Pluto

Allgemeines

Der Zwergplanet Pluto hatte von seiner Entdeckung durch Clyde Tombough im Jahre 1930 bis ins Jahr 2006 den Status als neunter und äußerster Planet des Sonnensystems. Aufgrund einer Neudefinition des Begriffs „Planet“ wurde ihm dieser Status aberkannt. Seitdem wird er als Zwergplanet mit der wissenschaftlichen Bezeichnung (134340) Pluto geführt, wobei die Nummer dem Schema der Benennung von Kleinkörpern im Sonnensystem folgt. Pluto zählt zu den Objekten des Kuipergürtels, das ist eine Region mit zahlreichen Objekten verschiedenster Größen, die weit hinter dem Planeten Neptun ihre Bahnen um die Sonne ziehen. Die Umlaufbahn von Pluto selbst ist stark exzentrisch, sie gleicht also mehr einer langgezogenen Ellipse als einem Kreis. Ihr sonnennächster Punkt (Perihel) und ihr sonnenfernster Punkt (Aphel) unterscheiden sich um eine Distanz von fast zehn Astronomischen Einheiten, wobei eine Astronomische Einheit der durchschnittlichen Entfernung zwischen Sonne und Erde entspricht.

Atmosphäre

Den Hauptbestandteil der Atmosphäre Plutos macht mit circa 98,5 Prozent das Element Stickstoff aus. Danach folgen Kohlenmonoxid mit rund einem Prozent und Methan mit ungefähr 0,5 Prozent. (Astropage.eu berichtete: Astronomen weisen Kohlenmonoxid in Plutos Atmosphäre nach) Die Angaben über den atmosphärischen Druck an der Oberfläche schwanken zwischen 3*10^-6 und 1,5*10^-5 Bar, abhängig von den zugrunde gelegten Berechnungsmethoden und Datensätzen der NASA und ESO. Die Temperatur an der Oberfläche beträgt neuesten Daten zufolge circa -220 Grad Celsius, während sie in den höheren Atmosphärenschichten langsam auf einen Wert von -170 Grad Celsius ansteigt. Verantwortlich für den Temperaturanstieg ist das Methan, welches eine Inversionswetterlage auf dem Zwergplaneten hervorruft. Das andere nachgewiesene Spurenelement, Kohlenmonoxid, wirkt diesem Prozess mit einem Kühleffekt entgegen. Das Kohlenmonoxid konnte noch in einer Höhe von 3.000 Kilometern nachgewiesen werden. Die äußerst dünne Atmosphäre ist damit 30 Mal ausgedehnter als bislang vermutet.

Oberfläche

Pluto ist eine Eiswelt, die kleiner als der Erdmond ist. Wegen der enormen Entfernung war es schwer, Details seiner Oberfläche zu kartieren. Das nachfolgend eingebundene Bild zeigt die Oberfläche Plutos, wie sie vom Hubble-Weltraumteleskop beobachtet wurde. Das war bis zur Annäherung und dem Vorbeiflug der Raumsonde New Horizons lange Zeit das Beste, was der Wissenschaft über das äußere Erscheinungsbild des Zwergplaneten zur Verfügung stand. Die neuen Bilder von New Horizons (siehe weiter unten) stellen eine signifikante Verbesserung gegenüber den Hubble-Daten dar, aber zu Vergleichszwecken bleiben die Hubble-Karten weiterhin eingebunden.

Oben: Die Bilderserie zeigt computergenerierte Darstellungen der Plutoberfläche, die auf Daten des Hubble Space Telescope basieren. Die Darstellungen umfassen eine vollständige Rotation des Zwergplaneten und lassen verschiedene helle und dunkle Strukturen auf seiner Oberfläche erkennen. Die Unschärfe erklärt sich dadurch, dass Die Hubble-Beobachtungen selbst nur wenige Pixel umfassen, die anschließend mit Hilfe von Computeralgorithmen hochgerechnet werden. Das Endergebnis der Berechnungen sind diese Karten.

