Pluto ist der größte bekannte Zwergplanet im Sonnensystem. Früher galt er als neunter und sonnenfernster Planet. 2006 wurde sein Status herabgestuft. Dieser ungewöhnliche Himmelskörper befindet sich im Kuipergürtel – einer Region jenseits des Neptun, die mit Hunderttausenden von felsigen, eisigen Körpern gefüllt ist, die jeweils über 100 Kilometer Durchmesser haben, sowie mit einer Billion oder mehr Kometen. Plutos Status als Planet wurde 2006 durch die Herabstufung zum Zwergplaneten kontrovers diskutiert und löste in der Wissenschaft und der Öffentlichkeit heftige Debatten aus.
Der amerikanische Astronom Percival Lowell vermutete 1905 erstmals die Existenz des Pluto, nachdem er ungewöhnliche Abweichungen in den Umlaufbahnen von Neptun und Uranus beobachtet hatte. Lowell glaubte, es müsse einen weiteren Planeten geben, dessen Gravitation auf diese Eisriesen einwirkte und so Unregelmäßigkeiten in ihren Umlaufbahnen verursachte. 1915 sagte Lowell den Standort des mysteriösen Planeten voraus, starb jedoch 15 Jahre vor dessen Entdeckung. Pluto wurde 1930 von Clyde Tombaugh an der Lowell-Sternwarte entdeckt, basierend auf Vorhersagen von Lowell und anderen Astronomen.
Die erste Nahaufnahme von Pluto und einem seiner Monde. Pluto ist von Sonnenlicht umgeben, das von Charon reflektiert wird. NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute/NOIRLab
Pluto wurde von der elfjährigen Venetia Burney aus Oxford, England, benannt, die ihrem Großvater vorschlug, die neue Welt nach dem römischen Gott der Unterwelt zu benennen. Ihr Großvater gab den Namen später an das Lowell-Observatorium weiter. Der Name ehrt auch Percival Lowell, dessen Initialen die ersten beiden Buchstaben des Wortes „Pluto“ sind.
Lange Zeit galt Pluto als einzigartiges Objekt im Kuipergürtel. Doch mit zunehmenden Erkenntnissen über den Kuipergürtel (und den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter) entdeckten Astronomen die Existenz vieler plutoähnlicher Objekte. In mancher Hinsicht ähnelt Pluto sich selbst mehr als den anderen Planeten. Die Entdeckung all dieser neuen Objekte zwang Astronomen, den Begriff „Planet“ genauer zu definieren und Pluto einer bestimmten Kategorie zuzuordnen.
Eine zusammengesetzte Aufnahme aus farbverstärkten Bildern von Charon (oben links) und Pluto (unten rechts), aufgenommen von der NASA-Raumsonde New Horizons während ihres Vorbeiflugs im Jahr 2015. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Die drei Regeln, die Astronomen der Internationalen Astronomischen Union zur Definition eines Planeten aufgestellt haben, lauten: Ein Objekt muss die Sonne umkreisen; es muss massereich genug sein, um nahezu kugelförmig zu sein; und es muss seine Umlaufbahn von Objekten vergleichbarer Masse freimachen (es muss also seine Umlaufbahn gravitativ dominieren). Pluto erfüllt die ersten beiden Kriterien, aber nicht das dritte. Selbst einer seiner Monde, Charon, ist etwa halb so groß wie Pluto. Anstatt also der kleinste Planet zu sein, ist Pluto nun der „König“ der Zwergplaneten!
Astronomen vermuten, dass Pluto einen Gesteinskern besitzt. Darunter, aber noch tief im Inneren, befindet sich wahrscheinlich ein Ozean aus Wasser, der von einer weiteren Schicht aus gefrorenem Wassereis bedeckt ist. Die Oberflächenkruste besteht aus verschiedenen Eisarten, hauptsächlich Stickstoffeis, mit riesigen Wassereisbergen und Spuren von Methan- und Kohlenmonoxideis.
Wie die Kruste besteht auch Plutos Atmosphäre aus Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid. Sie enthält außerdem Dunstpartikel, die blaues Licht streuen. Diese Partikel entstehen in den oberen Atmosphärenschichten als ionisiertes Methan und Stickstoff. Durch Wechselwirkungen verbinden sich die Ionen zu komplexeren Molekülen und bilden eine äußere Hülle aus flüchtigen Eisarten. Mit zunehmender Masse dringen die Dunstpartikel in die Atmosphäre ein und lagern immer mehr Eis an. Dieser „Schnee“ fällt als rötlich-grauer Niederschlag auf Plutos Oberfläche.
