Pluto - erste Erkenntnisse

Der Zwergplanet [1] Pluto (134340) [1] ist nicht mehr der ehemals unerforschte 9. Planet, sondern nunmehr ein real sichtbares Mitglied des Sonnensystems.

Nach etwas mehr als 22 Stunden ohne Kommunikation meldete die Plutosonde New Horizons [1] am 14. Juli nach ihrem Vorbeiflug an Pluto um 00:52:37 UT (Universal Time) [1] per Telemetrie die erlösende Nachricht: "The Pluto mission lives on". New Horizons war in rund 12.500 Kilometern an Pluto vorbeigehuscht; das entspricht 1/33-tel der Entfernung zwischen der Erde und dem Mond [1].

Weshalb wurden die Pluto-Aufnahmen erst "so spät" veröffentlicht?
Im Gegensatz zu der (immer noch) späten Veröffentlichung der Bilder des Kometen Chury [1] dauerte es bis zum ersten Bild von Pluto während des Vorbeiflugs nur Stunden. Aufgrund der großen Entfernung und der begrenzten technischen Möglichkeiten der Plutosonde hatte die NASA beschlossen, während des Vorbeifluges so viele Daten wie möglich von Pluto zu sammeln und erst nach dem Vorbeiflug peu-à-peu zurück zur Erde zu senden.

Insgesamt wird es rund 16 Monate dauern bis New Horizons sämtliche Daten bzw. Aufnahmen zurück zur Erde funken wird. Die durchschnittliche Übertragungsrate liegt dabei bei maximal 4.000 Bits pro Sekunde. Die Signallaufzeit zwischen der Plutosonde und der Erde beträgt rund 4,5 Stunden. Über 16 Monate gesehen entspricht dies jedoch eher einem Daten-Wasserfall anstatt Daten-Tropfen.

Daher werden die ersten wissenschaftlichen Veröffentlichungen erst in einigen Monaten erwartet. Mit der weiteren Auswertung der gesammelten Daten werden die Forscher noch Jahre beschäftigt sein.

Dennoch konnten innerhalb der letzten Tage einige wenige, dafür nicht minder interessante, überraschende und wunderschöne Aufnahmen der Plutooberfläche übertragen und veröffentlicht werden. Die Plutosonde hat den Vorbeiflug nicht nur überlebt, sondern offensichtlich unbeschadet überstanden. Dabei flog New Horizons sogar etwas näher an Pluto vorbei als geplant.

Das "Herz" Plutos

Erstaunt haben die Forscher vor allem die hochaufgelösten Bilder der Oberfläche von Pluto, beispielsweise von der hellen Region, die die Wissenschaftler "das Herz" getauft haben (Abb. 1). Ihr Durchmesser beträgt rund 1.600 Kilometer. Die offizielle Bezeichnung der Herz-Region ist Tombaugh Regio, benannt nach dem Entdecker des Zwergplaneten Pluto, Clyde Tombaugh [1]. Die hochaufgelösten Bilder betreffen das südliche Ende von Tombaugh Regio nahe dem Plutoäquator (Abb. 2a und 2b).

Abb. 1 Die Herz-Region Tombaugh Regio.
Dieser Bereich hebt sich vor allem durch seine helle Färbung
vom Rest der Plutooberfläche ab. (Aufnahme vom 13. Juli)
© NASA/JHUAPL/SwRI

Frühere Spekulationen, dass es sich bei der linken Ansicht der Struktur um einen großen Impaktkrater handelt, der mit Stickstoffschnee gefüllt ist, haben sich nicht bewahrheitet.

