Pluto
 Nördliche Hemisphäre des Pluto in Echtfarben, aufgenommen von der NASA-Sonde New Horizons im Jahr 2015 | |||||||||
| Entdeckung | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Entdeckt von | Clyde W. Tombaugh | ||||||||
| Standort der Entdeckung | Lowell-Sternwarte | ||||||||
| Datum der Entdeckung | 18. Februar 1930 | ||||||||
| Bezeichnungen | |||||||||
Benennung | (134340) Pluto | ||||||||
| Aussprache | /ˈpluːtoʊ/ ( hören) | ||||||||
Benannt nach | Pluto | ||||||||
Kategorie Kleinplanet |
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| Adjektive | Plutonisch /pluːˈtoʊniən/ | ||||||||
| Orbitale Merkmale | |||||||||
| Epoche J2000 | |||||||||
| Frühestes Vorentdeckungsdatum | 20. August 1909 | ||||||||
| Aphel |
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| Perihel |
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Semi-Dur-Achse |
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| Exzentrizität | 0.2488 | ||||||||
Umlaufzeit (siderisch) |
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Umlaufzeit (synodisch) | 366,73 Tage | ||||||||
Mittlere Umlaufgeschwindigkeit | 4,743 km/s | ||||||||
Mittlere Anomalie | 14,53 Grad | ||||||||
| Neigung |
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Längengrad des aufsteigenden Knotens | 110.299° | ||||||||
Argument des Perihels | 113.834° | ||||||||
| Bekannte Satelliten | 5 | ||||||||
| Physikalische Eigenschaften | |||||||||
| Abmessungen | 2.376,6±1,6 km (Beobachtungen stimmen mit einer Kugel überein, vorhergesagte Abweichungen sind zu gering, um beobachtet zu werden) | ||||||||
Mittlerer Radius |
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| Abflachung | <1% | ||||||||
Oberfläche |
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| Volumen |
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| Masse |
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Mittlere Dichte | 1,854±0,006 g/cm3 | ||||||||
Schwerkraft der Oberfläche |
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Fluchtgeschwindigkeit | 1.212 km/s | ||||||||
Synodische Rotationsperiode |
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Siderische Rotationsperiode |
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Äquatoriale Rotationsgeschwindigkeit | 47,18 km/h | ||||||||
Axiale Neigung | 122,53° (zur Umlaufbahn) | ||||||||
Rektaszension des Nordpols | 132.993° | ||||||||
Deklination des Nordpols | −6.163° | ||||||||
| Albedo | 0,52 geometrisch 0,72 Bindung | ||||||||
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Scheinbare Helligkeit | 13,65 bis 16,3 (Mittelwert ist 15,1) | ||||||||
Absolute Helligkeit (H) | −0.7 | ||||||||
Winkeldurchmesser | 0,06″ bis 0,11″. | ||||||||
| Atmosphäre | |||||||||
Oberflächendruck | 1,0 Pa (2015) | ||||||||
| Zusammensetzung nach Volumen | Stickstoff, Methan, Kohlenmonoxid | ||||||||
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Pluto (Kleinplanetenbezeichnung: 134340 Pluto) ist ein Zwergplanet im Kuiper-Gürtel, einem Ring von Körpern jenseits der Umlaufbahn des Neptun. Er war das erste Objekt, das im Kuipergürtel entdeckt wurde, und bleibt der größte bekannte Körper in diesem Gebiet. Nachdem Pluto 1930 entdeckt worden war, wurde er zum neunten Planeten von der Sonne aus erklärt. Seit den 1990er Jahren wurde sein Status als Planet jedoch in Frage gestellt, nachdem mehrere Objekte ähnlicher Größe im Kuipergürtel und in der Streuscheibe entdeckt worden waren, darunter auch der Zwergplanet Eris. Dies führte dazu, dass die Internationale Astronomische Union (IAU) im Jahr 2006 den Begriff Planet offiziell definierte - Pluto wurde ausgeschlossen und als Zwergplanet neu eingestuft. ⓘ
