если бы расстояние до Луны было в обоих случаях одинаково. Но Солнце примерно в 400 раз дальше от Луны, чем Земля. Сила притяжения убывает пропорционально квадрату расстояния; поэтому притяжение Солнца надо уменьшить в 4002 , т. е. в 160 000 раз. Значит, солнечное притяжение сильнее земного в330 000 раз т. е.

Рис. 38. Месячный путь Лупы (сплошная линия) и Земли (пунктир) вокруг Солнца.

в два с лишним раза.

Итак, Луна притягивается Солнцем вдвое сильнее, чем Землёй. Почему же тогда, в самом деле, Луна не об-

рушивается на Солнце? Почему Земля всё же заставляет Луну обращаться вокруг неё, а не берёт верх действие Солнца?

Луна не падает на Солнце по той же причине, по какой не падает на него и Земля; Луна обращается около Солнца вместе с Землёй, и притягательное действие Солнца расходуется без остатка на то, чтобы постоянно переводить оба эти тела с прямого пути на искривлённую орбиту, т. е. превращать прямолинейное движение в криволинейное. Достаточно бросить взгляд на рис. 38, чтобы убедиться в сказанном.

У иных читателей, может быть, осталось некоторое сомнение. Как же это всё-таки выходит? Земля тянет Луну к себе, Солнце тянет Луну с большей силой, а Луна, вместо того чтобы падать на Солнце, кружится около Земли? Это, действительно, было бы странно, если бы Солнце притягивало к себе только Луну. Но оно притягивает Луну вместе с Землёй, всю «двойную планету», и, так сказать, не вмешивается во внутренние отношения членов этой пары между собой. Строго говоря, к Солнцу притягивается общий центр тяжести системы Земля – Луна; этот центр (называемый «барицентром») и обращается вокруг Солнца под действием солнечного притяжения. Он находится на расстоянии ⅔ земного радиуса от центра Земли по направлению к Луне. Луна и центр Земли обращаются вокруг барицентра, совершая один оборот в течение месяца.

Видимая и невидимая стороны Луны

Среди эффектов, доставляемых стереоскопом, ничто не поражает так, как вид Луны. Здесь воочию видишь, что Луна действительно шарообразна, между тем как на подлинном небе она кажется плоской, как

На рис. 39 вы видите эллипс, который должен наглядно изображать орбиту Луны. Чертёж намеренно усиливает вытянутость лунного эллипса; на самом деле эксцентриситет лунной орбиты 0,055 или 1 /18 . Представить точно на маленьком чертеже лунную орбиту так, чтобы глаз отличил её от круга, невозможно: при величине большой полуоси даже в целый метр малая полуось была бы короче её всего на 1 мм; Земля отстояла бы от центра только на 5,5 см. Чтобы легче было понять дальнейшее объяснение, на рисунке начерчен более вытянутый эллипс.

Итак, вообразите, что эллипс на рис. 39 есть путь Луны вокруг Земли. Земля помещена в точкеО – в одном из фокусов эллипса. Законы Кеплера относятся не только к движениям планет вокруг Солнца, но и к движениям спутников вокруг центральных планет, в частности к обра-

щению Луны. Согласно второму закону Кеплера Луна за четверть месяца проходит такой путь АЕ , что площадьOABCDE равняется ¼ площади эллипса, т. е. площадиMABCD (равенство площадейОАЕ иMAD на нашем чертеже подтверждается приблизительным равенством площадейMOQ иEQD ). Итак, за четверть месяца Луна проходит путь отА доЕ . Вращение же Луны, как и вообще вращение планет, в отличие от их обращения вокруг Солнца, происходит равномерно: за ¼ месяца она поворачивается ровно на 90°. Поэтому, когда Луна оказывается вЕ , радиус Луны, обращенный к Земле в точкеА , опишет дугу в 90°, и будет направлен не к точкеМ , а к некоторой другой точке, левееМ , неподалёку от другого фокусаР лунной орбиты. Оттого, что Луна чуть отвернёт своё лицо от земного наблюдателя, он сможет увидеть с правой стороны узкую полоску прежде невидимой её половины. В точкеF Луна показывает земному наблюдателю уже более узкую полоску своей обычно невидимой стороны, потому что уголOFP меньше углаОЕР . В точкеG – в «апогее» орбиты – Луна занимает такое же положение по отношению к Земле, как и в «перигее» А. При дальнейшем своём движении Луна отворачивается от Земли уже в противоположную сторону, показывая нашей планете другую полоску своей невидимой стороны: полоска эта сначала расширяется, потом суживается, и в точке А Луна занимает прежнее положение.