Abb. 2a Lage der Bergstrukturen (Norgay Montes) in Abb. 2b
am südlichen Ende der Herz-Region Tombaugh Regio.
Oberhalb befindet sich ein flaches Gebiet (Sputnik Planum).
© NASA/JHUAPL/SwRI

Bei Temperaturen von rund -200 Grad Celsius ist Wassereis mindestens so hart wie Beton und bewegt bzw. fließt nicht - entgegen dem Eis in Gletschern auf der Erde. Dagegen können Eisschichten aus anderen Eisarten wie Methan (CH4), Stickstoff (N2) und Kohlenmonoxid (CO) [1] nur als dünne Schichten bestehen. Sind diese Eisschichten jedoch zu dünn, sublimieren [1] sie in die dünne Plutoatmosphäre und erodieren [1] in den Weltraum.

Daher muß ein Mechanismus existieren, mithilfe dessen diese flüchtigeren Eisarten aus dem Plutoinnern zur Oberfläche transportiert werden, möglicherweise durch Eisvulkane (sog. Cryo-Vulkane [1]). Bisher konnten die Forscher jedoch keine Geysire [1] oder Cryo-Vulkane auf der Oberfläche beobachten. Die Hinweise auf eine Aktivität im Inneren von Pluto sind stark vertreten.

Abb. 2b Detailansicht von Tombaugh Regio, der Herz-Region, nahe dem Äquator.
Die Bergstrukturen aus Wassereis in Norgay Montes besitzen Höhen bis zu rund
3.400 Metern. Die Aufnahme entstand etwa 1,5 Stunden vor dem Vorbeiflug
aus einer Entfernung von rund 77.000 Kilometern. Die kleinsten Strukturen
besitzen einen Durchmesser von rund 2 Kilometern.
© NASA/JHUAPL/SwRI

Abb. 3 Eis-Karte von Tombaugh Regio, der Herz-Region, nahe dem Äquator.
Die grünliche Höhekarte (oben rechts) entspricht der Konzentration von Kohlenmonoxideis (CO) im linken Bereich der Herz-Region.
© NASA/JHUAPL/SwRI

Eine Eis-Karte
Die erste Eis-Karte der Plutooberfläche liegt ebenfalls in Tombaugh Regio (Abb. 3): Die Karte zeigt eine Häufung von Kohlenmonoxid-Eis (CO) [1] in einem bestimmten Bereich der Herz-Region, die einem Bullauge gleicht. Die Eiskonzentration steigt zur Mitte der Struktur hin an. Noch wissen die Forscher nicht, was diese Anhäufung bedeutet; möglicherweise ist sie ein weiterer Hinweis auf die Aktivität von Pluto.

Die Oberfläche von Pluto zeigt ebenfalls die Anwesenheit von Methaneis; jedoch unterscheidet sich das Auftreten dieser Eisart von Ort zu Ort. Insbesondere die Polkappe von Pluto scheint Methaneis bis in größere Tiefen zu beherbergen.

Oberflächenstrukturen
Erstaunlich ist, dass die Herz-Region aus zwei Bereichen mit unterschiedlichen Strukturen besteht.

Abb. 4 Die unterschiedliche Struktur der Herz-Region.
Links: Tombaugh Regio mit Bergstrukturen.
Rechts: Sputnik Planum, ein flaches Gebiet mit Eisbruch-Strukturen.
© NASA/JHUAPL/SwRI

Tombaugh Regio (Abb. 2a, 2b, 4, 5)
Am interessantesten scheint Tombaugh Regio, die keinen einzigen Krater enthält; sicherlich wurde Pluto in der Vergangenheit von zahlreichen anderen Objekten aus dem Kuiper-Gürtel [1] bombadiert, die Krater hinterlassen haben sollten. Die Oberfläche Plutos ist mit Eis aus Stickstoff, Methan und anderen flüchtigen Substanzen bedeckt. Doch daraus kann man keine Krater "basteln". Jedoch kann man Krater aus Wassereis "bauen". Genau das sehen wir wahrscheinlich im südlichen Bereich der Herz-Region.

