10 января 2024 года тусклая звезда в созвездии Близнецов начала гаснуть. Это происходило не мгновенно, а плавно — свет меркнул, будто что-то окутанное дымкой перекрывало путь излучению. Астрономы на трёх наблюдательных пунктах в Японии, изучая графики блеска, зафиксировали аномалию: вместо резкого прерывания света, предсказанного теоретическими моделями, наблюдалось постепенное снижение интенсивности. Такой сценарий мог указывать лишь на одно: объект, заслонивший звезду, окружен атмосферой.
Этим загадочным телом оказался (612533) 2002 XV93 — ледяной каменистый объект диаметром около 500 километров, движущийся по орбите за Нептуном, в ледяных глубинах космоса, где температура держится около 47 К (всего на 47 градусов выше абсолютного нуля). Согласно классическим представлениям планетологии, столь холодное и компактное тело физически не способно удерживать газовую оболочку: гравитация слишком слаба, а условия чересчур суровы для существования атмосферы. Тем не менее, факты говорили об обратном.
Уникальный успех в сумерках космоса
Покрытия звёзд астероидами — редкая удача для исследователей. Когда объект Солнечной системы пересекает прямую видимость звезды, свет последней просвечивает газовую оболочку, становясь своего рода зондом. Этот метод уже позволил подтвердить наличие азотной атмосферы у Плутона и обнаружить кольца у далёких астероидов-кентавров. В этот раз астрономы столкнулись с чем-то совершенно неожиданным. Ко Аримацу из Национальной астрономической обсерватории Японии возглавил проект TABASCO, нацеленный на изучение атмосфер транснептуновых объектов методом звёздных покрытий.
В наблюдениях участвовали три станции: телескоп Шмидта в обсерватории Кисо, компактный 20-сантиметровый инструмент Киотского университета и 25-сантиметровый телескоп любителя астрономии Кацумасы Хосои из Фукусимы. Применение высокочувствительных CMOS-матриц, аналогичных тем, что стоят в современных смартфонах, позволило зафиксировать тонкое рефракционное ослабление света.
Данные из обсерватории Кисо поставили ученых в тупик: яркость падала плавно в течение 1,5 секунд, что категорически противоречило теории, предсказывающей мгновенное исчезновение звезды при перекрытии твердым телом. Ни дифракционные эффекты, ни угловой размер звезды не могли объяснить столь длительное затухание. Гипотезы о кольцах или пылевых облаках были отвергнуты из-за несоответствия геометрии и динамических параметров. Атмосфера оказалась единственным логичным решением.
Давление на поверхности оценивается в 100–200 нанобар, что зависит от состава — азота, метана или монооксида углерода. Хотя это мизер по сравнению с разреженной атмосферой Плутона (около 10 000 нанобар) и ничтожно мало по меркам Марса, для тела такого размера это невероятная величина — примерно в 100 раз выше всех теоретических пределов. Это не просто погрешность измерений, а фундаментальный научный вызов.
Загадка происхождения
Главный вопрос: как это возможно? Учитывая параметр Джинса, близкий к единице, газы должны покинуть объект за 100–1000 лет. Первичная атмосфера, сформировавшаяся при рождении Солнечной системы, давно бы улетучилась. Следовательно, текущая оболочка — явление временное и, возможно, недавнее.
Данные телескопа «Джеймс Уэбб» не подтверждают наличие на поверхности запасов летучих веществ, готовых к сублимации. Существуют две гипотезы. Первая — криовулканизм: внутренние источники энергии (радиоактивный распад или влияние примесей вроде аммиака) могут проталкивать газы сквозь ледяную кору. Хотя для 500-километрового тела это затруднительно, случай Седны или Эриды показывает, что геологическая активность возможна даже в холодных мирах.
Вторая версия — столкновение с кометой. Удар объекта диаметром около 100 метров, богатого летучими соединениями, мог кратковременно «напитать» атмосферу газом. Учитывая низкие относительные скорости объектов группы плутино, часть выброшенного вещества могла удерживаться некоторое время. Хотя вероятность такого события мала, общая популяция мелких ударных тел может быть больше, чем принято считать.
Перспективы исследований
Различить эти сценарии поможет дальнейший мониторинг: атмосфера кометного происхождения будет постепенно рассеиваться, тогда как эндогенная активность может проявлять сезонность. Астрономические сети уровня TABASCO идеально подходят для таких долгосрочных задач. Прямое спектроскопическое исследование с помощью «Уэбба» окончательно разрешило бы вопрос состава, если бы удалось интегрировать эту задачу в плотный график наблюдений телескопа.
Это открытие ставит под сомнение устоявшуюся парадигму. Похоже, ледяные объекты в поясе Койпера гораздо более динамичны, а внешняя часть Солнечной системы — гораздо более «живое» место, чем мы могли вообразить.
Часто задаваемые вопросы
Как астрономам удается засечь атмосферу на таких дистанциях?
Когда объект проходит перед звездой, атмосфера действует как линза, плавно искажая и ослабляя свет, прежде чем тело полностью перекроет источник. Анализируя форму кривой блеска, ученые определяют параметры атмосферы. Успех любительских наблюдений, проведенных Кацумасой Хосои, доказывает, что этот метод доступен даже при использовании скромного оборудования.
Почему атмосфера на 2002 XV93 должна быть кратковременной?
Из-за слабой гравитации и низких температур газы быстро достигают скорости, достаточной для преодоления притяжения. При параметре Джинса около единицы газовая оболочка не может существовать стабильно на протяжении геологических эпох — она должна рассеяться в пространстве за считанные столетия.
Значит ли это, что у других объектов пояса Койпера тоже есть временные атмосферы?
Вполне возможно. Миллионы малых ледяных тел в этой области могут периодически обзаводиться разреженной газовой дымкой из-за столкновений или внутренних процессов. Это превращает стандартную картину «мертвых ледяных пустынь» в динамическую экосистему, где временные атмосферные явления — обычное дело.
Насколько вероятен криовулканизм на столь малом объекте?
Это дискуссионный вопрос. Криовулканизм обычно связывают с крупными карликовыми планетами, обладающими значительным запасом внутреннего тепла. Для 500-километрового тела это требует крайне специфических условий, например, высокого содержания антифризов или приливного нагрева. Версия с кометой выглядит статистически более вероятной, однако наука оставляет место для обоих объяснений до появления новых данных.
