Zwergplanet Pluto: Wolke auf Pluto gesichtet?

Möglicherweise gibt es in der äußerst dünnen Pluto-Atmosphäre doch Wolken. Dies legt ein kürzlich veröffentlichtes Bild der Raumsonde New Horizons nahe. Die Wolke könnte aus gefrorenem Methan bestehen.

von Tilmann Althaus

Dunstschichten in der Pluto-Atmosphäre — © NASA / JHUAPL / Southwest Research Institute (Ausschnitt)

Der Vorbeiflug der US-Raumsonde New Horizons liegt nun schon fast ein Jahr zurück, aber noch immer werden Bilder und Messdaten zur Erde übertragen. Auf einem kürzlich von der US-Raumfahrtbehörde NASA frei gegebenen Bild, das die Sonde nur rund 20 Minuten nach der dichtesten Annäherung an den Zwergplaneten aufnahm, ist eine helle Region zu sehen, bei der es sich nach Ansicht der Missionswissenschaftler um eine Wolke in der äußerst dünnen Pluto-Atmosphäre handeln könnte. Bei der Aufnahme blickte New Horizons aus einer Entfernung von 21 550 Kilometern auf die Nachtseite des Zwergplaneten, der zu dieser Zeit der Sonde nur eine sehr dünne beleuchtete Sichel zuwandte.

Eine Wolke auf Pluto? | Etwa 20 Minuten nach der dichtesten Annäherung an Pluto am 14. Juli 2015 nahm die US-Raumsonde New Horizons dieses Bild der Zwergplaneten-Nachtseite auf. An den Rändern der Planetenscheibe ist die dünne Atmosphäre sichtbar, die zahlreiche Dunstschichten enthält. Im Ausschnitt oben ist ein helles Gebiet zu sehen. Dabei könnte es sich um eine tief liegende Wolke dicht über der Oberfläche von Pluto handeln.

Die Aufnahme entstand bei extrem tiefem Sonnenstand, so dass auch sehr dicht an der Oberfläche befindliche Schichten der Atmosphäre beleuchtet wurden und das Licht in Richtung Kamera streuen konnten. Tatsächlich lässt sich um die ganze Planetenscheibe herum die Atmosphäre als dünner, leuchtender Ring erkennen. Die Forscher von New Horizons vermuten, dass das auffällig helle Gebiet eine nur wenige hundert Meter über der Oberfläche befindliche Wolke aus kondensiertem Methan sein könnte, das bei der mittleren Durchschnittstemperatur auf Pluto von rund –230 Grad Celsius gefroren ist. Dann wäre dieses Gebilde die erste auf Pluto beobachtete Wolke aus kondensierten Gasen. Tatsächlich weisen Atmosphärenmodelle darauf hin, dass es in der überwiegend aus Stickstoff bestehenden Gashülle des Zwergplaneten Methanwolken geben kann. Der Oberflächendruck auf Pluto beträgt nur wenige Mikrobar, die Pluto-Atmosphäre entspricht im Vergleich zur irdischen Lufthülle einem ziemlich guten Hochvakuum.

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.

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