Fest steht jetzt schon, dass die Plutooberfläche viel weniger Krater besitzt als beispielsweise die seines großen Mondes Charon [1]. Möglicherweise stammt diese "Glättung" der Plutooberfläche entweder von Wärme aus dem Inneren des Zwergplaneten - möglicherweise aufgrund der Anwesenheit radioaktiver Elemente [1] - oder aktiven Prozessen, die wir bisher nicht kennen. Beispielsweise ist die Oberfläche von weiten, glatten und hellen Eisregionen bedeckt. Die Wärme aus dem Inneren könnte dafür sorgen, dass sich eine Art "Flüsse" aus Eis gebildet und sämtliche unter ihnen befindliche Strukturen überdeckt hat.

Die Möglichkeit von Gezeiten [1] durch den Plutomond Charon scheidet als Erklärung für die Oberflächenstruktur von Pluto aus. Charon besitzt nicht genügend Masse, um Gezeiten zu erzeugen, die sich derart auf die Oberfläche des Zwergplaneten auswirken, und ein anderer massereicher Körper ist nicht in Reichweite.

Die Berge der Norgay Montes-Region ähneln keinen bekannten Strukturen; sie stammen weder von Kraterrändern, noch unterliegen sie - wie auf der Erde - der Erosion [1].

Einige Wissenschaftler spekulieren bereits, dass die jungen Oberflächen von Pluto und dessen Mond Charon [1] durch einen Impakt vor relativ kurzer Zeit gebildet wurden oder ihre Wassereis-Vorräte mit anderen Elementen vermischt wurden, die bei niedrigeren Temperaturen schmelzen und wegfließen können.

Dabei geht das Modell von Barr und Collins [4] von tektonischer Aktivität auf Pluto nach dem Impakt mit Charon aus. Dabei könnte der Impakt als Kick-start gewirkt haben; das funktioniert jedoch nur, wenn Pluto bereits vor dem Impakt relativ warm war (Temperatur der Eisschichten rund -73 Grad Celusius). Das könnte zu einer geologischen Aktivität auf beiden Körper geführt haben.

Sputnik Planum (Abb. 2a, 4, 5, 6a, 6b)
Bei Sputnik Planum handelt es sich um riesige Eisebenen, die bei näherer Betrachtung aufgebrochenen Bodenstrukturen - wie man sie aus Afrika kennt - ähneln, nur handelt es sich dabei um Eisbrüche. Die aufgebrochenen Eisflächen zeigen irregulär geformte Bereiche mit Flächen von rund 20 Kilometern, die von seichten Rinnen begrenzt werden.

Einige dieser Rinnen sind mit dunklerem Material gefüllt, während andere Spuren von Bergklumpen zeigen, die sich über die Umgebung erheben. Weiter findet man Gruppen von grubenartigen Strukturen, die sich möglicherweise durch Sublimation [1] gebildet haben könnten. Bei der Sublimation geht ein Feststoff direkt in die Gasform über - wie Trockeneis [1] auf der Erde.

Abb. 5 Die unterschiedliche Struktur der Herz-Region.
Tombaugh Regio mit Bergstrukturen (unten) und Sputnik Planum,
ein flaches Gebiet mit Eisbruch-Strukturen (oben).

Abb. 6a Detailaufnahme von Sputnik Planum (oberes Ende).
Die Region ist nahezu flach und besitzt keine Krater; sie befindet sich nördlich
der riesigen Eisberge in Norgay Montes. Die Aufnahme entstand aus einer
Entfernung von rund 77.000 Kilometern. © NASA/JHUAPL/SwRI

Abb. 6b Detailaufnahme von Sputnik Planum (oberes Ende)
mit Beschriftung (s. Text und Abb. 6a).
© NASA/JHUAPL/SwRI

Helle und dunkle Regionen
Helle Regionen könnten auf die Existenz von Stickstoffeis hinweisen, weniger helle Regionen dagegen auf Methaneis, wohingegen dunkle Regionen organische Moleküle - als Folge der Wechselwirkung von Eis, UV- und kosmischer Strahlung [1] - enthalten würden.