Pluto ist das neuntgrößte und zehntmassereichste bekannte Objekt, das die Sonne direkt umkreist. Vom Volumen her ist er das größte bekannte transneptunische Objekt, aber weniger massiv als Eris. Wie andere Objekte des Kuipergürtels besteht Pluto hauptsächlich aus Eis und Gestein und ist relativ klein - ein Sechstel der Masse des Mondes und ein Drittel seines Volumens. Er hat eine mäßig exzentrische und geneigte Umlaufbahn, die zwischen 30 und 49 Astronomischen Einheiten (4,5 bis 7,3 Milliarden Kilometer) von der Sonne entfernt ist. Daher kommt Pluto der Sonne zeitweise näher als Neptun. Dennoch verhindert eine stabile Bahnresonanz mit Neptun, dass die beiden Planeten miteinander kollidieren. Infolgedessen braucht das Licht der Sonne 5,5 Stunden, um Pluto in seiner durchschnittlichen Entfernung (39,5 AE [5,91 Milliarden km; 3,67 Milliarden Meilen]) zu erreichen. ⓘ
Pluto hat fünf bekannte Monde: Charon (der größte, dessen Durchmesser etwas mehr als halb so groß ist wie der von Pluto), Styx, Nix, Kerberos und Hydra. Pluto und Charon werden manchmal als Doppelsternsystem betrachtet, da das Baryzentrum ihrer Umlaufbahnen nicht innerhalb eines der beiden Körper liegt. Pluto und Charon sind tidal locked. ⓘ
Die Raumsonde New Horizons flog am 14. Juli 2015 an Pluto vorbei und war damit die erste und bisher einzige Raumsonde, die dies tat. Während des kurzen Vorbeiflugs machte New Horizons detaillierte Messungen und Beobachtungen von Pluto und seinen Monden. Im September 2016 gaben Astronomen bekannt, dass die rötlich-braune Kappe des Nordpols von Charon aus Tholinen besteht, organischen Makromolekülen, die möglicherweise Zutaten für die Entstehung von Leben sind und aus Methan, Stickstoff und anderen Gasen hergestellt werden, die aus der Atmosphäre von Pluto freigesetzt und 19.000 km weit auf den umkreisenden Mond übertragen wurden. ⓘ
Die astronomischen Symbole des Pluto sind ♇ und .svg){kind=small}
. (Diese Symbole sind heute in der Astronomie selten, in der Astrologie jedoch weit verbreitet.) Pluto ist nach dem römischen Gott der Unterwelt benannt. Nach dem Zwergplaneten wiederum wurden die neuen Klassen der Plutoiden und der Plutinos benannt. ⓘ
Geschichte
Entdeckung
In den 1840er Jahren nutzte Urbain Le Verrier die Newtonsche Mechanik, um die Position des damals noch unentdeckten Planeten Neptun vorherzusagen, nachdem er die Störungen in der Umlaufbahn des Uranus analysiert hatte. Spätere Beobachtungen von Neptun im späten 19. Jahrhundert veranlassten die Astronomen zu der Vermutung, dass die Umlaufbahn des Uranus durch einen anderen Planeten als Neptun gestört wurde. ⓘ
Im Jahr 1906 begann Percival Lowell, ein wohlhabender Bostoner, der 1894 das Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona, gegründet hatte, ein umfangreiches Projekt zur Suche nach einem möglichen neunten Planeten, den er "Planet X" nannte. Bis 1909 hatten Lowell und William H. Pickering mehrere mögliche Himmelskoordinaten für einen solchen Planeten vorgeschlagen. Lowell und sein Observatorium führten diese Suche bis zu seinem Tod im Jahr 1916 fort, jedoch ohne Erfolg. Lowell wusste nicht, dass er am 19. März und am 7. April 1915 zwei schwache Bilder von Pluto aufgenommen hatte, aber sie wurden nicht als solche erkannt. Es sind vierzehn weitere Vorentdeckungsbeobachtungen bekannt, wobei die früheste vom Yerkes-Observatorium am 20. August 1909 gemacht wurde. ⓘ