Da Pluto so weit von der Erde entfernt ist, war bis 2015, als die NASA-Sonde New Horizons einen nahen Vorbeiflug an Pluto absolvierte, nur wenig über seine Größe und Oberflächenbeschaffenheit bekannt. New Horizons enthüllte, dass Plutos Durchmesser 2.370 km beträgt, weniger als ein Fünftel des Erddurchmessers und nur etwa zwei Drittel des Monddurchmessers.
Beobachtungen der Pluto-Oberfläche durch die Raumsonde New Horizons haben zahlreiche Oberflächenstrukturen enthüllt, darunter bis zu 3.500 Meter hohe Berge, vergleichbar mit den Rocky Mountains der Erde. Obwohl Methan- und Stickstoffeis einen Großteil der Pluto-Oberfläche bedecken, sind diese Materialien nicht stabil genug, um solch gewaltige Gipfel zu tragen. Wissenschaftler vermuten daher, dass die Berge auf einem Untergrund aus Wassereis entstanden sind.
Diese zusammengesetzte Aufnahme der NASA-Sonde New Horizons zeigt Plutos riesige Eisfläche, die Sputnik Planitia genannt wird. Der Rahmen markiert die Position weiterer Detailaufnahmen des Gletschers. NASA/JHUAPL/SwRI
Die Oberfläche des Pluto ist ebenfalls von einer dicken Schicht Methaneis bedeckt, doch die Wissenschaftler der New-Horizons-Sonde beobachteten deutliche Unterschiede in der Art und Weise, wie dieses Eis das Licht von der Oberfläche des Zwergplaneten reflektiert. Der Zwergplanet weist zudem eisige Grate auf, die an Schlangenhaut erinnern; Astronomen stellten Ähnlichkeiten zu den sogenannten „Penitentes“ fest, Erosionsformen in Hochgebirgen der Erde. Die Strukturen auf Pluto sind deutlich größer; ihre Höhe wird auf 500 Meter geschätzt, während die entsprechenden Strukturen auf der Erde nur wenige Meter hoch sind.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Pluto-Oberfläche ist eine große, herzförmige Region, die informell als Tombaugh Regio (nach Clyde Tombaugh; „regio“ ist das lateinische Wort für Region) bekannt ist. Die linke Seite dieser Region (die eistütenförmige Region) ist mit Kohlendioxideis bedeckt. Weitere Variationen in der Zusammensetzung der Oberflächenmaterialien wurden innerhalb des „Herzens“ von Pluto entdeckt.
Im Zentrum und im linken Teil der Tombaugh Regio liegt eine sehr flache Region, die vom Team der New Horizons-Mission inoffiziell nach dem ersten künstlichen Satelliten der Erde, Sputnik, als „Sputnik Planitia“ bezeichnet wird. Diese Region auf der Oberfläche des Pluto weist keine Einschlagkrater auf, was darauf hindeutet, dass sie geologisch sehr jung ist – nicht älter als 100 Millionen Jahre. Es ist möglich, dass diese Region noch immer durch geologische Prozesse geformt und umgestaltet wird.
Diese eisigen Ebenen weisen zudem mehrere Kilometer lange dunkle Streifen auf, die sich in eine Richtung erstrecken. Diese Linien wurden wahrscheinlich durch starke Winde geformt, die über die Oberfläche des Zwergplaneten wehen.
Die untergehende Sonne beleuchtet den Dunst oder Nebel nahe der Oberfläche von Pluto in diesem kleinen Ausschnitt eines Bildes, das die NASA-Sonde New Horizons am 14. Juli 2015 aufnahm, als sie sich 18.000 Kilometer (11.000 Meilen) vom Zwergplaneten entfernt befand. Das Bild zeigt eine Landmasse von 185 Kilometern (115 Meilen) Breite. NASA/JHUAPL/SwRI
Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat außerdem Hinweise darauf gefunden, dass die Kruste des Pluto komplexe organische Moleküle enthalten könnte.
Die Oberfläche des Pluto zählt zu den kältesten Orten im Sonnensystem. Die Temperaturen können dort auf minus 226 bis minus 240 Grad Celsius sinken. Vergleiche von Bildern des Pluto, die vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden, mit früheren Aufnahmen zeigen, dass der Zwergplanet im Laufe der Zeit rötlicher geworden zu sein scheint, vermutlich aufgrund jahreszeitlicher Veränderungen.