Bei der hellsten herzförmigen Region der Oberfläche könnte es sich um einen tiefer gelegenen Bereich handeln, bei den dunklen Regionen um höher gelegene Gebiete, möglicherweise zwischen 5-15 Kilometer höher als die benachbarten Gebiete. Dabei könnte der Oberflächendruck in tiefer gelegenen Gebieten höher sein und dafür sorgen, dass Stickstoff-Eis stabil ist. Die Höhe der betrachteten Strukturen scheint eine wichtige Rolle für deren Stabilität bzw. chemische Zusammensetzung zu spielen.

Ungeklärt ist bisher, weshalb sich ausgerechnet die dunkelsten und hellsten Gebiete in der Nähe des Plutoäquators befinden. Möglicherweise ist dies eine Folge der Neigung der Plutoachse und seiner elliptischen Umlaufbahn um die Sonne; beides könnte einen entscheidenden Einfluß auf die dünne Plutoatmosphäre ausüben.

Neue Aufnahmen und weitere Hinweise auf Plutos Aktivität
Plutos Oberfläche ist ungewöhnlich: Eishügel, die sich oberhalb von glatten Eisebenen erheben, Eisstücke, die wie Pocken in erodierten Gruben sitzen und Rinnen, die Grenzen zu polygonalen Strukturen bilden.
Inzwischen haben die Wissenschaftler auf den Aufnahmen faserartige Streifen entdeckt, die durch eine Art Wind von den dunklen Flecken heruntergeweht sein könnten. Dennoch zögern die Forscher die dunklen Flecken als Geysire zu identifizieren. Jedoch ähneln die Strukturen den aktiven Geysiren auf dem Neptunmond Triton [1].

Pluto und Triton ähneln sich, sind aber andererseits sehr unterschiedliche Himmelskörper. Pluto ist das größte Objekt des Kuiper-Gürtels; Triton wurde wahrscheinlich von Neptun eingefangen. Beide Objekte besitzen glatte Oberflächen, die eine innere Wärmequelle vermuten lassen. Jedoch kann die Aktivität des Neptunmondes durch die Gezeitenwirkung von Neptun erklärt werden, wohingegen unklar ist, welche Kräfte die Form des Zwergplaneten beeinflusst haben.

Chemisch gesehen ist das vermeintliche Geysir-Gebiet auf der Plutooberfläche mit Kohlenmonoxid-Eis angereichert; jedoch sind sich die Forscher uneinig, ob es sich dabei um dicke Eisschichten handelt, die von unten (aus dem Inneren) nach oben gedrückt werden oder um lediglich etwa Zentimeter dicke Schichten aus Kohlenstoffmonoxid-Eis, das von oben (aus der Atmosphäre) herabregnet. Die Frage ist, ob das Gebiet von unten oder von oben geformt wurde; auch ein Zusammenspiel beider Prozesse sei denkbar, so die Forscher.

Planet oder Zwergplanet?
Mit jeder neuen Aufnahme der Plutooberfläche verdichtet sich der Verdacht, dass Pluto eher ein aktiver Zwergplanet ist anstatt - wie bisher vermutet - eine kalte Welt aus Eis und Frost.

Die Forscher vermuten außerdem, dass auf Pluto Kräfte im Spiel sind, die möglicherweise aus seinem Inneren Wassereisberge von der Kategorie der Rocky Mountains [1] hervorbringen, die auf glatten Oberflächen sitzen, die wiederum erst innerhalb der letzten 100 Millionen Jahre ihre neue Oberflächenstruktur erhalten haben.

Sternbedeckung
Die Wissenschaftler haben inzwischen Messungen ausgewertet, die gemacht wurden als sich New Horizons im Schatten von Pluto befand. Dabei konnte seine Atmosphäre aus einer Entfernung von rund 1.600 Kilometern analysiert werden. Nach ersten Erkenntnissen besitzt Pluto keine turbulente Atmosphäre wie beispielsweise die Erde oder der Planet Venus [1], jedoch eine ausgedehnte Stickstoff-Atmosphäre.

