Pluto: Die New-Horizons-Revolution

Sonden wie New Horizons bringen die Erforschung unseres Sonnensystems voran - und nicht eine bemannte Mission zum Mars, meint Daniel Lingenhöhl.

von Daniel Lingenhöhl

Pluto: Bekam 2015 Besuch — © NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (Ausschnitt)

Vor zehn Jahren begann eine Mission, die unser Bild von Pluto ohne Übertreibung revolutionierte: Am 20. Januar 2006 startete die NASA-Sonde New Horizons auf ihren Flug zum Zwergplaneten, dem viele Menschen heute nur zu gerne wieder seinen alten Status als Planet zurückgeben würden – und sei es nur ehrenhalber. Denn die detailreichen Bilder, die der Raumflugkörper seit seinem Anflug und der Passage zur Erde gesendet hat, sind einfach spektakulär. Sie zeigen einen lebendigen Pluto mit vielseitigen und dynamischen Landschaften, von denen vor allem das "Herz" Begeisterung weckte. Sie erfasste selbst Menschen, die normalerweise wenig mit Astronomie oder der Erforschung des Sonnensystems am Hut haben.

Weltweit war New Horizons' Vorbeiflug im Juli 2015 ein Medienereignis: Das erste Porträt des Zwergplaneten aus der Nähe schaffte es auf die Titelseiten vieler Zeitungen. Damit steht es in einer Reihe mit der ersten mehr oder weniger geglückten Landung einer Sonde auf einem Kometen, denn auch das Schicksal der ESA-Sonde Rosetta und ihrem Lander Philae im November 2014 fesselten eine große Zahl an Interessierten weit über die Gemeinde der Astronomen hinaus. Die Daten und Bilder zum Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko vertiefen und erweitern unser Bild des Sonnensystems ebenso wie das Material, das New Horizons zu Pluto und seinen Monden lieferte. Sie werden Wissenschaftler noch auf Jahre hinaus beschäftigen, und beide Missionen sind noch lange nicht beendet: Rosetta arbeitet noch bis September weiter und soll dann gezielt auf 67P abstürzen, New Horizons ist unterwegs zum Kuipergürtelobjekt 2014 MU69 und erreicht dieses 2019. Zudem übermittelt New Horizons bis Ende dieses Jahres noch Bilder und Messdaten seines Vorbeiflugs im Juli 2015, bislang ist noch weniger als die Hälfte aller Daten eingetroffen.

Eisige Täler in der Nähe des Pluto-Nordpols | In den hohen nördlichen Breiten des Zwergplaneten Pluto finden sich zahlreiche Täler, die wohl auf tektonische Bewegungen in dessen Eiskruste zurückgehen. Das größte Tal hat eine Breite von rund 75 Kilometern und reicht annähernd bis zum Nordpol. In dieser Region zeigen sich auch zahlreiche Einsenkungen, die hier rötlich erscheinen und bis zu vier Kilometer tief sind. Manche von ihnen erreichen Durchmesser von rund 70 Kilometern. Vielleicht schmolz hier im Untergrund Eis, so dass die Deckschicht darüber einbrach und diese Strukturen bildete. Das Gebiet wird inoffiziell Lowell Regio genannt, nach dem US-amerikanischen Astronomen Percival Lowell, der das nach ihm benannte Observatorium gründete. An diesem ging der Entdecker von Pluto, Clyde Tombaugh, seiner Suche nach Objekten jenseits der Neptunbahn nach. Die Aufnahme entstand am 14. Juli 2015 mit der Farbkamera Ralph aus einem Abstand von 34000 Kilometern zur Pluto-Oberfläche. Es erreicht eine Auflösung von 680 Metern pro Bildpunkt und ist hier in Falschfarben wiedergegeben. Für das menschliche Auge würde dieser Teil der Oberfläche eher lachsrosa erscheinen.

Ein großer Grabenbruch auf dem Plutomond Charon | Auf der Oberfläche des Plutomonds Charon befinden sich zahlreiche Grabenbrüche, die auf eine Dehnung der Kruste in der frühen Vergangenheit dieses Himmelskörpers hindeuten. Der hier gezeigte Ausschnitt trägt die die inoffizielle Bezeichnung "Serenity Chasma". Er ist Teil einer Bruchzone, die sich mindestens 1800 Kilometer über die Oberfläche entlang zieht. An manchen Stellen ist der Grabenbruch bis zu 7,5 Kilometer gegenüber der umgebenden Kruste eingesenkt. Planetenforscher vermuten, dass Charon kurz nach seiner Entstehung einen unterirdischen Wasserozean besaß, als sein Inneres durch die Zerfallswärme kurzlebiger radioaktiver Elemente aufschmolz. Als Charon immer mehr abkühlte, gefror dieser Ozean. Das dabei entstehende Wassereis dehnte sich aus und überdehnte die darüber liegende Kruste so stark, bis sie schließlich einriss und Teil von ihr in Grabenbrüchen absanken.