Pluto könnte einen unterirdischen Ozean besitzen, obwohl es dafür derzeit noch keine Beweise gibt. Existierte ein solcher Ozean, hätte er Plutos Geschichte maßgeblich beeinflusst. So entdeckten Wissenschaftler beispielsweise, dass die Sputnik-Planitia-Zone Plutos Ausrichtung aufgrund der dortigen Eismassen veränderte. Diese waren so massiv, dass sie Pluto als Ganzes beeinflussten; die Raumsonde New Horizons schätzte die Eisdicke auf etwa 10 Kilometer. Ein unterirdischer Ozean sei die beste Erklärung für diese Beobachtungen, fügten die Forscher hinzu. Weniger wahrscheinliche Szenarien wären jedoch auch eine dickere Eisschicht oder Gesteinsbewegungen als Ursache denkbar. Hätte Pluto tatsächlich einen flüssigen Ozean und ausreichend Energie besessen, glauben einige Wissenschaftler, dass dort Leben hätte existieren können.
Plutos stark elliptische Umlaufbahn kann ihn mehr als 49-mal weiter von der Sonne entfernen als die Erde. Da die Umlaufbahn des Zwergplaneten so exzentrisch – also alles andere als kreisförmig – ist, kann Plutos Entfernung zur Sonne erheblich schwanken. Tatsächlich kommt der Zwergplanet alle 248 Erdenjahre 20 Jahre näher an die Sonne heran als Neptun, was Astronomen eine seltene Gelegenheit bietet, diese kleine, kalte und ferne Welt zu erforschen. Plutos Rotation ist im Vergleich zu anderen Himmelskörpern im Sonnensystem retrograd: Er dreht sich in die entgegengesetzte Richtung, von Osten nach Westen.
Die NASA-Raumsonde New Horizons richtete ihren Blick 15 Minuten nach ihrer größten Annäherung an Pluto am 14. Juli 2015 zurück zur Sonne und fing diese Aufnahme der eisigen Berge und flachen Eisflächen des Zwergplaneten kurz vor Sonnenuntergang ein. Das Bild entstand aus einer Entfernung von 18.000 Kilometern zu Pluto; der Bildausschnitt ist 1.250 Kilometer breit. NASA/JHUAPL/SwRI
Aufgrund dieser Umlaufbahn kreuzte Pluto, nachdem er 20 Jahre lang der achte Planet (in der Reihenfolge der Entfernung von der Sonne) gewesen war, im Jahr 1999 die Umlaufbahn des Neptun und wurde damit zum sonnenfernsten Planeten (bis er zum Zwergplaneten herabgestuft wurde).
Einige Parameter von Pluto laut NASA:
Atmosphärische Zusammensetzung: Methan, Stickstoff. Beobachtungen der Raumsonde New Horizons zeigen, dass sich Plutos Atmosphäre bis zu 1.600 km über die Oberfläche des Zwergplaneten erstreckt.
Magnetfeld: Es ist noch nicht bekannt, ob Pluto ein Magnetfeld besitzt. Die geringe Größe und die langsame Rotation des Zwergplaneten deuten jedoch darauf hin, dass er nur ein schwaches oder gar kein Magnetfeld hat.
Chemische Zusammensetzung: Pluto besteht wahrscheinlich aus einer Mischung aus 70 Prozent Gestein und 30 Prozent Wassereis.
Innerer Aufbau: Der Zwergplanet besitzt vermutlich einen Gesteinskern, der von einem Mantel aus Wassereis umgeben ist. Exotischere Eisarten wie Methan-, Kohlenmonoxid- und Stickstoffeis bedecken die Oberfläche.
Durchschnittliche Entfernung zur Sonne: 5.906.380.000 km (3.670.050.000 Meilen) – das 39.482-fache der Entfernung zur Erde.
Perihel (nächster Punkt zur Sonne): 2.755.773.000 Meilen (4.434.987.000 km) – 30,151-mal so weit wie die Erde.
Aphel (größter Punkt von der Sonne): 4.538.698.000 Meilen (7.304.326.000 km) – 48,023-mal so weit wie die Erde.
Pluto hat fünf Monde: Charon, Styx, Nix, Kerberos und Hydra, wobei Charon Pluto am nächsten und Hydra am weitesten entfernt ist.
Wenn sich Pluto der Sonne nähert, schmilzt sein Oberflächeneis und bildet vorübergehend eine dünne Atmosphäre, die hauptsächlich aus Stickstoff und etwas Methan besteht. Plutos geringe Schwerkraft, die nur etwas mehr als ein Zwanzigstel der Erdschwerkraft beträgt, bewirkt, dass sich diese Atmosphäre viel höher ausdehnt als die der Erde. Man geht davon aus, dass Plutos Atmosphäre mit zunehmender Entfernung von der Sonne größtenteils gefriert und nahezu verschwindet. Doch selbst wenn Pluto eine Atmosphäre besitzt, scheint es dort starke Winde zu geben. Die Atmosphäre unterliegt außerdem Helligkeitsschwankungen, die durch Gravitationswellen oder Luftströmungen über Gebirgen erklärt werden könnten.
