Als die New-Horizons-Mission 2015 an Pluto vorbeiflog, entdeckte sie eine geologisch vielfältige Welt – nicht die kalte, dunkle Landschaft, die viele erwartet hatten. Fast unmittelbar danach stießen Forscher auf zwei Gebilde, Mount Wright und Mount Piccard, bei denen es sich zunächst um Eisvulkane handelte; weitere Untersuchungen bestätigten dies.
Als die NASA-Mission New Horizons 2015 an Pluto vorbeiflog, entdeckte die Menschheit zum ersten Mal eine gewaltige Senke auf diesem isolierten Planeten: Sputnik Planitia. Sie ist vergleichbar groß wie Mexiko und bedeckt fast eine ganze Hemisphäre Plutos. Sputnik Planitia entstand vermutlich durch einen Einschlag, doch nur wenige Einschlagkrater weisen die einzigartige birnenförmige Gestalt von Sputnik Planitia auf.
Wie Sputnik Planitia entstanden ist, bleibt ein Rätsel, doch Forscher haben bereits eine mögliche Entstehungsgeschichte entworfen. Sie vermuten, dass vor langer Zeit ein Himmelskörper von der Größe der Schweiz in einem flachen Winkel auf Pluto aufprallte. Sollte sich diese Theorie bestätigen, könnte sie auch Aufschluss darüber geben, wie das Innere von Pluto unter seiner kalten Oberfläche aussieht.
Die Form und die gewaltigen Ausmaße der Sputnik Planitia – etwa 2.000 Kilometer lang und 1.600 Kilometer breit – sind nicht die einzigen Gründe, warum Planetenforscher sie mit Interesse untersuchen. Was auch immer diese Formation geschaffen hat, hinterließ eine etwa 4 Kilometer tiefe Delle; am Grund dieser Delle befindet sich vermutlich eine gefrorene Schicht aus Stickstoffeis. Die Schwerkraft hätte Pluto eigentlich so langsam rotieren lassen müssen, dass die Delle und die fehlende Masse an einem der Pole Plutos gelandet wären. Doch seltsamerweise befindet sich die Sputnik Planitia weiterhin in der Nähe des Äquators.
Eine gängige Theorie besagte, dass die Sputnik-Ebene ein Hinweis auf einen globalen Ozean unter der Oberfläche des Pluto war. Nach einem gewaltigen Einschlag könnte flüssiges Wasser aus dem Ozean aufgestiegen sein, um den entstandenen Hohlraum zu füllen. Dieser wurde dann von Eis und einer Stickstoffschicht bedeckt, was erklären würde, warum die Sputnik-Ebene am Äquator verblieben ist. Einige Wissenschaftler blieben jedoch skeptisch.
Eine zusammengesetzte Aufnahme von Pluto, erstellt von der New Horizons-Mission. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Asphaug, Ballantyne und ihre Kollegen begannen mit 3D-Modellierungen, um die Umstände der Entstehung von Sputnik Planitia zu untersuchen. Die ungewöhnliche Form der Delle deutete darauf hin, dass der Impaktor schräg und nicht frontal auf Pluto einschlug. Daraufhin modellierten sie ein 700 Kilometer breites Objekt – eine Kugel aus Eis und Gestein –, das auf einen plutoähnlichen Planeten stürzte. Dieses Objekt sollte einen Gesteinskern innerhalb einer Wassereishülle besitzen, und der Einschlag erfolgte in einem flachen Winkel von 30 Grad. Tatsächlich führte dieses Szenario nicht nur zur Entstehung des birnenförmigen Kraters, sondern die Modellierung des Teams zeigte auch, dass der Kern des Impaktors unter Sputnik Planitia begraben blieb und ihm so die zusätzliche Masse verlieh, die nötig war, um am Äquator zu verbleiben. Die Forscher veröffentlichten ihre Arbeit am 15. April 2024 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.
Die Autoren argumentieren, dass weitere Forschungen nötig seien, um diese Konzepte auszubauen und zu verstehen, wie sich Sputnik Planitia über Milliarden von Jahren entwickelt hat und wie Kollisionen in dieser fernen Ecke des Sonnensystems entstehen.