Percivals Witwe, Constance Lowell, führte einen zehnjährigen Rechtsstreit mit dem Lowell-Observatorium um das Erbe ihres Mannes, und die Suche nach Planet X wurde erst 1929 wieder aufgenommen. Vesto Melvin Slipher, der Direktor des Observatoriums, beauftragte den 23-jährigen Clyde Tombaugh mit der Suche nach dem Planeten X, der gerade erst an das Observatorium gekommen war, nachdem Slipher von einigen seiner astronomischen Zeichnungen beeindruckt gewesen war. ⓘ
Tombaughs Aufgabe bestand darin, den Nachthimmel systematisch in Fotopaaren abzubilden, dann jedes Paar zu untersuchen und festzustellen, ob sich irgendwelche Objekte verschoben hatten. Mit Hilfe eines Blinzelkomparators wechselte er schnell zwischen den Ansichten der einzelnen Platten hin und her, um die Illusion einer Bewegung von Objekten zu erzeugen, die ihre Position oder ihr Aussehen zwischen den Aufnahmen verändert hatten. Am 18. Februar 1930, nach fast einem Jahr der Suche, entdeckte Tombaugh ein sich möglicherweise bewegendes Objekt auf Fotoplatten, die am 23. und 29. Januar aufgenommen worden waren. Ein Foto von geringerer Qualität, das am 21. Januar aufgenommen wurde, bestätigte die Bewegung. Nachdem die Sternwarte weitere bestätigende Fotos erhalten hatte, wurde die Nachricht von der Entdeckung am 13. März 1930 an das Harvard College Observatory telegrafiert. ⓘ
Pluto hat seit seiner Entdeckung noch keine vollständige Umrundung der Sonne vollzogen, denn ein Plutonisches Jahr ist 247,68 Jahre lang. ⓘ
Name und Symbol
Die Entdeckung sorgte weltweit für Schlagzeilen. Das Lowell-Observatorium, das das Recht hatte, das neue Objekt zu benennen, erhielt mehr als 1.000 Vorschläge aus aller Welt, die von Atlas bis Zymal reichten. Tombaugh forderte Slipher auf, schnell einen Namen für das neue Objekt vorzuschlagen, bevor es jemand anderes tat. Constance Lowell schlug Zeus vor, dann Percival und schließlich Constance. Diese Vorschläge wurden nicht beachtet. ⓘ
Der Name Pluto, nach dem griechisch-römischen Gott der Unterwelt, wurde von Venetia Burney (1918-2009) vorgeschlagen, einer elfjährigen Schülerin in Oxford, England, die sich für die klassische Mythologie interessierte. Sie schlug ihn in einem Gespräch mit ihrem Großvater Falconer Madan, einem ehemaligen Bibliothekar der Bodleian Library der Universität Oxford, vor, der den Namen an den Astronomieprofessor Herbert Hall Turner weitergab, der ihn an Kollegen in den Vereinigten Staaten telegrafierte. ⓘ
Jedes Mitglied des Lowell-Observatoriums durfte über eine Auswahlliste von drei möglichen Namen abstimmen: Minerva (das war bereits der Name für einen Asteroiden), Cronus (der durch den Vorschlag des unbeliebten Astronomen Thomas Jefferson Jackson See an Ansehen verloren hatte) und Pluto. Pluto erhielt ein einstimmiges Votum. Der Name wurde am 1. Mai 1930 veröffentlicht. Bei der Bekanntgabe schenkte Madan Venetia 5 £ (das entspricht 336 £ im Jahr 2021 oder 394 US$ im Jahr 2021) als Belohnung. ⓘ
Die endgültige Wahl des Namens wurde teilweise durch die Tatsache begünstigt, dass die ersten beiden Buchstaben von Pluto die Initialen von Percival Lowell sind. Das Planetensymbol von Pluto (
, Unicode U+2647: ♇) wurde dann als Monogramm aus den Buchstaben "PL" geschaffen, obwohl es heute in der Astronomie selten verwendet wird. Zum Beispiel taucht ⟨♇⟩ in einer Tabelle der Planeten mit ihren Symbolen in einem Artikel aus dem Jahr 2004 auf, der vor der IAU-Definition von 2006 geschrieben wurde, aber nicht in einer Grafik der Planeten, Zwergplaneten und Monde aus dem Jahr 2016, in der nur die acht IAU-Planeten mit ihren Symbolen bezeichnet werden.
