Атмосфера Харона

[vika vorobyeva]

У Харона, спутника Плутона, возможно, есть атмосфера.

http://www.spacenews.ru/spacenews/live/full_news.asp?id=14270

UPD Забавно, как меняется новость при ее перепечатке различными сайтами. На spacenews.ru пишут, что Джеймс Эллиот из Массачусетского технологического института и его сотрудники ИЩУТ атмосферу у Харона, а на http://www.rol.ru/news/misc/spacenews/05/07/22_005.htm сообщили, что эту атмосферу уже НАШЛИ

[vika vorobyeva]

Ну что ж, давайте посчитаем, сможет ли Харон удержать хотя бы разреженную атмосферу.
Масса Харона 1,62 * 10²¹ кг
Радиус Харона 593 км.
Данные взяты с сайта НАСА:
http://solarsystem.jpl.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Plu_Charon&Display=Facts

Итак, вторая космическая скорость на поверхности Харона составит
V = корень квадратный из (2 * gamma * M/R) = 600 м/сек.
Температуру на поверхности Харона можно считать примерно равной температуре на поверхности Плутона, а она меняется от 40 до 50 К (взято отсюда: (http://solarsystem.jpl.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Pluto&Display=Facts&System=Metric)

При таких температурах азот и угарный газ находятся в твердом состоянии и инеем покрывают поверхность (температура тройной точки азота 63К, угарного газа 66К). В газообразном состоянии могут находиться: неон (температура тройной точки 24,5К), водород (температура тройной точки 14К) и гелий (сжижается при 4К).

При температуре 50К средняя скорость движения молекул будет равна:
Азота: 175,5 м/сек
Неона:  207,7 м/сек
Водорода: 656,7 м/сек
Гелия: 464,4 м/сек
Угарного газа: 169,5 м/сек

Отсюда видно, что Харон, вероятнее всего, лишен сколько-нибудь плотной атмосферы. Водород и гелий будут потеряны им немедленно, скорость движения молекул неона всего в 3 раза меньше второй космической скорости для Харона, так что и неоновая атмосфера быстро улетит в космос. Азот и угарный газ (если они там есть) могут медленно сублимировать с поверхности во время прохождения Плутоном (и Хароном) перигелия, образуя временную (очень разреженную) атмосферу. Большая часть этой атмосферы будет снова вымерзать на поверхности, некая небольшая часть преодолевать силу притяжения Харона и улетать.

Примерно так

[vika vorobyeva]

Интересно сравнить Плутон и Харон с Тритоном, спутником Нептуна.
Масса Плутона 1,3 * 10²² кг,
Масса Тритона 2,14 * 10²² кг.
Радиус Плутона 1151 км,
Радиус Тритона 1352 км.
Оказывается, Плутон даже немного меньше Тритона!
Во время сближения Вояджера-2 с Нептуном тот обнаружил на Тритоне разреженную атмосферу, состоящую в основном из азота с давлением у поверхности около 15 микробар, и измерил его температуру: 38К.
Я думаю, что Тритон – хорошая модель Плутона в перигелии. То есть температура Плутона и Харона в перигелии вряд ли будет сильно превышать 40К, и они могут быть покрыты азотным инеем, который в перигелии будет медленно сублимировать. Поскольку Харон еще меньше Плутона, я не думаю, что он сможет удержать даже тонкую атмосферу.

Кстати, наличие в атмосфере Харона (и Плутона) молекулярного кислорода кажется мне крайне маловероятным. Откуда он там возьмется? Кислородная атмосфера Европы (всего 10⁴ частиц в куб. см!) создана радиационными поясами Юпитера, заряженные частицы которых бомбардируют ледяную поверхность и выбивают из нее атомы кислорода и молекулы  воды. Около Плутона нет источника сильной радиации, и молекулы воды выбивать нечему.
В общем, я бы проголосовала за разреженную атмосферу Плутона, состоящую из азота и угарного газа (возможно, с примесью неона), и отсутствие атмосферы на Хароне

[vika vorobyeva]

Bob, я имела в виду не углекислый газ CO₂, а именно угарный газ СО. Он значительно более летуч, чем углекислый: при давлении 1 атм. его температура кипения -192С (81К), температура плавления -207С (66К). Обычно температура тройной точки вещества очень мало отличается от температуры его замерзания при 1 атм., так что температура возгонки СО при низком давлении должна быть около 66К. При температуре выше 66К СО будет находиться в газообразном состоянии, а при температуре ниже 66К – сконденсируется в виде инея на поверхности, находясь в равновесии с насыщенными парами в атмосфере (аналогично углекислому газу на Марсе). Другое дело, что при температуре 40К давление паров СО будет очень низким, так ведь и атмосфера у нас в любом случае получается тонкая и разреженная Поэтому, в принципе, угарный газ наряду с азотом может быть заметной атмосферной составляющей на Плутоне и других крупных объектах пояса Койпера.

[vika vorobyeva]

Уважаемый Markab!
Мне кажется, значение температуры 60К в Ваших расчетах сильно завышено по сравнению с реальными Плутоном и Хароном. Температура 60К - это эффективная температура атмосферы Нептуна, но он излучает в 2,7 раз больше, чем получает от Солнца, из-за наличия еще неизвестного внутреннего источника энергии. Очень небольшие тела, такие как Плутон и Харон, скорее всего, будут гораздо холоднее.

Кстати, почему бы Вам действительно не оформить свои вычисления в виде статьи? Работа была проделана нешуточная...

[vika vorobyeva]

Markab, позвольте выразить Вам свое восхищение. Отличная работа! Теперь понятно, почему, несмотря на температуры значительно ниже тройной точки азота, именно он является основной атмосферной составляющей планетоидов на окраине Солнечной системы.

Также обращает на себя внимание, насколько сильно вымерзает атмосфера, состоящая из насыщенных паров летучих веществ, при изменении температуры всего на несколько кельвинов. Из вычислений, приведенных Markab`ом, становится очевидным, что на большей части своей траектории Плутон (и Харон) практически лишены атмосферы, и лишь вблизи перигелия переживают короткий период атмосферной активности.