Die Erforschung des Inneren von Pluto könnte helfen, diese Dynamiken zu verstehen, doch endgültige Antworten werden wohl erst nach einer weiteren Mission möglich sein. Der Besuch von New Horizons bei Pluto war zwar ein bemerkenswerter Erfolg, doch die Sonde flog lediglich vorbei, sodass die Mission die Oberfläche des ehemaligen Planeten nur oberflächlich berührte. Eine zukünftige Mission könnte Pluto umkreisen und sein Inneres erforschen, beispielsweise durch die Messung des Gravitationsfeldes.
Manche Wissenschaftler glauben, dass Pluto Kryovulkane beherbergt, die Wasserdampf oder sogar festes Wassereis ausstoßen. Dieses Wasser muss ja irgendwoher kommen – und die Schicht aus flüssigem Wasser unter Plutos Kruste passt gut zu dieser Beschreibung.
Forscher der Washington University in St. Louis und des Lunar and Planetary Institute in Houston begannen mit der Entwicklung eines Modells, um zu veranschaulichen, wie diese Flüssigkeitsschicht aussehen könnte. Konkret wollten sie ein Modell erstellen, das der Sputnik Planitia ähnelt, einer herzförmigen Vertiefung auf der Oberfläche des Pluto, die vermutlich durch einen Einschlag entstanden ist. Daher testeten die Forscher verschiedene Konfigurationen der Ozeandicke und der Wasserdichte, die dazu führen würden, dass die Sputnik Planitia die von New Horizons beobachteten Risse aufweist. Nguyen und sein Co-Autor Patrick McGovern veröffentlichten ihre Arbeit am 15. Februar 2025 in der Fachzeitschrift Icarus.
„Wir haben eine Art Goldlöckchen-Zone ermittelt, in der die Schalendichte und -dicke genau richtig sind“, sagte Alex Nguyen, Doktorand an der Washington University in St. Louis und einer der Autoren, in einer Erklärung.
Ihre Berechnungen ergaben, dass der Ozean auf Pluto wahrscheinlich zwischen 40 und 80 Kilometer dick und etwa 8 Prozent dichter als das Meerwasser der Erde wäre. Dies entspricht in etwa der Dichte des Großen Salzsees.
Die Existenz eines Ozeans auf Pluto ist jedoch weiterhin umstritten. Wissenschaftler wissen noch nicht genug über Pluto, um zu beurteilen, ob die Indizien tatsächlich auf flüssiges Wasser hindeuten oder lediglich Indizien sind. Eine aktuelle Studie zur Entstehung der Sputnik Planitia ergab, dass sich das herzförmige Becken wahrscheinlich gebildet hätte, wenn Pluto ein festes Inneres besäße.
Bis uns der Nachfolger von New Horizons eine erneute Erkundung von Pluto ermöglicht, bleibt das, was sich unter der Oberfläche des Planeten befindet, im Dunkeln verborgen.
Eine andere Studie legt nahe, dass ein Merkmal auf Pluto, das zuvor als Einschlagkrater bezeichnet wurde, in Wirklichkeit die Caldera eines Supervulkans sein könnte, der in den letzten Millionen Jahren ausgebrochen ist.
Als die NASA-Mission New Horizons 2015 an Pluto vorbeiflog, offenbarte sie eine geologisch vielfältige Welt – nicht die kalte, dunkle Landschaft, die viele erwartet hatten. Fast unmittelbar danach entdeckten Forscher zwei Gebilde, Mount Wright und Mount Piccard, bei denen es sich zunächst um Eisvulkane handelte; weitere Untersuchungen bestätigten dies.
Doch nicht alle Kryovulkane waren leicht zu entdecken. Der vermutete Supervulkan Kiladze wurde zunächst als Einschlagkrater klassifiziert. Wissenschaftler vermuten jedoch inzwischen, dass es sich um etwas anderes handelt.
„Wir haben die Wahrscheinlichkeit untersucht, dass es sich bei dieser Senke eher um eine kryovulkanische Caldera als um einen Einschlagkrater handelt“, sagte Al Emran, Planetenforscher am Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien. Im Juli 2025 präsentierte Emran die Ergebnisse seines Teams auf der Konferenz „Fortschritte im Verständnis des Pluto-Systems: 10 Jahre nach dem Vorbeiflug“ in Laurel, Maryland.