Eine Nahaufnahme eines Fotos, aufgenommen von der NASA-Sonde New Horizons am 14. Juli 2015, als sie sich nur 18.000 Kilometer von Pluto entfernt befand. Das 380 Kilometer breite Bild, aufgenommen kurz vor Sonnenuntergang, zeigt zerklüftete, eisige Berge mit einer Höhe von bis zu 3.500 Metern und weite, flache Ebenen. NASA/JHUAPL/SwRI
Obwohl Plutos Atmosphäre heute zu dünn ist, als dass Flüssigkeiten fließen könnten, könnten sie in der Antike über seine Oberfläche geflossen sein. Die Raumsonde New Horizons fotografierte einen zugefrorenen See in der Tombaugh Regio, in dessen Nähe sich vermutlich antike Kanäle befanden. In der Antike war die Atmosphäre des Planeten möglicherweise etwa 40-mal dichter als die des Mars.
Im Jahr 2016 gaben Wissenschaftler bekannt, dass sie mithilfe von Daten der Raumsonde New Horizons möglicherweise Wolken in der Pluto-Atmosphäre entdeckt haben. Die Forscher beobachteten sieben helle Objekte nahe dem Terminator (der Grenze zwischen Tag und Nacht), wo sich typischerweise Wolken bilden. Alle diese Objekte befinden sich in geringer Höhe und sind annähernd gleich groß, was darauf hindeutet, dass es sich um unterschiedliche Objekte handelt. Die Zusammensetzung dieser Wolken, sofern es sich tatsächlich um Wolken handelt, besteht wahrscheinlich aus Acetylen, Ethan und Cyanwasserstoff.
1978 entdeckten Astronomen einen sehr großen Mond um Pluto, der fast halb so groß ist wie der Zwergplanet selbst. Dieser Mond wurde Charon genannt, nach dem mythologischen Dämon, der in der griechischen Mythologie Seelen in die Unterwelt entführte.
Diese Illustration zeigt Pluto und seinen größten Mond Charon. NASA/Robert Lea
Da Charon und Pluto eine sehr ähnliche Größe haben, unterscheiden sich ihre Umlaufbahnen von denen der meisten Planeten und ihrer Monde. Beide umkreisen einen Punkt im Raum, der zwischen ihnen liegt, ähnlich den Umlaufbahnen von Doppelsternsystemen. Aus diesem Grund bezeichnen Wissenschaftler Pluto und Charon als Doppelzwergplaneten, Doppelplaneten oder Doppelsternsystem.
Pluto und Charon sind nur 19.640 km voneinander entfernt, weniger als die Flugstrecke zwischen London und Sydney. Charon umkreist Pluto einmal alle 6,4 Erdtage, und Pluto umkreist ihn ebenfalls einmal alle 6,4 Erdtage – ein Plutonischer Tag. Das liegt daran, dass Charon immer denselben Punkt auf Plutos Oberfläche umkreist und ihm daher stets dieselbe Seite zuwendet – ein Phänomen, das als gebundene Rotation bekannt ist.
Pluto hat einen rötlichen Schimmer, Charon hingegen erscheint eher grau. In seinen frühen Jahren beherbergte der Mond möglicherweise einen Ozean unter seiner Oberfläche, der heute aber vermutlich nicht mehr existiert. Im Vergleich zu den meisten Planeten und Monden des Sonnensystems ist das Pluto-Charon-System gegenüber der Sonne seitlich geneigt.
Beobachtungen des Mondes Charon durch die Raumsonde New Horizons enthüllten Schluchten auf seiner Oberfläche. Die tiefste dieser Schluchten reicht 9,7 Kilometer in die Tiefe. Ein langer Streifen aus Gestein und Senken erstreckt sich über 970 Kilometer quer durch die Mitte des Mondes. Ein Bereich der Mondoberfläche nahe einem Pol ist mit einem deutlich dunkleren Material bedeckt als der Rest des Planeten. Ähnlich wie in einigen Regionen des Pluto ist ein Großteil der Oberfläche Charons kraterfrei, was darauf hindeutet, dass sie relativ jung und geologisch aktiv ist. Wissenschaftler haben Spuren von Erdrutschen auf seiner Oberfläche entdeckt – die ersten derartigen Phänomene im Kuipergürtel. Auch auf unserem Mond könnte es eine Art Plattentektonik gegeben haben, die auf der Erde geologische Veränderungen verursacht.
