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Datenhalbzeit und Plutos Atmosphäre

Es ist Halbzeit. Nein, nicht beim Fußball; die Rückrunde der Bundesliga beginnt erst in dieser Woche. Es ist fast Halbzeit bei der Datenübertragung der Plutosonde New Horizons [1, 2]. Dabei war New Horizons vor ziemlich genau 10 Jahren gestartet.

Seit ihrer Passage am Zwergplaneten [1] Pluto [1] sendet New Horizons fast ununterbrochen die gesammelten Daten zurück zur Erde. Bisher konnten fast die Hälfte der Daten übertragen werden. Dabei werden immer wieder spektakuläre Aufnahmen veröffentlicht, die nicht nur die Wissenschaftler begeistern.

Bekannte und unbekannte Strukturen
Obwohl Pluto irgendwie den extremen Gebieten auf der Erde ähnelt, finden die Forscher immer wieder Strukturen, die mehr Fragen aufwerfen als sie erklären können. Alles ist rund 200 Grad kälter als auf der Erde. Allerdings verhält sich Materie in gefrorener Form unter den Bedingungen auf dem Pluto ganz anders als auf unserem blauen Planeten.

Ein Schlüssel zum Verständnis der auf dem Pluto vorhandenen Strukturen und (geologischen) Aktivitäten liegt in der alles dominierenden Schicht aus Stickstoffeis [1] und Beimischungen von Methan [1] sowie Kohlenmonoxid [1], die teilweise als flüchtige Gase vorliegen. Diese Eissorten bedecken hauptsächlich die grosse Ebene Sputnik Planum [1] in der Nähe der "Herzregion" [1].

Unlängst entdeckten die Wissenschaftler einen immer noch aktiven Kreislauf, bei dem der auf der Oberfläche liegende gefrorene Stickstoff in den weiten Ebenen verdunstet, sich in den umgebenden höheren Regionen niederschlägt und gletscherartig in die Ebenen zurückfliesst - allerdings wesentlich langsamer als bei irdischen Gletschern [2]. Die die Ebene umgebenden felsenartig erscheinenden Berge bestehen hauptsächlich aus Wassereis [1].

Ebenso ist die Eisebene selbst in Bewegung: die dort vorherrschende polygonartige Struktur aus Stickstoffeis verändert sich durch die aus dem Plutoinneren aufsteigende Wärme; dabei wird der feste Stickstoff elastisch, steigt blasenförmig auf, kühlt ab und sinkt zähflüssig wieder nach unten [2].

Gletscher, Eisvulkane und Erosion: Effekte, die wir von der Erde kennen, existieren auch auf dem Zwergplaneten Pluto, der rund 40 Mal weiter von der Sonne entfernt ist als wir. Das ist erstaunlich.

Die Plutoatmosphäre

Die Existenz einer Plutoatmosphäre war vor der Passage von New Horizons vermutet worden. Die Plutosonde fand atmosphärische Dunstschichten, die bis in Höhen vielen Hundert Kilometern reichen (Abb. 1). Die Ursache hierfür ist allerdings grösstenteils ungeklärt.

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Abb. 1 Dunstschichten der Plutoatmosphäre.
Die Aufnahme vom 14. Juli 2015 wurde nur leicht eingefärbt und besteht aus
einem Mosaik aus vier Aufnahmen mit LORRI [1]. Die Auflösung beträgt 1 km/Pixel.
Die Sonne bescheint den Pluto von rechts. Auf der rechten Seite (gegen 4 Uhr) kann man einige Bergstrukturen erkennen, auf der linken Seite einige Krepuskularstrahlen [1] (dunkle, fingerartige Strukturen). Siehe auch [4].
© NASA/JHUAPL/SwRI

 

Die Vermessung der Plutoatmosphäre gelang etwa eine Stunde nach der Passage von New Horizons: die dazugehörigen Daten wurden beim Flug der Sonde durch den Schatten des Zwergplaneten gesammelt als die Sonne ihn sozusagen "von hinten" beleuchtete; dabei konnte der Spektrograph [1] an Bord von New Horizons das Spektrum [1] der Sonne beim Durchgang durch die Plutoatmosphäre messen. Dadurch konnten die Wissenschaftler die chemische Zusammensetzung [1] der Plutoatmosphäre bestimmen.