(Planetensymbole sind in der Astronomie im Allgemeinen unüblich und werden von der IAU nicht empfohlen). Das ♇-Monogramm wird auch in der Astrologie verwendet, aber das gebräuchlichste astrologische Symbol für Pluto, zumindest in englischsprachigen Quellen, ist ein Orbis über Plutos Doppelzahn (.svg){kind=small}
, Unicode U+2BD3: ⯓). Seit der IAU-Entscheidung über Zwergplaneten wird das Zacken-Symbol auch in der Astronomie verwendet, z. B. in einem Aufklärungsposter über Zwergplaneten, das 2015 von der NASA/JPL-Mission Dawn veröffentlicht wurde und in dem jeder der fünf von der IAU angekündigten Zwergplaneten ein Symbol erhält. Darüber hinaus gibt es mehrere andere Symbole für Pluto, die in europäischen astrologischen Quellen zu finden sind, darunter drei, die von Unicode akzeptiert werden: .svg){kind=small}
, U+2BD4 ⯔; .svg){kind=small}
, U+2BD5 ⯕, das in der urranischen Astrologie und auch für Plutos Mond Charon verwendet wird; und .svg){kind=small}
/.svg){kind=small}
U+2BD6 ⯖, das in verschiedenen Ausrichtungen zu finden ist und zeigt, dass Plutos Umlaufbahn die des Neptun schneidet. ⓘ
Der Name "Pluto" wurde bald von einer breiteren Kultur übernommen. Walt Disney ließ sich 1930 offenbar davon inspirieren, als er für Mickey Mouse einen hündischen Begleiter namens Pluto einführte, obwohl der Disney-Animator Ben Sharpsteen nicht bestätigen konnte, warum der Name vergeben wurde. Im Jahr 1941 benannte Glenn T. Seaborg das neu geschaffene Element Plutonium nach Pluto und folgte damit der Tradition, Elemente nach neu entdeckten Planeten zu benennen, nachdem Uranium nach Uranus und Neptunium nach Neptun benannt worden war. ⓘ
In den meisten Sprachen wird der Name "Pluto" in verschiedenen Transkriptionen verwendet. Im Japanischen schlug Houei Nojiri die Schreibweise Meiōsei (冥王星, "Stern des Königs (Gottes) der Unterwelt") vor, die auch ins Chinesische und Koreanische übernommen wurde. Einige indische Sprachen verwenden den Namen Pluto, andere, wie Hindi, den Namen von Yama, dem Gott des Todes im Hinduismus. Polynesische Sprachen neigen ebenfalls dazu, den einheimischen Gott der Unterwelt zu verwenden, wie im Māori Whiro. Man könnte erwarten, dass das Vietnamesische dem Chinesischen folgt, tut es aber nicht, weil das chinesisch-vietnamesische Wort 冥 minh "dunkel" homophon zu 明 minh "hell" ist. Das Vietnamesische verwendet stattdessen Yama, das ebenfalls eine buddhistische Gottheit ist, in Form von Sao Diêm Vương 星閻王 "Yamas Stern", abgeleitet vom chinesischen 閻王 Yán Wáng / Yìhm Wòhng "König Yama". ⓘ
1987 erschien von Kim Stanley Robinson der Science-Fiction-Roman Die eisigen Säulen des Pluto, nach der Originalausgabe Icehenge von 1987. In ihm entdecken Raumfahrer Mitte des dritten Jahrtausends auf dem Pluto ein rätselhaftes, riesiges Monument aus Eis. ⓘ
Im Jahr 2000 komponierte Colin Matthews als Ergänzung zur Orchestersuite The Planets (Die Planeten, 1914–1916) von Gustav Holst den achten Satz Pluto, the Renewer (Pluto, der Erneuerer). ⓘ
Planet X widerlegt