Nahe der Plutooberfläche könnten Winde mit rund einem Meter pro Sekunde wehen und kleine Eispartikel aufwirbeln, so einer der Forscher.

Außerhalb von Pluto - bis zu einem Bereich von einigen Tausend Kilometern - wurde ein Bereich kalten, dichten ionisierten [1] Gases entdeckt. Dieses Gas könnte durch den Sonnenwind [1] aus der Plutoatmosphäre herausgerissen worden sein.

Andere Ergebnisse deuten an, dass die gemessenen Temperaturen der Plutoatmosphäre niedriger sind als erwartet; die Plutooberfläche scheint ebenfalls kälter zu sein als bisher angenommen.

Plutomonde
New Horizons hat neben Pluto Aufnahmen der Monde Charon, Nix und Hydra [1] anfertigen können.

Im Vergleich zu den Monden Dione und Thethys [1] besitzt Charon zu wenige Krater für ein Objekt seiner Größe, sondern vielmehr eine eher junge Oberfläche - wie Pluto.

Aufnahmen und Analysen der Plutomonde werden wir in einem gesonderten Kurzartikel behandeln.

Wohin fliegt New Horizons?
Nach dem Vorbeiflug an Pluto und seinen Monden nimmt New Horizons Kurs auf den Kuipergürtel. Dort soll die Raumsonde im Jahr 2019 wahrscheinlich 2 oder 3 Objekte beobachten. Die Vorauswahl dieser Objekte erfolgte durch das Hubble-Weltraumteleskop (HST) [1]. Die Zielobjekte besitzen Durchmesser zwischen 25 und 55 Kilometer. Die Entscheidung des Zielobjektes soll bereits im August und nicht erst im nächsten Jahr fallen.

Pluto - Status Quo
Bereits wenige Stunden und Tage nach dem Vorbeiflug der Plutosonde werden wieder Stimmen laut, dass der ehemals 9. Planet zu einem Zwergplaneten degradiert wurde.

Insbesondere die Vielfalt der bisher beobachteten Strukturen auf der Plutooberfläche weise eher auf einen Planeten als auf einen Zwergplaneten, so einer der NASA-Wissenschaftler. Weshalb könne man Pluto nicht als Planeten und gleichzeitig als Objekt des Kuiper-Gürtels einordnen?

Die nächste Runde
Die nächste Pressekonferenz findet am 24. Juli statt. Bis dahin hat New Horizons rund 1-2 Prozent der Aufnahmen von Pluto und dessen Monden zur Erde gesendet. Danach wird es eine Ruhepause von rund 2 Monaten geben; in diesem Zeitraum werden keine weiteren Aufnahmen veröffentlicht, stattdessen wollen sich die Verantwortlichen auf den Datenempfang der Detektoren für Teilchen und Plasma [1] konzentrieren. Bis dahin werden unbearbeitete Bilder ein Mal pro Woche veröffentlicht werden.

Über die weiteren Ergebnisse und Aufnahmen der Plutomission werden wir Sie auf dem Laufenden halten. Wir sind gespannt. Bleiben Sie dran.

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

Ihre
IG Hutzi Spechtler – Yasmin A. Walter

Quellenangaben:

[1] Mehr Information über astronomische Begriffe
www.wikipedia.de

[2] Weitere Information zu Pluto und New Horizons:

http://www.nasa.gov/newhorizons

http://pluto.jhuapl.edu/News-Center/

bzw.
http://pluto.jhuapl.edu

[3] Sehenswerte Detailaufnahmen der Plutooberfläche:


http://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width/public/thumbnails/image/nh-pluto-surface-scale.jpg?itok=bnj3E-9A

http://planetary.s3.amazonaws.com/assets/images/9-small-bodies/2015/20150721_nh-pluto-mountain-range_mosaic_f840.png

[4] Science DOI: 10.1126/science.aac8875

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