„Wir glauben, es ähnelt eher der Yellowstone-Caldera in Wyoming“, sagte Emran. Mindestens zwei Yellowstone-Ausbrüche vor Millionen von Jahren erreichten den Status eines Supervulkans.
Kiladze ist noch immer als Krater verzeichnet. Doch die zahlreichen Wassereisvorkommen, die die schüsselförmige Formation umgaben, weckten Emrans Neugier, und er fragte sich, ob es sich um einen Kryovulkan handelte.
Auf den ersten Blick ähnelt das längliche Oval stark einem Einschlagkrater. Es ist groß, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 4 Kilometern. Seine Wände sind unregelmäßig geformt, und die komplexen Strukturen, die es einst enthielt, könnten durch aktive Prozesse auf der Oberfläche des Pluto leicht zerstört worden sein.
Die Landschaft selbst ist von Senken und anderen geologischen Formationen geprägt, von denen viele eingestürzt sind. Wäre ein herabfallender Gegenstand in die Oberfläche eingedrungen und hätte darunterliegende Adern erstarrter Lava freigelegt, könnte dies die an der Oberfläche beobachtete explosive Verteilung von Wassereis verursacht haben.
Infografik zur Darstellung des Caldera-Entstehungsprozesses. Trista L. Thornberry-Ehrlich, Colorado State University.
Als Emran jedoch die von der New-Horizons-Mission erstellten topografischen Karten von Pluto untersuchte, erkannte er ein Problem: Der Krater war zu tief. Im gesamten Sonnensystem variiert die Kratertiefe erwartungsgemäß mit ihrem Durchmesser, und dasselbe Gesetz scheint auch für andere Krater auf Pluto zu gelten, nicht aber für Kiladze.
Ein Einschlagkrater dieser Größe hat schätzungsweise einen Durchmesser von bestenfalls 2,74 Kilometern. Angesichts der Aktivität auf Pluto hätte sich der Krater im Laufe der Zeit jedoch wahrscheinlich mit Material aufgefüllt und wäre dadurch noch kleiner geworden. Nebelpartikel hätten sich angesammelt, und schmelzendes oder zusammenbrechendes Eis wäre nach innen gestürzt.
Das Kiladze-Becken ist jedoch nicht flacher als erwartet, sondern tiefer. Einige Abschnitte des Beckens erreichen Tiefen von 2,5 Metern, und die durchschnittliche Tiefe des gesamten Stausees beträgt fast 3 Kilometer.
Aus diesen Gründen vermuten Emran und seine Kollegen, dass Kiladze eine Caldera ist, eine riesige Senke, die durch den Ausbruch und den anschließenden Einsturz eines Vulkans entstanden ist. Magma (oder Kryomagma), das innerhalb kurzer Zeit rasch aus der Oberfläche austritt, kann das darunterliegende Gestein schwächen und so dessen Einsturz verursachen.
Trotz der Zerstörung des Supervulkans wäre der Ausbruch des Kiladze beeindruckend gewesen. Emran und seine Kollegen berechneten, dass die Explosion bis zu 1.000 Kubikkilometer eisiges Kryomagma in die Umgebung geschleudert haben könnte, was die Definition eines Supervulkans erfüllt. Obwohl der Yellowstone-Vulkan in seiner über zwei Millionen Jahre alten Geschichte mehr als 80 Mal ausgebrochen ist, wurden nur zwei Ausbrüche als supervulkanisch eingestuft.
Kiladze könnte sein Kryomagma in einem einzigen explosiven Ereignis ausgestoßen haben, oder die Eruptionen könnten sich über einen längeren Zeitraum erstreckt haben. In jedem Fall wurde bei der jüngsten Eruption Wassereis mindestens 100 km weit geschleudert. Emran vermutet jedoch, dass diese Schätzung zu niedrig ist, da die geringere Auflösung von New Horizons wahrscheinlich mehr Wassereis sichtbar macht.