Nach der Entdeckung des Pluto ließen seine Schwäche und das Fehlen einer sichtbaren Scheibe Zweifel daran aufkommen, dass es sich um Lowells Planet X handelte. Die Schätzungen der Masse des Pluto wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts nach unten korrigiert. ⓘ
| Jahr | Masse | Schätzung um ⓘ |
|---|---|---|
| 1915 | 7 Erden | Lowell (Vorhersage für Planet X) |
| 1931 | 1 Erde | Nicholson & Mayall |
| 1948 | 0,1 (1/10) Erde | Kuiper |
| 1976 | 0,01 (1/100) Erde | Cruikshank, Pilcher, & Morrison |
| 1978 | 0,0015 (1/650) Erde | Christy & Harrington |
| 2006 | 0,00218 (1/459) Erde | Buie et al. |
Die Astronomen berechneten die Masse des Plutos zunächst auf der Grundlage seiner vermuteten Wirkung auf Neptun und Uranus. Im Jahr 1931 wurde die Masse des Pluto auf etwa die Masse der Erde berechnet, und weitere Berechnungen im Jahr 1948 brachten die Masse auf etwa die des Mars herunter. 1976 berechneten Dale Cruikshank, Carl Pilcher und David Morrison von der Universität Hawaii zum ersten Mal die Albedo des Pluto und stellten fest, dass sie der Albedo von Methaneis entsprach; dies bedeutete, dass Pluto für seine Größe außergewöhnlich hell sein musste und daher nicht mehr als 1 Prozent der Masse der Erde haben konnte. (Plutos Albedo ist 1,4-1,9 Mal so hoch wie die der Erde.) ⓘ
1978 ermöglichte die Entdeckung von Plutos Mond Charon zum ersten Mal die Messung von Plutos Masse: Sie beträgt etwa 0,2 % der Masse der Erde und ist viel zu gering, um die Diskrepanzen in der Umlaufbahn des Uranus zu erklären. Die anschließende Suche nach einem anderen Planeten X, insbesondere durch Robert Sutton Harrington, blieb erfolglos. 1992 nutzte Myles Standish die Daten des Vorbeiflugs von Voyager 2 an Neptun im Jahr 1989, die die Schätzungen für die Masse des Neptun um 0,5 % nach unten korrigiert hatten - ein Wert, der mit der Masse des Mars vergleichbar ist -, um die Gravitationswirkung auf Uranus neu zu berechnen. Mit den neuen Zahlen verschwanden die Diskrepanzen und damit auch die Notwendigkeit eines Planeten X. Heute ist sich die Mehrheit der Wissenschaftler einig, dass der Planet X, so wie Lowell ihn definierte, nicht existiert. Lowell hatte 1915 eine Vorhersage für die Umlaufbahn und Position von Planet X gemacht, die ziemlich genau mit der tatsächlichen Umlaufbahn und Position von Pluto übereinstimmte; Ernest W. Brown kam bald nach der Entdeckung von Pluto zu dem Schluss, dass dies ein Zufall war. ⓘ
Klassifizierung
Ab 1992 wurden zahlreiche Körper entdeckt, die im gleichen Volumen wie Pluto kreisen, was zeigt, dass Pluto zu einer Gruppe von Objekten gehört, die als Kuipergürtel bezeichnet wird. Dies führte dazu, dass sein offizieller Status als Planet umstritten war. Viele fragten sich, ob Pluto zusammen mit seiner Umgebung oder getrennt davon betrachtet werden sollte. Museums- und Planetariumsdirektoren sorgten gelegentlich für Kontroversen, indem sie Pluto aus den Planetenmodellen des Sonnensystems ausließen. Im Februar 2000 zeigte das Hayden Planetarium in New York City ein Sonnensystemmodell mit nur acht Planeten, das fast ein Jahr später für Schlagzeilen sorgte. ⓘ