Eine erste geologische Karte der Pluto-Oberfläche | Eine erste geologische Karte eines Ausschnitts der Pluto-Oberfläche zeigt die inoffiziell Sputnik Planum genannte Region. Die Karte erstreckt sich über eine Länge von 2070 Kilometern. Die Farben kodiewren unterschiedliche geologische Einheiten. Die schwarzen Linien im hellsten Teil von Sputnik Planum zeichnen die Grenzen der zellenartigen Strukturen in der aus gefrorenem Stickstoff bestehenden Eisoberfläche nach. Die violetten Gebiete sind Berge aus Wassereis. Links unten am Rand ist ein möglicher Kryovulkan rot markiert, der den inoffiziellen Namen Wright Mons trägt.

Eine erste geologische Karte der Pluto-Oberfläche II | Die Region Sputnik Planum auf Pluto ist einer der ersten Bereiche der Pluto-Oberfläche, der geologisch kartiert wurde. Links und rechts der Karte sind die Legenden mitsamt Kürzeln wiedergegeben, die eine Interpretation der auf der Karte zu findenden geologischen Einheiten erlauben.

Eisbrocken auf der Wanderschaft in Sputnik Planum | Transportieren die Gletscher aus Stickstoffeis von Pluto Brocken von Wassereis? Das ist die Meinung einiger Forscher bei der Auswertung von Detailfotos dieser Region. Einige der Brocken können mehrere Kilometer Durchmesser aufweisen. Wassereis hat eine geringere Dichte als gefrorener Stickstoff, so dass Wassereis auf den Gletschern treiben könnte. Die Bruchstücke stammen aus den umgebenden Hochländern. Auf dem Bild sind einige der möglichen treibenden Eisberge markiert.

Weit verbreitetes Wassereis auf der Plutooberfläche | Messungen mit Farbkamera Ralph an Bord der Raumsonde New Horizons zeigen, dass Wassereis auf der Oberfläche von Pluto weit verbreitet ist. Die höchsten Anteile finden sich auf diesem Falschfarbenbild in den grünen bis gelben Regionen. Die Daten wurden am 14. Juli 2015 aus einer Entfernung von 108 000 Kilometern aufgenommen.

Dunstschichten in der Plutoatmosphäre | Dies ist die bislang beste Farbaufnahme der Dunstschichten in der dünnen Plutoatmosphäre. Es erreicht eine Auflösung von rund einem Kilometer pro Bildpunkt und zeigt die Atmosphäre annähernd in echten Farben, so wie sie ein hypothetischer Astronoaut an Bord von New Horizons gesehen hätte. Es lassen sich viele diskrete Dunstschichten erkennen, die sich bis zu einer Höhe von 200 Kilometern oberhalb der Plutooberfläche befinden.

Kryovulkan auf Pluto | Weit im Süden auf Pluto liegt dieses rund 150 Kilometer breite und bis vier Kilometer hohe Gebirge aus Wassereis, das den inoffiziellen Namen Wright Mons trägt. In seinem Zentrum befindet sich eine Einsenkung, welche von vielen Planetenforschern als Einbruchkrater oder Caldera eines Vulkans interpretiert wird. Die Region ist offenbar geologisch recht jung, denn es ließ sich hier bislang nur ein Einschlagkrater finden. Dies könnte bedeuten, das Wright Mons vor gar nicht allzu langer Zeit noch aktiv war. Das Bild ist ein Komposit aus Farbdaten der Kamera Ralph an Bord der Raumsonde New Horizons und Detailaufnahmen der Telekamera LORRI. Die räumliche Auflösung beträgt 450 Meter pro Bildelement.

Detailmosaik der Plutooberfläche | Kurz vor Erreichen des geringsten Abstand zum Zwergplaneten Pluto am 14. Juli 2015 scannte die US-Raumsonde New Horizons mit dem Infrarotspektrometer LEISA dessen Oberfläche. Dabei arbeitete parallel die Telekamera LORRI und nahm diesen Bildstreifen auf. Das Schlangenform des Mosaiks entstand durch die Scanbewegung der Sonde für das andere Messinstrument. Die kleinsten erkennbaren Details sind etwa 500 Meter groß. Es lassen sich zahlreiche gut erhaltene Einschlagkrater erkennen. Im oberen Teil des Bildmosaiks zeigen sich ausgeprägte Verwerfungen in der Kruste von Pluto, hier sind so genannte Grabenbrüche entstanden. In diesen Regionen wurde durch Kräfte aus dem Inneren von Pluto die Kruste gedehnt, bis sie schließlich einriss und Teile von ihr um mehrere Kilometer absanken.

