Pluto, fotografiert im Vorbeiflug durch die Raumsonde New Horizons - der gefrorene See ist in der linken Bildhälfte sichtbar (siehe Text) (Quelle: NASA/JPL)

Ein See auf Pluto

Der Vorbeiflug der NASA-Raumsonde New Horizons zeigt uns Pluto als eine geologische aktive Welt, mit Gletschern, Flusstälern, einem mächtigen Stickstoff-Eisschild in der „Sputnik“ Ebene – und sogar einem gefrorenen (Stickstoff-) See! Das alles deutet darauf hin, dass Pluto zwischenzeitlich eine sehr viel dichtere Atmosphäre haben muss als heute: gelegentlich könnte deren Druck sogar einen Viertel von jenem der Erdatmosphäre erreichen.

Der Vorbeiflug von New Horizons am Zwergplaneten Pluto im letzten Juli hat einmal mehr gezeigt: nichts ist so überraschend, faszinierend und vielfältig wie die Wirklichkeit! Niemand hatte wirklich eine Ahnung, was uns bei Pluto erwarten würde. Viele Krater, vermutlich, vielleicht Spuren von Kryo-Vulkanismus wie auf dem grossen Neptun-Mond Triton.

Was wir nun gefunden haben, geht weiter darüber hinaus: ja, da sind Krater (siehe Bild oben), ja, es gibt Spuren von Kryovulkanismus. Aber da ist auch ein gewaltiges Einschlagbecken, das von einem dicken Stickstoff-Eispanzer überzogen ist (die linke Hälfte der „Herz-Region“ (Tombaugh regio, nach Clyde Tombaugh, dem Entdecker von Pluto), genannt „Sputnik Planum“ (Sputnik-Ebene)). Dieser Eispanzer ist wohl einige km dick und praktisch völlig kraterfrei – womit er jünger als etwa 10 Millionen Jahre sein muss. In geologischen Zeiträumen gedacht, ist das praktisch heute. Dies zeigt, dass Pluto trotz seiner geringen Grösse eine aktive Welt ist – seine Oberfläche verändert sich immer noch.

Nach ihrem Vorbeiflug wurde New Horizons gedreht, ein Blick zurück in Richtung Sonne – dies bestätigte, was man schon vermutet hatte: Pluto hat eine sehr dünne Atmosphäre. Mit einem Oberflächendruck in der Gegend von einem Pascal ist sie hunderttausendmal dünner als die Erdatmosphäre (und immer noch hundert Mal dünner als die Marsatmosphäre). Doch auf der Oberfläche finden sich nun Anzeichen dafür, dass sie zwischenzeitlich auch mal viel dichter sein muss: zum Beispiel ein geforener See.

Ein gefrorener Stickstoff-See auf Pluto.
Ein gefrorener Stickstoff-See auf Pluto (Quelle: NASA/JPL).

Natürlich handelt es sich bei der gefrorenen Substanz im See nicht um Wasser. Wie überall auf den Oberflächen der Welten im äusseren Sonnensystem ist es auch auf Pluto viel zu kalt, als dass Wasser in flüssiger Form existieren könnte. Stattdessen ist es am einfachsten, sich vorzustellen, dass Wasser auf diesen Welten eine Art von Gestein darstellt (aus Sicht eines fiktiven Pluto-Bewohners leben wir also auf einer Welt mit Lava-Ozeanen!). Es gibt also Berge aus Wassereis, Wassereis-Kiesel in Flüssen und Wassereis-Sedimente in Tiefebenen. Die Flüssigkeit, die diese Landschaftsformen schafft, ist flüssiger Stickstoff. Auf dem Saturn-Mond Titan gibt es flüssige Kohlenwasserstoffe, doch Pluto ist selbst für diese zu kalt – sie fallen deshalb als „Schnee“ in den Bergen (auf dem Bild des Sees sind sie als bräunliche Verfärbung der Berge zu erkennen).

Der Siedepunkt von Stickstoff liegt bei -196°C, der Schmelzpunkt bei -210°C. Gegenwärtig ist es auf Pluto nochmals kälter, etwa -230°C. Der Stickstoff auf Pluto ist deshalb heute in gefrorener Form. Aber der See zeigt, dass es Zeiten gegeben haben muss, in denen die Temperaturen höher lagen und in denen die Atmosphäre genügend Druck hatte, um flüssigen Stickstoff zuzulassen (ansonsten wäre er einfach ins Vakuum des Weltalls verdunstet). Auch Sputnik-Planum könnte sich unter solchen Bedingungen verflüssigen – diese Ebene allein enthält dabei genügend Stickstoff, um den Atmosphären-Druck auf Pluto auf bis zu einem Viertel bar (also ein Viertel der Erdatmosphäre, oder dem Druck auf der Reiseflughöhe eines Verkehrsflugzeugs) zu erhöhen. Das ist nicht so abwegig: der Saturn-Mond Titan hat gegenwärtig eine Stickstoff-Atmosphäre, deren Bodendruck mit 1.5 bar sogar jenen der Erde übersteigt.

Wie kann es auf Pluto zu höheren Temperaturen kommen? Pluto rotiert derzeit mit einer Achsenneigung von 122° – oder anders gesagt, seine Neigung beträgt 58° und er rotiert „rückwärts“. Dazu ist seine Bahn sehr exzentrisch, im nächsten Punkt seiner Annäherung an die Sonne (wenn er der Sonne näher ist als Neptun) ist er 29.7 AU von dieser entfernt, in der grössten Distanz sind es 49.3 AU. Die Richtung, in die seine Achse zeigt, wird von den anderen Planeten beeinflusst, und ändert sich im Verlauf der Jahrzehntausende. Wie bei der Erde (und ihrem Eiszeiten-Zyklus) sind deshalb bestimmte Kombinationen von Achsenneigung, Achsenrichtung und dem Zeitpunkt grösster Annäherung an die Sonne möglich, bei denen Pluto viel mehr Wärme von der Sonne aufnehmen kann als gegenwärtig. Wann immer diese Kombination auftritt, verdampft der Stickstoff auf Sputnik-Planum, bildet eine Atmosphäre. Mit der nächsten Abkühlung bilden sich erst Gewässer, Seen (wie der im Bild oben), und schliesslich (kraterfreie, neue) Eispanzer – und ein neuer Zyklus beginnt.

Quellen: Alan Stern: Masursky Lecture an der Lunar and Planetary Science Konferenz 2016 | Pluto: On Frozen Pond / NASA

2 comments

  1. Martin Lindemann says:

    Wäre echt erstaunlich, wenn sich in solch fernen Winkeln des Sonnensystems solche Dinge abspielen. Könnte man bei anderen Zwergplaneten wohl auch erwarten.

  2. Eris hat vermutlich eine ähnliche Oberflächenzusammensetzung wie Pluto, ist aber kälter (nicht zuletzt deshalb, weil sie so „weiss“ ist). Deshalb stellt sich die Frage, ob sie jemals warm genug wird, um einen ähnlichen Atmosphären-Zyklus durchzumachen (aber ausgeschlossen ist es nicht: in ihrem Perihel steigen die Temperaturen auf Eris über den Schmelzpunkt von Methan und Stickstoff). Denkbar ist ebenfalls, dass der Neptun-Mond Triton (der ja selbst vermutlich ein eingefangenes Kuipergürtel-Objekt ist) solche Atmosphären-Zyklen durchläuft: die Dichte seiner Atmosphäre hat sich seit dem Vorbeiflug der Voyager-Sonde im Jahr 1989 bereits erhöht.

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