Forschung

Zwergplanet ganz groß

28.09.2017 - Pluto und sein größter Mond Charon weisen spekta­kuläre Land­schaften auf – und wahr­scheinlich einen unter­irdischen Ozean.

Knapp zehn Jahre lang war die Raum­sonde New Horizons unterwegs – um dann mit enormer Geschwin­digkeit an Pluto und seinen Monden vorbei zu düsen und in dieser kurzen Zeit möglichst viel Daten zu sammeln. Die Raumsonde, die den Rekord für die höchste Startge­schwindigkeit hält, holte zunächst Schwung an Jupiter, bevor es weiter Richtung Pluto ging. Der Vorbei­flug an Pluto dauerte nur kurz. In den Tagen vor und nach der kürzesten Annä­herung an Pluto konnte New Horizons insgesamt 400 ver­schiedene Aufnahmen von Pluto und seinen Monden machen. Die Datenüber­tragung dauerte aufgrund der begrenz­ten Sende­stärke der Antennen dennoch rund 15 Monate und war erst im Oktober 2016 abge­schlossen.

Abb.: Die ersten offiziellen Namen von Landschaften auf Pluto, die New Horizons aufgenommen hat. (Bild: NASA / JHUAPL / SwRI / R. Beyer)

Abb.: Die ersten offiziellen Namen von Landschaften auf Pluto, die New Horizons aufgenommen hat. (Bild: NASA / JHUAPL / SwRI / R. Beyer)

Erst vor kurzem hat sich auch die Inter­nationale Astro­nomische Union auf die Namens­gebung von 14 Land­schaften auf Pluto geeinigt, die New Horizons aufge­nommen hat. Ein Forscher­team vom Southwest Research Institute in Boulder und dem NASA Ames Research Center in Moffett Field präsen­tiert nun eine umfas­sende Analyse der Aufnahmen, die einige topo­logische Besonder­heiten bein­halten.

Da Pluto und sein größter Mond Charon – etwa halb so groß wie Pluto – eine gebun­denen Rotation mit einer Periode von 6,4 Erdtagen haben, konnte New Horizons in der Woche vor der größten An­näherung die gesamte sonnen­beschienene Oberfläche der Himmels­körper karto­grafieren. Der Vorbei­flug war allerdings so schnell, dass New Horizons nur eine Seite von Pluto mit hoher Genauig­keit unter­suchen konnte. Dabei gelangen Aufnahmen mit rund achtzig Metern Auflösung. Auch der Radius von Pluto konnte mit 1188 Kilo­metern erstmals in hoher Genauig­keit bestimmt werden.

Die Region unterhalb von 38 Grad süd­licher Breite lag leider im Schatten, da auf der Nordhalb­kugel Sommer herrschte. Dabei zeigte Pluto eine Ver­teilung von Elementen, die vom Breiten­grad abhängt. So traten flüchtige Elemente gehäuft in mitt­leren und hohen Breiten auf, während schwere Elemente die Äquator­region domi­nierten. Die Ober­flächen-Reflek­tivität von Pluto zeigt dabei eine enorme Schwankungs­breite von 0,08 bis 1,0.

Die erstaun­lichste Erkennt­nis von New Horizons ist, dass Pluto einige sehr junge Land­schaften aufweist: ein Anzeichen für tek­tonische Prozesse, die auf so weit von der Sonne ent­fernten Objekten kaum zu erwarten sind. Die interes­santeste Formation sind die Sputnik Planitia: Diese etwa 750 auf 1400 Kilo­meter große Ver­tiefung liegt rund drei bis vier Kilo­meter unter Normal­höhennull. Der Boden besteht aus ver­schiedenen Eis­sorten – vor allem aus Stick­stoff, Methan und Kohlen­monoxid. Er muss geo­logisch sehr jung sein, da er keine sicht­baren Einschlag­krater aufweist. Dies deutet auf ein Alter von weniger als zehn Millionen Jahren hin. Fließ­strukturen weisen auf eine gewisse Mobi­lität dieser Eiskruste hin. Darunter könnte sich sogar ein unter­irdischer Ozean befinden, der für die besondere Struktur der Eis­massen mitsamt ihren Bruch­zonen verant­wortlich ist.