Ceres, Pallas, Juno und Vesta verloren ihren Planetenstatus nach der Entdeckung vieler anderer Asteroiden. In ähnlicher Weise wurden im Kuipergürtel Objekte entdeckt, die in ihrer Größe immer näher an Pluto herankamen. Am 29. Juli 2005 gaben Astronomen des Caltech die Entdeckung eines neuen transneptunischen Objekts, Eris, bekannt, das wesentlich massereicher als Pluto und das massivste Objekt ist, das seit Triton im Jahr 1846 im Sonnensystem entdeckt wurde. Seine Entdecker und die Presse nannten es zunächst den zehnten Planeten, obwohl es damals keinen offiziellen Konsens darüber gab, ob es ein Planet sein sollte. Andere Astronomen sahen in der Entdeckung das stärkste Argument für eine Neueinstufung des Pluto als Kleinplanet. ⓘ
IAU-Klassifizierung
Die Debatte spitzte sich im August 2006 mit einer IAU-Resolution zu, die eine offizielle Definition für den Begriff "Planet" enthielt. Laut dieser Resolution gibt es drei Bedingungen, damit ein Objekt im Sonnensystem als Planet gilt:
- Das Objekt muss sich in einer Umlaufbahn um die Sonne befinden.
- Das Objekt muss so massiv sein, dass es durch seine eigene Schwerkraft gerundet wird. Genauer gesagt, seine eigene Schwerkraft sollte es in eine Form ziehen, die durch hydrostatisches Gleichgewicht definiert ist.
- Er muss die Umgebung seiner Bahn geräumt haben.
Pluto erfüllt die dritte Bedingung nicht. Seine Masse ist wesentlich geringer als die der anderen Objekte in seiner Umlaufbahn zusammen: 0,07 mal, im Gegensatz zur Erde, deren Masse 1,7 Millionen mal so groß ist wie die der übrigen Objekte in ihrer Umlaufbahn (ohne den Mond). Die IAU beschloss außerdem, dass Körper, die wie Pluto die Kriterien 1 und 2, aber nicht das Kriterium 3 erfüllen, als Zwergplaneten bezeichnet werden. Im September 2006 nahm die IAU Pluto sowie Eris und seinen Mond Dysnomia in ihren Katalog der Kleinplaneten auf und gab ihnen die offiziellen Bezeichnungen "(134340) Pluto", "(136199) Eris" und "(136199) Eris I Dysnomia". Wäre Pluto bei seiner Entdeckung im Jahr 1930 einbezogen worden, hätte er wahrscheinlich die Bezeichnung 1164 erhalten, in Anlehnung an 1163 Saga, der einen Monat zuvor entdeckt worden war. ⓘ
Innerhalb der astronomischen Gemeinschaft gab es einigen Widerstand gegen die Neuklassifizierung. Alan Stern, leitender Forscher der NASA-Mission New Horizons zum Pluto, spottete über die IAU-Resolution und erklärte, dass "die Definition aus technischen Gründen stinkt". Stern behauptete, dass nach der neuen Definition die Erde, der Mars, der Jupiter und der Neptun, die alle ihre Bahnen mit Asteroiden teilen, ausgeschlossen wären. Er argumentierte, dass alle großen kugelförmigen Monde, einschließlich des Mondes, ebenfalls als Planeten betrachtet werden sollten. Da weniger als fünf Prozent der Astronomen dafür gestimmt hätten, sei die Entscheidung nicht repräsentativ für die gesamte astronomische Gemeinschaft. Marc W. Buie, damals am Lowell-Observatorium, reichte eine Petition gegen die Definition ein. Andere haben die IAU unterstützt. Mike Brown, der Astronom, der Eris entdeckt hat, sagte: "Durch dieses ganze verrückte, zirkusartige Verfahren ist man irgendwie auf die richtige Antwort gestoßen. Es hat lange gedauert, bis sie gefunden wurde. Die Wissenschaft korrigiert sich schließlich selbst, auch wenn starke Emotionen im Spiel sind." ⓘ
