На відстані майже сім мільярдів кілометрів, у темряві та холоді навколо Сонця обертається один з тисяч шматків льоду, пилу і вуглеводнів — об’єкт пояса Койпера 2014 MU69 або Ultima Thule. До 2014 року про його існування взагалі ніхто не знав, а в перші дні 2019 року він удостоєний особливої уваги, оскільки повз нього на близькій відстані пролетів зроблений людськими руками космічний апарат New Horizons, і зараз він передає фотографії і наукові дані на далеку теплу січневу Землю.
Міжпланетний зонд New Horizons запустили з Землі на початку 2006 року для вивчення самої далекої планети Сонячної системи — Плутона. Всього через півроку після старту космічного апарату Плутон втратив горде звання планети, і опинився в числі кількох карликових планет разом з Церери, Эридой, Хаумеа Макемаке і. У лютому 2007 року New Horizons здійснив гравітаційний маневр у Юпітера завдяки чому збільшив свою швидкість і став вже міжзоряним зондом, перевищивши швидкість покидання Сонячної системи. Тепер до Сонця він вже не повернеться, і приречений на вічне неквапливе блукання між зірок, хоча і на подолання меж Сонячної системи у нього підуть тисячі років.
14 липня 2015 року New Horizons пронісся повз Плутона і виконав наукові задачі, для яких створювався. Напружена робота всіх його наукових приладів велася під час зближення, приблизно протягом 24 годин. Щоб передати всі зібрані результати з відстані 5 мільярдів кілометрів знадобилося ще два роки.
А що потім?
Космічний апарат зберігав працездатність, годований радіоізотопного термоелектричним генератором з сумішшю американського і російського плутонію-238. Стійкий зв’язок з ним підтримувалася, хоча і швидкість передачі даних поступово падала, з-за збільшення відстані. У баках залишалося трохи гідразину для здійснення невеликої корекції траєкторії. Тобто можна продовжувати досліджувати, але нічого.
На Плутоні Сонячна система не закінчується. Ця карликова планета обертається в поясі Еджворта-Койпера — скупчення малих космічних тіл, переважно крижаного складу, які обертаються навколо Сонця на кругових або слабоэллиптических орбітах за орбітою Нептуна. За поясом Койпера літають космічні тіла розсіяного диска — ще більш віддалені об’єкти, з сильно витягнутими орбітами. А за розсіяним диском в десятках мільярдів кілометрів від Сонця — Хмара Оорта — гипотетическе скупчення крижаних тіл, звідки прилітають долгопериодические комети. Всі ці тіла — свідки формування Сонячної системи, викинуті на її задвірки ще в процесі формування планет, і літаючі практично без змін з тієї пори.
Враховуючи можливості New Horizons, підшукували йому вторинні цілі ще до зустрічі з Плутоном. Для цього сканували космічним телескопом Hubble області неба, де зонда належить пролітати в майбутньому. Так вдалося виявити кілька підходящих об’єктів поясу Койпера. Кожен з них вимагав включення двигунів New Horizons для зміни траєкторії. Був навіть варіант встигнути відвідати два об’єкта, але віддали перевагу одному 2014 MU69, досягнення якого було більш надійним виходячи із запасів палива та можливостей корекції.
2014 MU69 літає на слабовытянутой орбіті на відстані 42-46 астрономічних одиниць або 6,3-6,9 млрд км від Сонця. Розмір близько 30 км в поперечнику, і з Землі навіть самих великих телескопів Землі недостатньо щоб розгледіти щось крім точки і її кольору.
Але ще за півтора року до зустрічі з 2014 MU69, названим Ultima Thule, вченим вдалося передбачити його форму і намалювати багато картинок для преси, і деякі значно збіглися з побаченим поблизу виглядом.
Визначити спарену форму Ultima Thule вдалося за допомогою астрономічного методу, який використовують для визначення розміру та форми пролітають повз Землі астероїдів. Причому він настільки простий, що доступний навіть астрономам-любителям з невеликими телескопами. Це так званий метод покриття або транзитний, коли спостереження ведуться не за астероїдом, а за зіркою, на тлі якої він пролітає.
Визначивши траєкторію Ultima Thule за допомогою спостережень космічних телескопів Hubble і Gaia, вчені розрахували майбутнє покриття зірки, яку було видно з Аргентини. В потрібний час виставили в полі кілька десятків невеликих телескопів, які направили на цю зірку. З-за різниці положення і кута огляду телескопи побачили перекриття зірки, які пролітають за шість мільярдів кілометрів космічним тілом з невеликим відхиленням, яке й дозволило побачити розмір і форму Ultima Thule.
Метод показав дивовижну точність, незважаючи на таку відстань і простоту використаної техніки. Хоча залишалося питання одне це тіло або два окремих фрагмента тісно обертаються навколо загального центру мас.