„Es wird angenommen, dass eine oder mehrere katastrophale explosive Eruptionen, wie sie die Kiladze-Caldera formten und zum Einsturz brachten, das Eis-Wasser-Kryomagma über tausend Kilometer oder mehr weit verstreut haben, was zu Aufschlüssen führte, die zu klein sind, um in den vorhandenen Daten erkannt zu werden“, schreiben die Autoren in einem Artikel, der im Planetary Science Journal veröffentlicht wurde.
Kiladze liegt nördlich von Sputnik, dem eisigen Kern des Pluto. Obwohl der größte Teil der Oberfläche des Zwergplaneten von verschiedenen Eisarten bedeckt ist, entspricht nur ein kleiner Teil dem Inhalt eines Gefrierschranks. Die Temperaturen auf Pluto sind so niedrig, dass Wassereis den Kern des Zwergplaneten bildet, über dem sich weitere Eisschichten befinden.
Doch in der Nähe von Kiladze erstreckt sich Wassereis über die gesamte Oberfläche. Es enthält Spuren einer unbekannten Ammoniakverbindung. „Die genaue Zusammensetzung ist schwer zu bestimmen“, sagte Emran. Darüber hinaus wurde diese spezifische Ammoniaksignatur nirgendwo sonst auf Pluto beobachtet.
Abbildung von Kiladze. U.S. Geological Survey Astrogeology Research Center.
Ammoniak könnte der Grund dafür sein, dass das Gletschereis flüssig bleibt. Durch seine Zugabe senkt es den Gefrierpunkt des Wassers und ermöglicht so, dass es länger flüssig bleibt. Unter der Oberfläche könnten Ablagerungen von Wasser und Ammoniak während der Verfestigung des Pluto-Grundgesteins nicht gefroren sein. Schließlich könnte tektonischer Druck das eisige Magma an die Oberfläche gedrückt und es in der Landschaft um Kiladze zum Ausbruch gebracht haben, erklärte Emran.
Mysteriöse Ammoniakspuren könnten ebenfalls zur Altersbestimmung des Kryovulkans beitragen. Reines Ammoniak wird durch Sonnenwind, ultraviolette Strahlung und kosmische Strahlung schnell abgebaut. Seine geringe Präsenz deutet darauf hin, dass der letzte Ausbruch in der Geschichte Plutos relativ kurz zurückliegt.
Der Dunst auf Pluto könnte Aufschluss über geologische Aktivitäten geben. Ein Lichtschleier umhüllt den Zwergplaneten und entsteht durch den Übergang von Methan und anderen Gasen vom festen in den gasförmigen Zustand. Mit zunehmender Größe der Partikel sinken diese schließlich zur Oberfläche und verteilen sich über den gesamten Planeten. Emran erklärte, dass die Dunstpartikel, die sich auf dem Boden absetzen, das Wassereis wie eine Decke bedecken und so die Spuren von Kryolava verdecken. Hätte sich eine solche Schicht gebildet, hätte New Horizons stickstoffreiches Eis anstelle von Anzeichen wasserreichen Vulkanismus entdeckt.
Um das Wassereis auf Pluto zu bedecken, müssten mindestens 10 Millimeter Dunstpartikel auf den Planeten fallen. Dieser Prozess dauert laut Emran mindestens 3 Millionen Jahre. Das könnte bedeuten, dass Pluto nicht so stark gefroren ist wie bisher angenommen.
„Wenn Kiladze erst vor 3 Millionen Jahren ausgebrochen ist, deutet das stark darauf hin, dass im Inneren des Pluto möglicherweise noch Restwärme vorhanden ist“, sagte Emran. „Dies deckt sich mit der Annahme, dass Kryovulkanismus auf Pluto entweder andauernd oder episodisch sein könnte.“
Eine frühere Studie legte nahe, dass der Dunst, der Pluto umhüllt, aus Eiskristallen bestehen könnte, die Cyanidkerne enthalten.
Dunst, der aus winzigen Partikeln von Staub, Rauch, Eis und anderen Substanzen besteht, ist kein Phänomen, das nur auf der Erde vorkommt – Wissenschaftler haben Dunst entdeckt, der Mars, Venus, Saturn und Jupiter umhüllt.