Die obere Plutoatmosphäre besteht hauptsächlich aus molekularem Stickstoff [1], weiter unterhalb folgt eine Mischung aus Methan [1] und Stickstoff; die untere Atmosphäre enthält einen hohen Anteil Kohlenwasserstoffe [1].

Fragen wie
Wo entsteht der Dunst? Weshalb bilden sich Dunstschichten? oder Wieso hält sich der Dunst überhaupt so lange? beschäftigen derzeit die Wissenschaftler.

Wahrscheinlich entsteht der Dunst (Smog) als Ergebnis fotochemischer Reaktionen von Methan und anderen Molekülen unter dem Einfluss des Sonnenlichts. Dabei eine komplexe Mischung aus Molekülen wie Kohlenwasserstoffe, Acetylen [1] und Ethylen [1], die im Verband im Licht der Sonne bläulich erscheinen.

Dieser Molekülverbund lagert sich in der Atmosphäre ab und bildet dabei horizontale Schichten mit bis zu 200 Kilometern Dicke. Die hochaufgelöste Aufnahme (der Abb. 1) [4] zeigt Oberflächenstrukturen (Berge) am rechten Rand der Plutooberfläche sowie Krepuskularstrahlen (auf der linken Seite).

Sternbedeckung durch Pluto
Erdgebundene Beobachtungen einer Sternbedeckung durch den Pluto am 29. Juni 2015 [5], 2 Wochen vor der Passage der Plutosonde, ergaben, dass der Atmosphärendruck [1] seit 1988 ansteigt: im Zeitraum 2013-2015 um rund
5 Prozent und um rund einen Faktor 3 zwischen 1988-2015 [5].

Die Auswertung der Beobachtungen deutet weiterhin auf eine etwa 3 Kilometer dicke Atmosphärenschicht, die sich rund 4 Kilometer oberhalb der Plutooberfläche befindet. Werte für den Atmosphärendruck liegen im Bereich von 12-13 Mikrobar [1]; dieser Wert liegt etwas höher als die Messungen an Bord von New Horizons.

Vergleich
Die folgende Abbildung zeigt den Vergleich der Ausdehnung der Atmosphäre zwischen den Zwergplaneten Pluto und der Erde (Abb. 2):
Obwohl der Zwergplanet relativ zur Erde sehr klein ist, reicht seine Atmosphäre viel weiter in den Weltraum hinein als bei unserem blauen Planeten.

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Abb. 2 Vergleich der Ausdehnung der Atmosphäre von Pluto und der Erde.
Während Plutos Atmosphäre über 1.000 Kilometer über der Oberfläche des kleinen Zwergplaneten reicht (gepunkteter Kreis markiert den oberen "Rand" der Atmosphäre), ist die Ausdehnung über unserem blauen Planeten etwa 13 Mal geringer. © JHU

 

Übrigens finden Sie unter [3] einige sehenswerte Animationen der hochaufgelösten Aufnahmen von New Horizons auch zum Plutomond Charon [1].

 

Falls Sie Fragen und/oder Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu

 

Ihre
IG Hutzi Spechtler – Yasmin A. Walter

 

Quellenangaben:

[1] Information über astronomische und physikalische Begriffe
www.wikipedia.de

[2] Übersicht der Kurzartikel zu Pluto und New Horizons
http://www.ig-hutzi-spechtler.eu/aktuelles__pluto__hauptseite.html

[3] Sehenswerte Animationen
- des Überflugs der Krun-Region [1]
https://t.co/oewY0yVhv3
- des Überflugs der Eisflächen
https://www.youtube.com/watch?v=IahI5mBUUb0
- des Vorbeiflugs am Plutomond Charon
https://www.youtube.com/watch?v=asXsLhhBq1s

[4] Hochaufgelöste Aufnahme der atmosphärischen Dunstschichten
http://photojournal.jpl.nasa.gov/tiff/PIA20362.tif

[5]
Meza, E., et al., EPSC Abstracts Vol. 10, EPSC2015-251-1 (2015)

Sicardy, B. et al., (21 Jan 2016)

 

 

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