І передбачений одним телескопом супутник, не підтвердився.
Після визначення розміру та форми вченим залишалося тільки чекати кінця 2018 року, коли камери New Horizons зможуть перевершити можливості наземних телескопів.
Перші спостереження Ultima Thule з космічного апарату провели ще в серпні, але побачити щось більше пікселя вийшло тільки в грудні.
Спостереження привели в замішання: хоча була очевидна нерівномірна форма космічного тіла, зйомка не показала коливань яскравості, що очікувалося через осьового обертання.
Тільки зближення показало, що справа в положенні Ultima Thule щодо космічного апарату. Траєкторія польоту New Horizons виявилася близька до осі обертання космічного тіла, тобто апарат наближався з боку полюса. У такій проекції дійсно видима площа тіла практично не змінюється.
Активна робота всіх приладів під час прольоту тривала 72 години, зближення відбувалося на відстані 3500 км (у чотири рази ближче ніж над Плутоном) на відносній швидкості 14,1 км/с. Ближче підлітати не стали побоювання, що у Ultima Thule виявляться пилові кільця. Тепер потрібен час на передачу всіх зібраних даних. Швидкість зв’язку з New Horizons близько 1 кб/с тому кожне навіть чорно-біле фото передається кілька годин. NASA організувало кілька прес-конференцій поспіль у післяноворічні дні, щоб ділитися найсвіжішою інформацією. У січні приблизно на тиждень вся зв’язок з New Horizons припинена із-за того, що між космічним апаратом і Землею проходило Сонце.
Перші близькі кадри показали, що подвійне ядро Ultima Thule разюче нагадує здвоєну форму багатьох комет, які спостерігалися з Землі або космічними апаратами.
Більше половини всіх оглянутих комет опинилися у формі кеглі або чогось подібного. Вчені приблизно уявляють як з купи кусків льоду формується здвоєне тіло. Приблизно розрахували навіть швидкість «стикування» двох ядер — близько 80 см/с. Правда поки не пояснили причини такої популярності подвійної структури у комет.
Також вчені NASA поділяють здвоєні тіла (дводольні), начебто комети Галлея, і контактні подвійні (контактні бінарні), зразок 2014 MU69 або 67P/Чурюмова-Герасименко. Різниця в міцності зв’язку між двома частинами.
Подвійні системи — це об’єкти складаються з двох тіл, як, наприклад карликова планета Плутон і Харон. З деякою натяжкою, подвійною (бінарною) системою можуть вважатися і Земля з Місяцем. Контактна бінарна система формується коли дві частини, які обертаються навколо одного центру мас, з якоїсь причини втрачають енергію, зближуються з торкаються одне одного на невеликій швидкості, формуючи загальну зв’язок.
Крижаних тіл таке злиття більш доступно ніж кам’яним, хоча і астероїди зустрічаються. При зміцненні зв’язку виходить вже одне космічне тіло, що має дві виділяються частки.
Склад Ultima Thule практично кометний — крижане тіло з високим вмістом органічних сполук і домішкою пилу. Тому схожість з кометами не дивно. Тепер говорять про те, що пояс Койпера повинен складатися в основній масі з таких подвійних тіл, розділених або злилися, хоча перевірити цю гіпотезу вдасться не скоро.
Коричневий колір Ultima Thule — теж характерний для таких віддалених тел. Той же Плутон досить плямистий, причому коричневі ділянки — найдавніші на карликовій планеті, що в черговий раз підтверджує старовину 2014 MU69. Передбачається, що світлі плями на Ultima Thule — це древні кратери, які затягнулися через пластичності льоду. Причина коричневого кольору поверхні — органічні сполуки, толины, які формуються з метану під впливом сонячного ультрафіолетового випромінювання.
Коли проліт відбувся, і на Ultima Thule вдалося поглянути на звороті відкрилася нова сенсація — об’єкт виявився складається з двох плоских половинок, а не сфероидов, як припускали раніше. Спостереження на тлі зірок і побудовані моделі показали, що всі попередні гіпотези формування цього космічного тіла можна відкинути і шукати нові.
Можливості зустріти ще один об’єкт далі Ultima Thule не виключається, але поки підходящих кандидатів не знайшли. Трохи пального в баках залишилося і після недавнього прольоту, так що надія є, хоча більш вірогідні просто віддалені спостереження.
Подальше майбутнє New Horizons — покидання нашої Сонячної системи, і передача даних, до остаточної деградації термопар РИТЭГа через кілька років. Хоча він став найшвидшим з стартують з Землі космічних апаратів, його швидкість поступається швидкостей Voyager, тому малоймовірно, що вдасться дочекатися моменту його виходу у міжзоряний простір у робочому стані.