Der Dunst beschränkt sich nicht nur auf die Planeten. Titan, Saturns größter Mond und der einzige bekannte Mond mit Wolken, ist von einem dichten orangefarbenen Dunst umhüllt, dessen Zusammensetzung dem Smog auf der Erde ähnelt. Die NASA-Raumsonde Voyager 2 entdeckte ebenfalls Dunst in der Atmosphäre von Triton, dem größten Mond des Neptun.
Die NASA-Raumsonde Cassini beobachtet die Nachtseite von Saturns größtem Mond Titan und sieht, wie Sonnenlicht durch den Rand der Atmosphäre gestreut wird und so einen Farbring erzeugt. NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Die NASA-Mission New Horizons, die 2015 an Pluto vorbeiflog, entdeckte unerwartet, dass auch auf Pluto ein Dunst die gefrorene Oberfläche des Zwergplaneten verhüllt. Da Pluto, Titan und Triton Eiswelten mit Atmosphären reich an Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid sind, vermuteten Forscher, dass sie alle ähnliche Dunstschleier aufweisen könnten.
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Frühere Studien haben gezeigt, dass der Dunst auf Titan entstand, als ultraviolette Sonnenstrahlung chemische Reaktionen in der oberen Atmosphäre des Eismondes auslöste. Diese Reaktionen erzeugten einfache organische Verbindungen, die wiederum die Bildung zunehmend größerer und komplexerer organischer Moleküle ermöglichten.
Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass der Dunst auf Pluto und Triton möglicherweise einen völlig anderen Ursprung hat als der auf Titan. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie am 21. Dezember 2021 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.
Die NASA-Raumsonde Voyager 2 hat dunkle Streifen eingefangen, die von Geysiren auf der eisigen Oberfläche der Südpolregion des Tritons erzeugt werden. NASA/JPL
Als Forscher Computermodelle zur Dunstbildung analysierten, stellten sie fest, dass bei gleichen chemischen Reaktionen auf Pluto wie auf Titan nur etwa die Hälfte der in früheren Studien auf dem Zwergplaneten nachgewiesenen Dunstpartikelmenge entstehen würde. Da die Atmosphäre Plutos etwa 80 Grad Celsius kälter ist als die Titans, verlaufen die chemischen Prozesse dort langsamer.
In ihrer Studie schlagen Lavvas und seine Kollegen vor, dass Sonnenlicht, ähnlich wie auf Titan, in der oberen Atmosphäre des Pluto chemische Reaktionen auslöst, die zur Bildung einfacher Verbindungen wie Cyanwasserstoff führen – einem Molekül aus einem Wasserstoff-, einem Kohlenstoff- und einem Stickstoffatom. Ihre Modelle legen nahe, dass Cyanwasserstoff gefrieren und winzige Eispartikel bilden kann.
Wenn diese mikroskopisch kleinen Eispartikel unter dem Einfluss der Schwerkraft absinken, kondensieren andere Gase um sie herum und umhüllen sie. Daher bestehen die Dunstpartikel auf Pluto möglicherweise hauptsächlich aus verschiedenen Eisarten und nicht aus komplexeren organischen Verbindungen wie auf Titan. Wissenschaftler stellten fest, dass die Größe, Häufigkeit und Verteilung dieser Eispartikel in der Atmosphäre, wie sie von Computermodellen vorhergesagt werden, nahezu identisch mit der Größe der auf Pluto nachgewiesenen Dunstpartikel sind.
Die NASA-Raumsonde New Horizons hat dieses Bild des blauen Dunstes um den Zwergplaneten Pluto während ihres historischen Vorbeiflugs im Jahr 2015 aufgenommen. NASA/JHUAPL/SWRI/SPL
Die Forscher argumentieren zudem, dass diese Eispartikel auf Pluto weniger stark mit der einfallenden Sonnenenergie interagieren als die Dunstpartikel auf Titan. Daher spielen sie laut Lavvas eine geringere Rolle bei der Regulierung der Temperatur in Plutos Atmosphäre als bisher angenommen.
Was Triton betrifft, so sagen Wissenschaftler, dass seine Atmosphäre sogar noch kälter sein dürfte als die von Pluto.
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