Plutos Oberfläche ist erstaunlich vielfältig, soviel lässt sich schon aus den Karten schlussfolgern. In Kombination mit der Helligkeitskurve des Zwergplaneten und weiteren Beobachtungen im Infrarotbereich zeigt sich eine relativ dynamische und kontrastreiche Oberfläche. Die Farben variieren von einem satten Schwarz über Orange bis hin zu Weiß. Zwischen 1994 und 2003 konnten deutliche Veränderungen beobachtet werden: Die Nordpolarregion zeigte einen Anstieg der Helligkeit, während die Südpolarregion dunkler wurde. Auch wurde Pluto zwischen 2000 und 2002 rötlicher. Die Ursache ist noch nicht vollständig geklärt, aber man vermutet, dass die Kondensation und Sublimation von Gasen in der Atmosphäre bei diesem Prozess eine Rolle spielen könnte. Spektroskopische Untersuchungen sprechen dafür, dass die Oberfläche Plutos zu 98 Prozent aus Stickstoffeis besteht, den Rest bilden Spuren aus Kohlenmonoxideis und Methaneis. Äußerst interessante Beobachtungen lieferte die Raumsonde New Horizons, die im Juli 2015 an dem Zwergplaneten vorbeiflog.

Das nebenstehende Bild ist eine aktuelle Aufnahme Plutos von der NASA-Raumsonde New Horizons. Sie wurde aus einer Entfernung von etwa 768.000 Kilometern gemacht und zeigt bereits bemerkenswerte Einzelheiten auf seiner Oberfläche. Die prägende Struktur ist ein Gebiet nahe seines Äquators, das die Form eines Herzens aufweist und von den beteiligten Wissenschaftlern daher inoffiziell als „das Herz“ bezeichnet wird. Diese Struktur ist in ihrer größten Ausdehnung circa 1.600 Kilometer groß und erscheint im Vergleich zu den angrenzenden komplexen Geländeformen relativ flach. Das könnte möglicherweise auf aktive geologische Prozesse hinweisen. Das Erscheinungsbild Plutos hat die Forscher verblüfft, da sie so etwas nicht erwartet hatten.

Oben: Auf dieser Nahaufnahme ist ein Gebiet in der Nähe des Äquators von Pluto zu sehen. Man erkennt Berglandschaften, deren Gipfel sich bis zu 3.500 Meter über die Umgebung erheben. Nach Meinung der Wissenschaftler entstanden diese Berge aus Eis vor weniger als 100 Millionen Jahren – damit zählen sie zu den jüngsten Strukturen, die jemals im Sonnensystem beobachtet wurden. Weil Pluto nicht durch gravitative Wechselwirkungen mit einem wesentlich größeren planetaren Körper aufgeheizt werden kann (wie es etwa bei Io im Jupitersystem der Fall ist), ist das junge Alter der Bergrücken ein Anhaltspunkt für aktive geologische Prozesse.

Aufbau

Das aktuelle Modell über den inneren Aufbau Plutos stützt sich auf die spärlichen Informationen, die man über ihn sammeln konnte. Dazu gehören Daten über seine Masse, Dichte, chemische Zusammensetzung und Ähnliches. Seine Dichte beträgt ungefähr 2g/cm³, was auf einen inneren Aufbau aus Gestein und Eis schließen lässt. Aufgrund radioaktiver Zerfallsprozesse und der damit einhergehenden Wärme haben sich die schwereren Elemente wahrscheinlich in einem Kern angesammelt, während die leichteren Elemente einen Mantel um den Kern herum bilden. Demnach besitzt Pluto einen differenzierten, strukturierten Aufbau. Dem gängigen Modell zufolge macht der Kern des Zwergplaneten etwa 70 Prozent seines Durchmessers aus (circa 1.700 Kilometer) und besteht größtenteils aus Gestein. Darüber liegt ein Mantel aus Wassereis. Es besteht die Möglichkeit, dass die Wärme aus den radioaktiven Zerfallsprozessen das Eis in der Übergangszone zwischen Kern und Mantel zum Schmelzen bringen könnte. Sollte sich diese Vermutung bewahrheiten, würde Pluto einen globalen Wasserozean unter seiner Oberfläche aus Stickstoffeis besitzen.