Im Jahr 2005 fotografierten Wissenschaftler Pluto mit dem Hubble-Weltraumteleskop im Vorfeld der New-Horizons-Mission und entdeckten dabei zwei weitere kleine Monde des Pluto, die heute Nix und Hydra genannt werden. Diese Monde sind zwei- bzw. dreimal so weit von Pluto entfernt wie Charon. Laut Messungen von New Horizons ist Nix schätzungsweise 42 Kilometer lang und 32 Kilometer breit, während Hydra 55 Kilometer lang und 113 Kilometer breit ist. Die Oberfläche von Hydra ist vermutlich größtenteils mit Wassereis bedeckt.
Im Jahr 2011 entdeckten Wissenschaftler mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops einen vierten Mond, Kerberos. Dieser Mond hat die Form zweier Lappen: Der größere Lappen misst etwa 8 km im Durchmesser, der kleinere etwa 5 km. Am 11. Juli 2012 wurde ein fünfter Mond, Styx (mit einem geschätzten Durchmesser von 10 km), entdeckt, was die Debatte um den Planetenstatus des Pluto weiter anheizte.
Dieses Bild von Plutos kleinem Mond Kerberos entstand durch die Kombination von vier Aufnahmen, die die NASA-Raumsonde New Horizons am 14. Juli 2015 aus einer Entfernung von 396.100 Kilometern (245.600 Meilen) von Kerberos gemacht hat. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Die gängigste Hypothese zur Entstehung von Pluto und Charon besagt, dass der junge Pluto durch einen Streifschuss eines anderen, etwa plutogroßen Objekts entstand. Laut dieser Hypothese bildete der größte Teil des dabei entstehenden Materials Pluto, während sich der Rest abspaltete und Charon formte. Die anderen vier Monde könnten bei derselben Kollision wie Charon entstanden sein.
Die NASA-Mission New Horizons ist die erste Sonde, die Pluto, seine Monde und andere Planeten des Kuipergürtels aus nächster Nähe erforscht. Die Sonde startete im Januar 2006 und näherte sich Pluto erfolgreich am 14. Juli 2015.
Die Raumsonde New Horizons transportiert einen Teil der Asche von Clyde Tombaugh, dem Entdecker des Pluto.
Die begrenzten Kenntnisse über das Pluto-System bargen beispiellose Risiken für die Raumsonde New Horizons. Vor dem Start der Mission kannten Wissenschaftler nur drei Monde des Pluto. Die Entdeckung von Kerberos und Styx während des Fluges bestärkte die Annahme, dass weitere, von der Erde aus unsichtbare Monde den Zwergplaneten umkreisen könnten. Kollisionen mit diesen unsichtbaren Monden oder selbst mit kleinen Trümmerteilen hätten die Raumsonde schwer beschädigen können. Das New-Horizons-Team rüstete die Sonde jedoch während ihres Fluges mit Schutzmaßnahmen aus.
Künstlerische Darstellung der NASA-Raumsonde New Horizons. NASA/JHUAPL/SwRI
Im Oktober 2021 schrieb die Raumsonde New Horizons Geschichte, indem sie die ersten Nahaufnahmen von Pluto und seinen Monden aufnahm.
Als die NASA-Sonde New Horizons 2015 an Pluto vorbeiflog, enthüllte sie eine atemberaubende Welt aus Eis und Dunst, geformt durch verschiedene geologische Prozesse. Dies deutete darauf hin, dass ein Ozean in der jüngeren Geschichte des Zwergplaneten eine Rolle gespielt haben könnte. Die Fülle an wissenschaftlichen Entdeckungen hat Forscher dazu angeregt, ein Jahrzehnt nach dem Vorbeiflug der Sonde einige der Geheimnisse dieser kleinen Welt zu lüften.
„Es gibt noch viele offene Fragen“, sagte Carly Howett, Planetenforscherin an der Universität Oxford und Mitglied des New-Horizons-Teams, auf der Konferenz „Fortschritte im Verständnis der Pluto-Mission: 10 Jahre nach dem Vorbeiflug“ in Laurel, Maryland. Mit diesen Fragen im Hinterkopf haben Howett und ihre Kollegen die nächste Mission konzipiert, in der Hoffnung, einige der Geheimnisse des Pluto endlich zu lüften.
Eine Infografik, die die Eigenschaften von Plutos Oberfläche, Mantel und Kern veranschaulicht. Future/Wikimedia Commons
Eine solche Mission zur Erforschung der äußeren Bereiche des Sonnensystems würde mehrere Jahrzehnte dauern. Bis zur Genehmigung ist es jedoch noch ein weiter Weg. „Diese Mission könnte mehr als 50 Jahre dauern und technische, operative und datenanalytische Herausforderungen mit sich bringen, die es so noch nie gegeben hat“, schrieb Howett in einer 2021 im Planetary Science Journal veröffentlichten Studie, in der er das Missionskonzept detailliert beschrieb.
