Космический аппарат НАСА "Новые горизонты" вошел в историю, вернув на Землю первые снимки Плутона и его спутников крупным планом. Теперь, с помощью ряда научных методов, исследователи во главе с Тодом Лауэром из Национальной исследовательской лаборатории Национального научного фонда в Тусоне и команды New Horizons расширили этот фотоальбом, включив в него часть ландшафта Плутона, которая не была непосредственно освещена солнечным светом - то, что команда называет «темной стороной» Плутона.
После полета в пределах 12 550 километров от ледяной поверхности Плутона 14 июля 2015 года New Horizons продолжил свое движение со скоростью 14,5 километров в секунду к объекту Пояса Койпера Аррокот и далее за его пределы. Но, покидая Плутон, космический корабль оглянулся на карликовую планету и сделал серию снимков ее темной стороны.
Подсвеченная далеким Солнцем, туманная атмосфера Плутона выделялась как яркое кольцо света, окружающее темную сторону Плутона. Со своей точки наблюдения, когда проводился этот эксперимент, New Horizons в основном мог видеть южное полушарие Плутона, большая часть которого переходила в зимнюю сезонную темноту - что-то похожее на темные многомесячные арктические и антарктические зимы на Земле, за исключением того, что на Плутоне каждый сезон длится 62 земных года.
К счастью, часть темного южного полушария Плутона была освещена слабым солнечным светом, отражающимся от ледяной поверхности самой большой луны Плутона - Харона. Этого кусочка света от Харона было как раз достаточно, чтобы исследователи смогли выяснить детали южного полушария Плутона, которые невозможно было получить никаким другим способом.
«По поразительному совпадению, количество света от Харона на Плутоне близко к количеству света Луны на Земле, в одной и той же фазе для каждого», - сказал Тод Лауэр, астроном из Национальной исследовательской обсерватории по оптической инфракрасной астрономии Национального научного фонда в Тусоне, штат Аризона, и ведущий автор исследования. В то время освещение Харона на Плутоне было похоже на освещение нашей собственной Луны на Земле, когда она находилась в фазе первой четверти».
Исследователи опубликовали полученное изображение и его научную интерпретацию 20 октября в журнале Planetary Science.
Восстановить детали на поверхности Плутона в слабом лунном свете было непросто. Оглядываясь назад на Плутон с помощью дальнобойного разведывательного тепловизора New Horizons (LORRI), рассеянный свет Солнца (который находился почти непосредственно за Плутоном) создавал сложную картину фонового света, которая была в 1000 раз сильнее сигнала, создаваемого отраженным Хароном светом, согласно соавтору New Horizons и ученому проекта Хэлу Уиверу из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса. Кроме того, яркое кольцо атмосферной дымки, окружающее Плутон, само по себе было сильно переэкспонировано, что привело к появлению дополнительных артефактов на изображениях.
«Проблема была во многом похожа на попытку прочитать уличный знак через грязное лобовое стекло при движении навстречу заходящему Солнцу без солнцезащитного козырька», - сказал Джон Спенсер, соавтор исследования New Horizons и ученый-планетолог из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо, соавтор исследования.
Потребовалось сочетание 360 изображений темной стороны Плутона и еще 360 изображений, сделанных с той же геометрией, но без Плутона на снимке, чтобы получить окончательное изображение с вычтенными артефактами, оставив только сигнал, создаваемый отраженным Хароном светом.
Алан Стерн, главный исследователь New Horizons в Юго-Западном исследовательском институте, добавил, что «работа по обработке изображений, которую вел Тод Лауэр, была выполнена полностью на современном оборудовании, и это позволило нам узнать некоторые интересные вещи о части Плутона, которую мы иначе не знали бы».
Полученная карта, все еще содержащая цифровой шум, показывает несколько заметных объектов на затененной поверхности Плутона. Наиболее заметной из них является зона темного полумесяца на западе, куда не падал ни солнечный свет, ни свет Харона, когда New Horizons делал эти снимки. Также бросается в глаза большая яркая область на полпути между южным полюсом Плутона и его экватором. Команда подозревает, что это может быть отложение азотного или метанового льда, похожего на ледяное "сердце" Плутона на его противоположной стороне.
Южный полюс Плутона и область поверхности вокруг него, по-видимому, покрыты темным материалом, резко контрастирующим с более светлой поверхностью северного полушария Плутона. Исследователи подозревают, что разница может быть следствием того, что Плутон недавно завершил свое южное лето (которое закончилось за 15 лет до облета). В течение лета команда предполагает, что льды азота и метана на юге, возможно, сублимировались с поверхности, превратившись непосредственно из твердого вещества в пар, в то время как частицы темной дымки оседали над регионом.
Будущие наземные приборы могли бы в конечном итоге проверить изображение команды и подтвердить другие их подозрения, но для этого потребуется, чтобы южное полушарие Плутона было освещено солнечным светом, чего не произойдет в течение ближайших 100 лет. «Самый простой способ подтвердить наши идеи - отправить последующую миссию», - сказал Лауэр.