Monde

– Charon

Charon ist mit Abstand der größte Mond Plutos und ungefähr halb so groß wie Pluto selbst. Ein derartiges Größenverhältnis zwischen Mond und Zentralkörper ist bisher einzigartig im Sonnensystem. Die Gezeitenkräfte, welche die beiden Himmelskörper gegenseitig aufeinander ausüben, haben dazu geführt, dass sich die Rotationsperioden und Umlaufzeiten von Pluto und Charon aneinander angeglichen haben. Das hat zur Folge, dass sie sich immer dieselbe Seite zuwenden. Das Massenverhältnis von 8:1 bedeutet außerdem, dass der gemeinsame Schwerpunkt des Systems nicht innerhalb des Zentralkörpers liegt (wie normalerweise üblich), sondern etwa 1.200 Kilometer oberhalb dessen Oberfläche. Pluto und Charon umkreisen sich praktisch gegenseitig, als wären sie mit einer starren Stange verbunden. Dieses Phänomen ist als Hantelrotation bekannt. Charon besteht ebenso wie Pluto aus Gestein und Eis. Die physischen Eigenschaften Charons und seine Orbitaldaten sprechen dafür, dass er aus einer Kollision Plutos mit einem anderen Objekt hervorging und nicht nachträglich von Pluto eingefangen wurde.

Oben: Ebenso verblüffend wie die Oberfläche Plutos ist auch die Oberfläche seines größten Mondes Charon. Auf dem aktuellen Bild ist ein auffälliges System aus Kliffen und Gräben zu sehen, das sich von links unten nach rechts oben ungefähr 1.000 Kilometer weit erstreckt. Eine ungewöhnliche Oberflächenformation zeigt sich im rechten Bildteil: Eine Depression mit einer Erhebung in der Mitte. Das kleine Bild ist eine Nahaufnahme der Region, worauf die Depression mit dem scheinbar eingesunkenen Berg (oben links) besser zur Geltung kommt.

– Nix

Nix wurde im Jahr 2005 mit dem Weltraumteleskop Hubble entdeckt. Mit einer vorläufig geschätzten Länge von 42 Kilometern und einer Breite von 36 Kilometern ist er wesentlich kleiner als Charon. Die Werte schwankten bisher zwischen 40 und 137 Kilometern, weil man bis zum Vorbeiflug von New Horizons nur die Helligkeitsmessungen heranziehen konnte, um die Abmessungen des Mondes zu berechnen. Da die Helligkeit aber maßgeblich von der Albedo (der Reflektivität seiner Oberfläche) abhängt und man die Albedo nicht genau kennt, kamen die unterschiedlichen Werte für den Durchmesser zustande. Nix besteht wahrscheinlich größtenteils aus Eis und könnte zusammen mit Charon und Hydra infolge derselben Kollision entstanden sein. Die neuesten Bilder von Nix (unten links) machte New Horizons aus einer Entfernung von 165.000 Kilometern. Er besitzt insgesamt eine graue Oberfläche, aber auf den Bildern ist eine leicht rötlich erscheinende Region zu sehen, die die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen hat. Sie vermuten, dass es sich um einen Krater handelt.

– Hydra

Hydra scheint mit etwa 55 Kilometern Länge und rund 40 Kilometern Breite geringfügig größer als Nix zu sein. Hydra ist der äußerste Mond Plutos und umkreist ihn in einem Abstand von knapp 65.000 Kilometern. Das Bild unten rechts machte New Horizons, als sie ungefähr 231.000 Kilometer von dem kleinen Mond entfernt war. Hydra scheint mindestens zwei große Krater zu besitzen, von denen einer hier größtenteils im Schatten liegt. Der obere Teil sieht etwas dunkler aus als der Rest des Mondes, was auf eine andere Zusammensetzung der Oberfläche hindeuten könnte.

– Kerberos und Styx

Die beiden kleinsten Trabanten Plutos sind Kerberos mit einem geschätzten Durchmesser von 14-40 Kilometern und Styx, dessen Größe zwischen zehn und 25 Kilometer beträgt. Die Monde sind sehr lichtschwach, weswegen sie erst auf Aufnahmen mit längeren Belichtungszeiten nachgewiesen werden konnten. Eigentlich hatte man die Absicht, nach eventuell vorhandenen Ringen um den Zwergplaneten Pluto zu suchen, was aber nicht erfolgreich war. Möglicherweise könnte sich in Zukunft aber ein Ring aus Staub- und Eisteilchen um Pluto bilden: Wenn es zu Kollisionen der kleineren vier Monde (Nix, Hydra, Kerberos und Styx) mit anderen Gesteins- oder Eisbrocken kommt, würde das herausgesprengte Material vermutlich nicht wieder zurück auf die Objekte fallen, weil deren Schwerkraft zu gering ist. Über lange Zeiträume gesehen, wäre so die Entstehung eines oder mehrerer dünner Ringe denkbar.