Eines der besten Bilder des Plutomonds Nix | Aus einer Entfernung von 23 000 Kilometern nahm die US-Raumsonde New Horizons den kleinen Mond Nix auf. Er erstreckt sich auf diesem Bild über eine Länge von 49 Kilometern. Deutlich lassen sich zahlreiche Einschlagkrater auf diesem überwiegend aus Wassereis bestehenden Himmelskörper erkennen.

Die schärfsten Farbbilder von Pluto | Rund eine Viertelstunde vor Erreichen des geringsten Abstands zum Zwergplaneten Pluto am 14. Juli 2015 nahm die Raumsonde New Horizons einen Streifen der Pluto-Oberfläche auf. Die Aufnahme ist ein Komposit aus Bildern der Schwarz-Weiß-Telekamera LORRI und der Farbkamera Ralph und ist hier in Falschfarben wiedergegeben. Die Auflösung in diesem Bildmosaik beträgt zwischen 77 und 85 Metern. Der Streifen zeigt den Übergang von einer gebirgigen Region am Rand des informell Sputnik Planum genannten Gebiets, das sich am rechten Bildrand befindet.

Ein scharfer Blick in Plutos Herz | Kurz vor Erreichen des geringsten Abstands zu Pluto am 14. Juli 2015 nahm die US-Raumsonde New Horizons dieses Detailfoto im Bereich von Tombaugh Regio auf. Es entstand aus einer Entfernung von 15 400 Kilometern und erreicht eine Auflösung von etwa 70 Metern pro Bildpunkt. Das Bild hat eine Kantenlänge von 80 Kilometern auf der Pluto-Oberfläche. Die ganze Region ist von kleinen Gruben überzogen, die einige 100 Meter groß und einige dutzend Meter tief sind. Sie entstanden wohl durch die direkte Verdunstung von Stickstoffeis zu Gas (Sublimation).

Die schärfsten Bilder von Pluto | Nur eine Viertelstunde vor der dichtesten Annäherung an Pluto am 14. Juli 2015 nahm die US-Raumsonde New Horizons aus einer Entfernung von etwa 17 000 Kilometern Die Oberfläche des Zwergplaneten auf. Das Bildmosaik erstreckt sich über eine Länge von 800 Kilometern und ist etwa 80 Kilometer breit. Die räumliche Auflösung beträgt zwischen 77 und 85 Metern pro Bildpunkt. In der Bildmitte dominieren die chaotischen Strukturen der al-Idrisi-Berge und die glatte Ebene von Sputnik Planum, alle Namen auf Pluto sind derzeit noch informell und nicht endgültig.

Der Übergang der al-Idrisi-Berge nach Sputnik Planum | Ein abrupter Übergang zeigt sich zwischen den bis zu 2,5 Kilometer hohen Gipfeln der al-Idrisi-Berge und der glatten Ebene von Sputnik Planum, das aus einer Mischung aus gefrorenem Stickstoff mit Beimengungen aus Methan und Kohlenmonoxid besteht. Die Berge bestehen mit sehr großer Wahrscheinlichkeit aus fest gefrorenem Wassereis, denn nur dieses erreicht unter den Bedingungen auf der Plutooberfläche genügend Festigkeit, um hohe Berge aufzubauen. Das Bild hat eine Breite von 80 Kilometern und eine räumliche Auflösung von etwa 80 Metern pro Bildpunkt.

Eine Gebirgsregion auf Pluto | Aus einer Entfernung von 17 000 Kilometern fotografiert, zeigt diese Gebirgsregion nordwestlich von Sputnik Planum ein kleinteiliges Relief. Es lassen sich Berge und Täler erkennen, die stark an irdische Gebirgsregionen erinnern, obwohl sie aus fest gefrorenem Wassereis bestehen. Möglicherweise erstreckten sich hier einstmals Gletscher aus Stickstoffeis, welche die Formen der Berge durch Abtragung gestalteten.

Einschlagkrater auf Pluto | Im Nordwesten von Pluto erstrecken sich weite Gebiete mit relativ glatter Oberfläche, die von Einschlagkratern unterschiedlicher Größe durchlöchert sind. In den hier sichtbaren Kratern lassen sich verschiedene Schichten in der Oberfläche von Pluto erkennen. Sie sind Hinweise auf eine komplexe geologische Geschichte, in der es zum wiederholten Mal zu Ablagerungen von Material kam. Der Doppelkrater nahe der Bildmitte ist noch von einem Ring aus dunklen Auswurfmassen umgeben, er dürfte die jüngste Struktur auf diesem Bild sein.