Für die Rückmission zum Zwergplaneten wählten Howett und ihre Kollegen den Namen Persephone, nach Plutos Frau und der „Königin der Unterwelt“ in der griechischen Mythologie.
„Da Pluto nach dem römischen Gott der Unterwelt benannt ist und wir einen weiblichen Namen wollten, der die Vielfalt unseres Teams widerspiegelt, in dem viele Frauen Führungspositionen innehaben, erschien uns dieser Name angemessen“, schrieb Howett.
Persephone wird mit elf Instrumenten ausgestattet sein, die alle auf denen früherer Missionen basieren, jedoch mit einigen Modifikationen. Die Hauptfrage, die die Sonde beantworten soll, ist, ob Pluto einen unterirdischen Ozean besitzt.
Die Oberfläche des Pluto, aufgenommen von der NASA-Raumsonde New Horizons während ihres Vorbeiflugs im Juli 2015. NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
Wäre diese Frage vor dem Vorbeiflug von New Horizons gestellt worden, hätten die meisten Wissenschaftler sie für unwahrscheinlich gehalten. Zwar besitzen viele Eiswelten anfänglich eine Wasserschicht, doch diese gefriert mit der Zeit. Damit dieser Ozean über die 4,5 Milliarden Jahre des Sonnensystems flüssig bleibt, muss er warm bleiben.
Manche Monde verformen sich ständig und interagieren gravitativ mit ihrem Zentralplaneten und benachbarten Monden, um zu verhindern, dass ihre Ozeane gefrieren. Charon, Plutos größter Mond, ist fast so massereich wie Pluto selbst; sie werden oft als „Doppelplanet“ bezeichnet (obwohl keiner von beiden die Kriterien für einen Planeten erfüllt). Wissenschaftler vermuten, dass Charon Pluto möglicherweise warm halten könnte, wenn sein Ozean genügend Nicht-Wasser enthielte, um dessen Gefrierpunkt zu senken.
Die NASA-Raumsonde New Horizons hat eine höher auflösende Version des Bildes von Plutos Mond Charon zur Erde gesendet. Die erste Aufnahme stammt vom 14. Juli 2015. Veröffentlichung: 10. September 2015. NASA Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute
Erst als New Horizons die überraschend junge, nur leicht verkraterte Oberfläche des Pluto entdeckte, begannen die meisten Wissenschaftler, die Möglichkeit eines Ozeans in Betracht zu ziehen (obwohl einige dies bereits vor der Ankunft der Raumsonde getan hatten). New Horizons untersuchte Pluto nur wenige Stunden lang detailliert, beobachtete den Zwergplaneten aber mehrere Monate vor und nach seiner größten Annäherung.
Persephone hingegen plante, die winzige Welt nur drei Jahre lang zu umkreisen, was längere Beobachtungen aus nächster Nähe ermöglichte.
Persephone wird die Form des Pluto untersuchen und nach Anzeichen einer markanten, versteinerten Ausbuchtung suchen – einer Art „Bierbauch“, der entsteht, wenn die Schwerkraft an der Masse des Planeten zieht. Solche Ausbuchtungen bilden sich leichter, wenn die Schichten flüssig sind und gefrieren können. New Horizons hat eine solche Ausbuchtung nicht entdeckt, aber Persephone wird ein empfindlicheres Instrument mitführen, das eine detailliertere Untersuchung ermöglichen wird.
Dieses Bild der NASA-Raumsonde New Horizons zeigt einen 350 Kilometer breiten Bereich auf Pluto mit stark unterschiedlichen Oberflächenreflexionswerten und geologischer Topographie. Veröffentlicht am 10. September 2015. NASA Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute
Persephone wird außerdem versuchen, die Zusammensetzung von Pluto und Charon mithilfe von Gravitations- und Geländemessungen zu bestimmen, die denen auf Saturns Mond Enceladus ähneln, und möglicherweise die Dicke ihrer inneren Eisschichten zu berechnen.
Pluto befindet sich in einem säkularen Winter, und Persephone wird mitten in dieser Phase eintreffen. Ein Großteil des Zwergplaneten wird in Dunkelheit gehüllt sein, weshalb die Mission Instrumente benötigt, die durch den Schleier hindurchsehen können. Kameras werden eine detailliertere Karte der gesamten Planetenoberfläche in verschiedenen Wellenlängen erstellen, einschließlich der Hälfte, die während des Vorbeiflugs von New Horizons verdeckt war. Die Kameras werden nach Hotspots suchen, Anzeichen anhaltender Aktivität und Eruptionen, die auf ein warmes Inneres hindeuten könnten, sowie nach Anzeichen von Oberflächenveränderungen seit den Beobachtungen von 2015. Sie werden außerdem eine detailliertere Kraterzählung auf Pluto und Charon liefern und Wissenschaftlern so helfen, die Aktivität des Kuipergürtels im Laufe der Jahre besser zu verstehen.
