У малой планеты близ Плутона неожиданно нашли глобальную атмосферу

Обычно тела меньше тысячи километров не могут удержать вокруг себя полноценную газовую оболочку: слишком невелика сила тяжести. Несмотря на это, малая планета (612533) 2002 XV93 — диаметром всего полтысячи километров — во время звездного затмения показала, что у нее атмосфера есть. Как это вышло, пока неясно, хотя у астрономов-первооткрывателей и есть пара гипотез.

Момент прохождения малой планеты (612533) 2002 XV93 между Землей и далекой звездой в представлении художника. На практике давление на этом теле слишком мало, чтобы атмосфера могла иметь размах, показанный на картинке / © NAOJ, Ko Arimatsu (см. фото)

Практически все тела диаметром в несколько тысяч километров располагают атмосферой в начале своего жизненного пути. Лишь при экстремально серьезном действии на газовую оболочку внешних факторов, планета таких размеров может ее лишиться — как, например, Меркурий.

Однако чем меньше небесное тело, тем слабее его атмосфера. Уже у Плутона (диаметр почти 2400 километров) атмосферное давление всего один паскаль — то есть одна стотысячная земного. Кроме малой силы тяжести причина тут и в сверхнизкой температуре, до -229 по Цельсию и ниже. Большинство газов при ней становятся льдом. Для остальных транснептуновых объектов (то есть тел, лежащих за орбитой Нептуна) удалось найти лишь следы атмосферы, с давлением ниже земного: от 10 миллионов до миллиарда раз.

Тем удивительнее новая работа японских астрономов, опубликованная в Nature. 10 января 2024 года несколько телескопов в Японии наблюдали прохождение малой планеты (612533) 2002 XV93 между Землей и диском далекой звезды. Несмотря на диаметр всего около 500 километров, малая планета показала явные следы глобальной атмосферы.

См.видео

Наблюдения момента прохождения малой планеты между земными телескопами и далеко звездой, 10 января 2024 года. Белый круг показывает положение звезды, которую временно затмила малая планета / © The University of Tokyo, YouTube (см. видео)

Все остальные тела Солнечной системы диаметром в 500 километров и менее никакой глобальной атмосферы не показывают. Спутник Сатурна Энцелад имеет следы газов точно над своими гейзерами, но за пределами их окрестностей атмосферное давление на нем в миллиард раз ниже земного. По сути, это уже не атмосфера, а просто редко встречающиеся молекулы газов. А вот у (612533) 2002 XV93 давление газов, судя по результатам новых наблюдений, лишь в 5-10 миллионов раз ниже земного. Причем газы распределены равномерно: свет заслоняемой этим объектом звезды начинал убывать постепенно, что невозможно для тела без видимой атмосферы. Именно она задерживает часть излучения других тел при затмении.

Авторы работы отметили: «Традиционная идея о том, что глобальная [относительно] плотная атмосфера может образоваться только у крупных тел должна быть пересмотрена». В то же время, они и сами признают, что даже куда более крупная Эрида (размером с Плутон) по современным наблюдениям глобальной атмосферы не имеет. Точнее, может иметь, но тогда ее плотность не выше одной стомиллионной земной, то есть в 10-20 раз ниже, чем у намного меньшей (612533) 2002 XV93.

Это создает вопрос: почему сейчас очень малое и очень холодное тело показало глобальную атмосферу? Астрономы предложили два возможных объяснения. Во-первых, по малой планете недавно мог ударить какой-то другой объект. При столкновении выделяется громадная энергия, способная временно растопить азотные или метановые льды и образовать из них глобальную газовую оболочку.

Во-вторых, даже небольшое тело может иметь криовулканизм, то есть геологическую активность в недрах, при которой на нем происходят извержения газов. Такую картину мы видим у упомянутого выше Энцелада. Впрочем, для такой активности небесное тело должно подвергаться мощному приливному взаимодействию (Энцелад разогревает приливное взаимодействие с массивным Сатурном). У (612533) 2002 XV93 нет никаких признаков крупных спутников, что делает эту гипотезу менее вероятной.

Исследователи отметили, что гипотезу о недавнем ударе другим телом можно проверить с помощью наблюдений космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб». Ведь в этом случае плотность атмосферы будет постоянно снижаться, газы, выброшенные взрывом, замерзнут и выпадут в виде крайне редкого инея.