Überblick über Plutos Herz | Aus den im September 2015 übertragenen Bilddaten ließ sich diese Ansicht von Tombaugh Regio, dem "Herzen von Pluto", generieren. Sie simuliert den Anblick aus einem Abstand von rund 1800 Kilometern zur Oberfläche und erstreckt sich über 1800 Kilometer. Sehr schön zeigen sich die unterschiedlichen Regionen der Plutooberfläche.

Mosaik aus Detailaufnahmen von Sputnik Planum | Die in diesem Mosaik enthaltenen Aufnahmen wurden von New Horizons zwischen dem 5. und dem 7. September 2015 zur Erde übertragen. Den Hauptteil nimmt die überwiegend aus Stickstoffeis bestehende Region Sputnik Planum ein. Die kleinsten erkennbaren Details sind etwa 800 Meter groß, die Bilder entstanden aus einem Abstand von 80000 Kilometern am 14. Juli 2015.

Ein chaotisches Gebiet am Rand von Sputnik Planum | An einen Blick auf ein irdisches Eismeer mit treibenden Eisbergen erinnert diese Region in unmittelbarer Nachbarschaft zu Sputnik Planum. Mit hoher Wahrscheinlichkeit handelt es sich bei den Bergen um Bruchstücke der aus Wassereis bestehenden Plutokruste, die im weicheren Stickstoffeis "schwimmen". Wie diese Strukturen entstanden, ist noch unklar.

Dünen auf Pluto? | Sind diese länglichen Strukturen in der Bildmitte etwa Dünen aus feinem dunklen Staub? Diese Möglichkeit schließen die Forscher von New Horizons nicht aus. Vielleicht war früher die dünne Plutoatmosphäre dichter, so dass sich "Sanddünen" bilden konnten. Der untere Bereich des Bilds zeigt eine offenbar sehr alte und kraterreiche Region, die sich unmittelbar an Sputnik Planum anschließt. Die Krater sind gut erhalten und besitzen klare Strukturen, offenbar ist hier die Kruste sehr fest und verformt sich auch über lange Zeiträume hinweg nicht.

Dabei waren und sind beide Missionen vergleichsweise günstig: Sie kosteten jeweils weniger als eine Milliarde Euro, während Entwicklung, Bau und Betrieb der Internationalen Raumstation seit ihrer Realisierung pro Jahr rund das Zehnfache gekostet hat. Eine bemannte Mission zum Mars könnte nach Schätzungen der NASA sogar mehrere hundert Milliarden Euro kosten (wenngleich über mehrere Jahrzehnte hinweg). Die Vorstellung des privaten Unternehmens Mars ONE, man könne dies für fünf bis sechs Milliarden Euro schaffen, halten wohl nicht nur Fachleute für völlig utopisch. Und auch eine bemannte Mission zum Mond kostet mehrere Milliarden Euro, ohne dass dafür ein wissenschaftlicher Mehrwert verglichen mit automatischen und ferngesteuerten Geräten gewährleistet wäre – wenn man den menschlichen Drang, extraterrestrische Welten selbst zu erkunden, ausnahmsweise nicht berücksichtigt.

Angesichts knapper Budgets der Weltraumbehörden und Forschungsministerien sollte die Zukunft der Weltraumforschung daher weiter diesen Sonden, Satelliten und Rovern gehören: Für relativ wenig Geld leisten sie Großartiges bei vergleichsweise kleinem Risiko – und sie sind über Jahre einsatzfähig und müssen nicht schon nach kurzer Zeit wieder zurück zur Erde, wie dies bei Astronauten der Fall wäre. Ihre Entwicklung voranzutreiben, sollte das Bestreben von NASA und ESA sein. Genügend Ziele in unserer kosmischen Nachbarschaft gibt es weiterhin, etwa die Jupitermonde oder den geheimnisvollen Planet X, so es ihn denn am Rand des Sonnensystems tatsächlich gibt. Zwei Termine in diesem Jahr sollte man sich jedenfalls schon einmal vormerken: Ab dem 14. März soll die europäische Raumsonde ExoMars zu ihrer Mission zum Roten Planeten aufbrechen. Am 4. Juli kommt zudem die Jupitersonde Juno an ihrem Ziel an – und liefert unter anderem herausragende Bilder des Gasplaneten.

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