Diese perspektivische Ansicht von Pluto, basierend auf den neuesten hochauflösenden Bildern der NASA-Raumsonde New Horizons, vermittelt den Eindruck, aus etwa 1.800 Kilometern Höhe auf Pluto herabzublicken. Veröffentlicht am 10. September 2015. NASA Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute
Obwohl das Sonnensystem reich an Eiswelten ist, weisen sowohl Pluto als auch Charon ungewöhnliche Oberflächenmerkmale auf. In der Tartarus-Dorsa-Region von Pluto bedecken Eisschichten aus Methaneis die Oberfläche. Wissenschaftler vermuten, dass diese Gipfel durch Sublimation entstanden sind, also beim schlagartigen Übergang von Methan vom festen in den gasförmigen Zustand. Dies ist jedoch noch nicht endgültig bewiesen. Charon besitzt einen seltsamen Eisberg, der in einen gefrorenen Graben eingebettet ist – ein einzigartiges Merkmal unter den Eisgipfeln. Beide Oberflächen sind von exotischen Eisarten bedeckt, und das Verständnis ihrer Eigenschaften in den eisigen Temperaturen von Pluto wird ein zentraler Bestandteil der Mission sein.
1988 entdeckten Astronomen eine dünne Atmosphäre um Pluto, deren Zusammensetzung ihnen jedoch unbekannt blieb. Die Sonde New Horizons beantwortete diese Fragen nicht nur, sondern warf auch neue auf. Interessanterweise scheint Pluto langsam einen Teil seiner Atmosphäre auf Charon abzugeben, wodurch ein markanter roter Pol entsteht, der die Hemisphären im Laufe der Zeit verschieben könnte. Eines der Hauptziele der Sonde Persephone ist die direkte Bestimmung der atmosphärischen Zusammensetzung mittels Massenspektrometrie.
Persephone wird auch den Weltraum um den kleinen Planeten Pluto erforschen. Pluto ist so weit entfernt, dass das Sonnenlicht nur 5,5 Stunden benötigt, um ihn zu erreichen. Von Pluto aus erscheint die Sonne als winziger Punkt am Himmel.
Die NASA-Raumsonde New Horizons hat dieses Bild eines 470 Kilometer breiten (300 Meilen breiten) Gebiets mit zerklüftetem, unebenem Gelände am Rand der Sputnik Planitia (nicht der offizielle Name) aufgenommen. Veröffentlicht am 10. September 2015. NASA Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute.
Charon wird nicht der einzige Mond sein, der im Rahmen der Mission beobachtet wird. Der Startzeitpunkt von Persephone wird darüber entscheiden, wie viele kleinere Monde die Sonde beobachten kann, aber voraussichtlich werden vier weitere Monde sichtbar sein.
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Die Raumsonde New Horizons hat auf Nix, Hydra und Kerberos Wassereisbänder sowie auf Nix und Hydra Spuren von Ammoniak nachgewiesen. Persephone wird detailliertere Spektren dieser drei Monde sowie von Styx aufnehmen und versuchen, den Anteil der Trümmer auf ihrer Oberfläche – zusammen mit der von Charon – zu bestimmen, die von der Kollision stammen, bei der sie vermutlich entstanden sind. Die besten Beobachtungen der kleinen Monde werden voraussichtlich vom eng umkreisenden Styx, die schlechtesten von Plutos äußerstem Mond Hydra geliefert. Ein Vorbeiflug an Kerberos oder Hydra ist möglicherweise möglich, abhängig vom Startzeitpunkt der Mission und dem Erreichen von Pluto.
Persephone wird etwas mehr als drei Erdenjahre auf Pluto verweilen. Während dieser Zeit wird das Raumschiff in der Lage sein, das Doppelsternsystem zu umkreisen und schließlich zu entkommen.
Dieses Mosaik, zusammengesetzt aus hochauflösenden Aufnahmen des Pluto, die von der NASA-Raumsonde New Horizons zwischen dem 5. und 7. September 2015 aufgenommen wurden, zeigt die eisige Ebene Sputnik Planum, die helle Region im Zentrum. NASA Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute
Eine einjährige Missionsverlängerung ermöglicht es der Raumsonde, ein weiteres Objekt des Kuipergürtels zu besuchen, ähnlich wie New Horizons nach ihrem Vorbeiflug an Pluto Arrokoth ansteuerte. Die Verlängerung hängt von Start- und Ankunftszeit ab, könnte aber wertvolle Informationen über die Überreste aus der Entstehungszeit des Sonnensystems liefern. Dies hätte bedeutende wissenschaftliche Vorteile, da die große Entfernung der Kuipergürtelobjekte ihre Erforschung von der Erde aus erschwert.