Мы убедились, что вследствие эллиптической формы лунного пути спутник наш обращен к Земле не строго одной и той же своей половиной. Луна неизменно обращена одной и той же стороной не к Земле, а к другому фокусу своей орбиты. Для нас же она покачивается около среднего положения наподобие весов; отсюда и астрономическое наименование этого покачивания: «либрация» – от латинского слова «libra», означающего «весы». Величина либрации в каждой точке измеряется соответствующим углом; например, в точке Е либрация равна углуОЕР . Наибольшая величина либрации 7°53",Т . е. почти 8°.

Интересно проследить за тем, как нарастает и убывает угол либрации с передвижением Луны по орбите. Поставим в D остриё циркуля и опишем дугу, проходящую через фокусыО иР . Она пересечёт орбиту в точкахВ иF . УглыОВР иOFP как вписанные равны половине центрального углаODP . Отсюда выводим, что при движении Луны отА доD либрация растёт сначала быстро, в точкеВ достигает половины максимальной, затем продолжает нарастать медленно; на пути отD доF либрация убывает сначала медленно, потом быстро. На второй половине эллипса либрация меняет свою величину тем же темпом, но в обратную сторону. (Величина либрации в каждой точке орбиты приблизительно пропорциональна расстоянию Луны от большой оси эллипса.)

То покачивание Луны, которое мы сейчас рассмотрели, называется либрацией по долготе. Спутник наш подвержен ещё и другой либрации – по широте. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости экватора

Луны на 6½°. Поэтому мы видим Луну с Земли в одних случаях чуть с юга, в других – с севера, заглядывая немного в «невидимую» половину Луны через её полюсы. Эта либрация по широте достигает 6½°.

Объясним теперь, как пользуется астроном-фотограф описанными лёгкими покачиваниями Луны около среднего положения, чтобы получить стереоскопические снимки её. Читатель догадывается, вероятно, что для этого надо подстеречь два таких положения Луны, при которых в одном она была бы повёрнута по отношению к другому на достаточный угол1) . В точкахА иВ ,В иС ,С иD и т. д. Луна занимает настолько различные по отношению к Земле положения, что стереоскопические снимки возможны. Но здесь перед нами новое затруднение: в этих положениях разница в возрасте Луны, – 2 суток, чересчур велика, так что полоска лунной поверхности возле круга освещения на одном снимке уже выходит из тени. Это для стереоскопических снимков недопустимо (полоска будет блестеть, как серебряная). Возникает трудная задача: подстеречь одинаковые фазы Луны, которые отличаются величиной либрации (по долготе) так, чтобы круг освещения проходил по одним и тем же деталям лунной поверхности. Но и этого недостаточно: в обоих положениях должны быть ещё одинаковые либрации по широте.

Вы видите теперь, как трудно получить хорошие стереофотографии Луны, и не удивитесь, узнав, что нередко один снимок стереоскопической пары делается на несколько лет позже другого.

Наш читатель едва ли станет изготовлять лунные стереофотографии. Способ их получения объяснён здесь, конечно, не с практической целью, а лишь для того, чтобы ради него рассмотреть особенности лунного движения, дающие астрономам возможность увидеть небольшую полоску обычно недоступной наблюдателю стороны нашего спутника. Благодаря обеим лунным либрациям мы видим, в общем, не половину всей лунной поверхности, а 59% её. Совершенно недоступной нашему зрению остаётся 41%. Как устроена эта часть поверхности Луны, никто не знает; можно лишь догадываться, что она ничем существенно не отличается от видимой. Делались остроумные попытки, продолжив обратно части лунных хребтов и светлые полосы, выходящие из невидимой части Луны на видимую, набросать гадательно некоторые подробности недоступной нам половины. Проверить подобные догадки пока невозможно. Говорим «пока» не без основания: давно уже разрабатываются способы облететь вокруг Луны на особом летательном аппарате, могущем преодолеть земную тяжесть и двигаться в межпланетном пространстве (см. мою книгу «Межпланетные путешествия»). До осуществления этого смелого предприятия сейчас уже не так далеко. Пока известно одно: высказываемая нередко мысль о существовании атмосферы и воды на этой

1) Для получения стереоскопических снимков достаточен поворот Луны на 1°. (Подробнее об этом см. мою «Занимательную физику».)