Abb.: Eine Erklärung für die auffällige Topologie auf Pluto könnte ein Einschlag gewesen – in Kombination mit einem unterirdischen Ozean. (Bild: J. Keane)

Abb.: Eine Erklärung für die auffällige Topologie auf Pluto könnte ein Einschlag gewesen – in Kombination mit einem unterirdischen Ozean. (Bild: J. Keane)

Als Energie­quelle für einen solchen Ozean unter einem kilometer­dicken Eispanzer kommt nur der Zerfall radio­aktiver Elemente in Plutos Innern in Betracht, da der Zwerg­planet und sein größter Mond Charon gebunden rotieren und die anderen Monde zu klein sind, um merk­liche Gezeiten­kräfte auszuüben. Der Großteil von Plutos Oberfläche ist aller­dings deutlich älter als die Sputnik Planitia.

Die Ober­fläche von Charon ist nicht ganz so viel­seitig wie die von Pluto und mit einem Alter von etwa vier Mil­liarden Jahren sehr alt. Auch Charon besitzt aber einige sehr charak­teristische Landschaften – etwa eine röt­liche Polar­region, deren Färbung vermut­lich auf Tholine zurück­zuführen ist, sowie versunkene Berge und ausge­dehnte Erd­rutsche. Wassereis ist auf Charon überall zu finden, auf Pluto nur in be­stimmten Regionen.

Eine weitere große Über­raschung war die Messung der Atmo­sphäre von Pluto. Die Atmo­sphäre von Pluto ist sehr dünn. Wie Ultra­violett- und Radar­beobachtungen ergaben, erstreckte sich der atmo­sphärische Dunst dennoch bis in eine Höhe von über 200 Kilo­metern. Die Streu­eigen­schaften ergaben, dass diese Partikel vermut­lich fraktale Teilchen sind. Mit nur 69 Kelvin ist die äußere Atmo­sphäre auch rund 30 Kelvin kälter als bislang ange­nommen.

Für New Horizons ist die Reise mit dem Passieren Plutos aber noch lange nicht beendet. Für das Jahr 2019 plant die NASA einen Vorbei­flug am Kuiper-Belt-Objekt 2014 MU69. Dabei soll die Raumsonde bis zu drei Mal näher an diesen Himmels­körper heran­kommen als an Pluto. Wenn alles glatt läuft, wird dies das bislang am wei­testen von der Erde entfernte Treffen einer Raumsonde mit einem massiven Objekt sein. 2014 MU69 besteht aus einem Zwillings­paar von Fels­brocken von zirka zwanzig Kilometern Durch­messer, die sich entweder in geringem Abstand umkreisen oder sogar berühren.

New Horizons wird in der Lage sein, die Ober­fläche dieser Gesteins­brocken mit Hilfe seiner bestauf­lösenden Kamera – dem Long Range Recon­naissance Imager (LORRI) – mit einer Genauig­keit von etwa siebzig Metern zu kartieren. Danach wird die Raumsonde weiter Richtung Kuiper-Gürtel fliegen und in gut 15 Jahren den Terminations­schock der Helio­sphäre erreichen – als dritter aktiver Kund­schafter nach den beiden Voyager-Sonden. Er wird diese aller­dings nicht mehr überholen können. Seine Geschwin­digkeit ist ein ganzes Stück langsamer. Denn New Horizon konnte nur an Jupiter Schwung holen. Die Voyager-Missionen machten sich eine besondere himm­lische Konstel­lation zunutzen, die nur alle 175 Jahre auftritt und bei der Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun der Reihe nach zum Vorbei­flug einluden. Mit Pioneer 10 und 11 sind noch zwei weitere Raum­sonden in den Außen­bereichen des Sonnen­systems unterwegs, der Kontakt zu ihnen ist aber schon vor Jahren abge­brochen.

Dirk Eidemüller

JOL

Produkte des Monats

Fluid-Struktur-Interaktion simulieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

Zur Registrierung

Neues aus der Welt der Multiphysik-Simulation

Die COMSOL News 2019 enthält spannende Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung. Erfahren Sie, wie Multiphysik-Simulation Smart City-Technologien verbessert, den gezielteren Einsatz von Krebs-Medikamenten ermöglicht und für eisfreie Straßen im Winter sorgen kann!

Laden Sie die COMSOL News 2019 ohne Anmeldung und kostenfrei herunter:

HIER

Produkte des Monats

Fluid-Struktur-Interaktion simulieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

Zur Registrierung

Neues aus der Welt der Multiphysik-Simulation

Die COMSOL News 2019 enthält spannende Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung. Erfahren Sie, wie Multiphysik-Simulation Smart City-Technologien verbessert, den gezielteren Einsatz von Krebs-Medikamenten ermöglicht und für eisfreie Straßen im Winter sorgen kann!

Laden Sie die COMSOL News 2019 ohne Anmeldung und kostenfrei herunter:

HIER