Sonnensystem: Mehr Atmosphäre für Pluto

2015 soll die Sonde New Horizons an Pluto vorbei fliegen und unter anderem die Atmosphäre des Zwergplaneten untersuchen, über die bisher wenig bekannt ist. Verlässliche Computermodelle müssen daher Abhilfe schaffen - das Neueste von ihnen hält nun einige Überraschungen parat.

Elena Sellentin

Raumsonde New Horizons bei Pluto — © NASA / JHUAPL / SwRI (Ausschnitt)

Der Zwergplanet Pluto hat eine Atmosphäre, die anders aufgebaut sein muss als die der Erde. Darüber sind sich Forscher einig, denn Pluto verliert schneller als die Erde Gasmoleküle an den Weltraum. Er verliert allerdings nicht so viel Gas wie ein Komet – und damit bleibt die Frage offen, wie genau Plutos Atmosphäre denn nun aufgebaut ist.

Die chemischen Verbindungen in seiner Atmosphäre sind bekannt: Sie besteht größtenteils aus Methan, Stickstoff und Kohlenmonoxid, also jenen Verbindungen, die auch auf der eisigen Oberfläche des Planeten vorkommen. Nicht bekannt ist aber, wie weit sich Plutos Atmosphäre in den Weltraum erstreckt und welche Temperaturen in den verschiedenen Schichten herrschen.

2015 soll die Raumsonde New Horizons an Pluto vorbei fliegen und Beobachtungen durchführen, die diese offenen Fragen beantworten. Diese Sonde wurde bereits 2006 gestartet, wird aber weitere drei Jahre benötigen, um bis zu Pluto vordringen zu können.

Bis dahin ist Plutos Atmosphäre nur durch Computermodelle erforschbar. Solche Modelle sind aber nur dann ergiebig, wenn ihre Macher alle relevanten physikalischen Prozesse in das Modell mit einbeziehen und zusätzlich eine robuste Simulationsmethode wählen, sodass die Ergebnisse der Berechnungen vertrauenswürdig sind.

Landschaft auf Pluto | Künstlerische Darstellung der eisigen Oberfläche des Zwergplaneten Pluto. Am Himmel steht Plutos größer Mond Charon.

Die Forscher um Justin Erwin von der University of Virginia haben nun auf diesem Gebiet Fortschritte erzielt: Sie haben ein neues Modell mit einer geschickten Simulationsmethode aufgestellt. In diesem Modell berücksichtigen sie, wie die Infrarot- und Ultraviolett-Strahlung der Sonne Plutos Atmosphäre beeinflussen. Die Stärke dieser Strahlung hängt aber von Plutos Abstand zur Sonne ab – und der schwankt ganz beträchtlich. In seinem sonnenfernsten Punkt (Aphel) ist Pluto nämlich mehr als anderthalb mal so weit von der Sonne entfernt, wie in seinem sonnenächsten (Perihel). Daher sinkt die Sonneneinstrahlung im Aphel auf weniger als die Hälfte des Wertes im Perihel ab.

Die Simulationen der Gruppe um Erwin zeigen dementsprechend, dass die Dicke von Plutos Atmosphäre schwankt, während er sich um die Sonne bewegt. Ist der Zwergplanet nahe der Sonne, so geht viel Eis von seiner Oberfläche in die Gasphase über, und die Atmosphäre dehnt sich aus. Je weiter Pluto aber von der Sonne entfernt ist, desto kälter ist es an seiner Oberfläche und dementsprechend dünner wird Plutos Atmosphäre.

Das überraschendste Ergebnis der neuen Simulationen war allerdings, dass die Atmosphäre eine Ausdehnung erreichen kann, die 4,5-mal so groß ist wie Plutos Durchmesser: sie kann sich mehr als 10 000 Kilometer in den Weltraum erstrecken. Das ist mehr als die Hälfte des Abstands zwischen Pluto und seinem größten Mond Charon. Manche Moleküle der Atmosphäre werden von der Sonnenstrahlung auf eine solche Geschwindigkeit gebracht, dass sie Pluto entwichen und hinüber zu Charon gelangen können. Laut diesem Modell tauschen der Zwergplanet und sein Mond daher Gas aus.

Ältere Simulationen ergeben eine geringere Ausdehnung der Plutoatmosphäre. Ob die wirkliche Größe der Gashülle des Zergplaneten tatsächlich so groß ist, wie vom neuen Modell vorhergesagt, wird sich zeigen, wenn die Daten von New Horizon verfügbar sind.