Eine Rückkehr zum Pluto wäre kein planloses Unterfangen. Während die erste Reise von New Horizons weniger als zehn Jahre dauerte, würden veränderte Planetenkonstellationen bedeuten, dass eine Folgemission gut 27,5 Jahre dauern und fünf NGRTGs (Next-Generation Radioisotope Thermoelectric Generators) erfordern würde – nukleare Batterien, die den Zerfall radioaktiver Materialien zur Energieversorgung des Raumfahrzeugs nutzen. Eine lange Missionsdauer würde mehrere NGRTGs benötigen, um die Wärme in den eisigen Temperaturen des Weltraums aufrechtzuerhalten. Dies ist eine große Herausforderung, insbesondere da Plutonium für die Raumfahrt nach wie vor knapp ist. Das aktuelle Ziel der NASA ist die Produktion von 1,5 Kilogramm Plutonium pro Jahr; die derzeitigen RITTGs (Radioisotope Thermoelectric Generators) benötigen 4,8 Kilogramm.
Dies würde erhebliche Investitionen in Plutonium für die Erforschung der äußeren Planeten erfordern. Auch finanzielle Investitionen wären notwendig. Laut Howett belaufen sich die geschätzten Kosten der Persephone-Mission auf 3 Milliarden US-Dollar.
Eine schräge Gegenlichtaufnahme einer New-Horizons-Bilder zeigt Eis (wahrscheinlich gefrorenen Stickstoff), das von den Bergen des Pluto durch Täler (rote Pfeile) auf die Ebene Sputnik Planitia fließt. Die „Fließfront“ ist in diesem Bild durch blaue Pfeile gekennzeichnet und erstreckt sich über eine Breite von 630 Kilometern. NASA Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University/Southwest Research Institute
Die für eine fünfzigjährige Mission konzipierte Raumsonde ist mit mehreren Backup-Systemen ausgestattet. Stern merkte jedoch an, dass dies trotz der langen Lebensdauer nicht ungewöhnlich sei. Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA ist nach 35 Jahren immer noch in Betrieb, ebenso wie die vor 48 Jahren gestarteten Raumsonden Voyager 1 und 2.
Eine weitere Herausforderung für die Persephone-Mission betrifft die beteiligten Personen. Angesichts der potenziellen Missionsdauer von 50 Jahren schätzen Forscher, dass Persephone ein Projekt sein wird, an dem drei Generationen von Wissenschaftlern beteiligt sein werden, die sich im Laufe ihrer Karrieren ablösen. Wissen und Ausbildung müssen von Generation zu Generation weitergegeben werden. Laut Stern war die Verzögerung bei der Rekrutierung von Teilnehmern einer der schwierigsten Aspekte bei der Planung der New-Horizons-Mission.
Dieses Bild der Raumsonde New Horizons zeigt Eis (wahrscheinlich gefrorenen Stickstoff), das von den Bergen des Pluto durch Täler (rote Pfeile) auf die Ebene Sputnik Planitia fließt. Die „Fließfront“ ist in diesem Bild durch blaue Pfeile gekennzeichnet und erstreckt sich über eine Breite von 630 Kilometern. NASA/JHUAPL/SwRI
Von 2029 bis 2032 wird es jedes Jahr Möglichkeiten geben, das Raumschiff zu starten. Danach wird die Umlaufbahn des Jupiters weitere Startmöglichkeiten für ein ganzes Jahrzehnt ausschließen.
Persephone war Teil der Planetary Mission Concept Study der NASA, die eine Reihe von Projekten finanziert, um durch eine zehnjährige Studie Entscheidungen über potenzielle zukünftige Missionen zu unterstützen.
Doch rechnen Sie nicht damit, dass Persephone bald fliegen wird: Allein der Energiebedarf könnte eine offizielle Aufnahme in das Programm verhindern. Howetts Missionsvorschlag war einer von mehreren, die für die zehnjährige NASA-Studie zu zukünftigen Missionsprioritäten und -perspektiven eingereicht wurden.
Die Raumfahrtbehörde arbeitet jedoch weiterhin an der Verbesserung der RTGs und der zugehörigen Technologien. Howett hofft, dass der fortlaufende technologische Fortschritt die Erfolgsaussichten der Mission verbessern wird.
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