In der Öffentlichkeit wurde die Entscheidung der IAU unterschiedlich aufgenommen. Eine in der kalifornischen Staatsversammlung eingebrachte Resolution bezeichnete die IAU-Entscheidung scherzhaft als "wissenschaftliche Ketzerei". Das Repräsentantenhaus von New Mexico verabschiedete eine Resolution zu Ehren von Tombaugh, einem langjährigen Einwohner dieses Bundesstaates, in der erklärt wurde, dass Pluto immer als Planet betrachtet wird, solange er sich am Himmel New Mexicos befindet, und dass der 13. März 2007 der Pluto-Planetentag ist. Der Senat von Illinois verabschiedete 2009 eine ähnliche Resolution mit der Begründung, dass Clyde Tombaugh, der Entdecker des Pluto, in Illinois geboren wurde. In der Resolution wurde behauptet, dass Pluto von der IAU "zu Unrecht zu einem 'Zwergplaneten' herabgestuft wurde". Einige Mitglieder der Öffentlichkeit lehnten die Änderung ebenfalls ab und beriefen sich dabei auf die Uneinigkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft in dieser Frage oder auf sentimentale Gründe, indem sie behaupteten, dass sie Pluto schon immer als Planeten betrachtet haben und dies auch weiterhin tun werden, unabhängig von der Entscheidung der IAU. ⓘ
Im Jahr 2006 wählte die American Dialect Society bei ihrer 17. jährlichen Wahl zum Wort des Jahres das Wort plutoed. Pluto" bedeutet "jemanden oder etwas abwerten oder degradieren". ⓘ
Forscher auf beiden Seiten der Debatte trafen sich im August 2008 am Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory zu einer Konferenz, auf der sie über die aktuelle IAU-Definition eines Planeten sprachen. Unter dem Titel "The Great Planet Debate" (Die große Planetendebatte) wurde im Anschluss an die Konferenz eine Pressemitteilung veröffentlicht, aus der hervorging, dass die Wissenschaftler keinen Konsens über die Definition des Begriffs Planet erzielen konnten. Im Juni 2008 gab die IAU in einer Pressemitteilung bekannt, dass der Begriff "Plutoid" fortan für Pluto und andere Objekte mit planetarischer Masse verwendet werden soll, deren Halbachse größer ist als die des Neptun, auch wenn dieser Begriff bisher nicht häufig verwendet wurde. ⓘ
Umlaufbahn
Die Umlaufzeit von Pluto beträgt derzeit etwa 248 Jahre. Seine Bahneigenschaften unterscheiden sich wesentlich von denen der Planeten, die auf nahezu kreisförmigen Bahnen um die Sonne nahe einer flachen Bezugsebene, der Ekliptik, kreisen. Im Gegensatz dazu ist Plutos Umlaufbahn gegenüber der Ekliptik mäßig geneigt (über 17°) und mäßig exzentrisch (elliptisch). Diese Exzentrizität bedeutet, dass ein kleiner Bereich der Plutobahn näher an der Sonne liegt als die Neptunbahn. Das Pluto-Charon-Baryzentrum erreichte sein Perihel am 5. September 1989 und war zuletzt zwischen dem 7. Februar 1979 und dem 11. Februar 1999 näher an der Sonne als Neptun. ⓘ
Obwohl die 3:2-Resonanz mit Neptun (siehe unten) beibehalten wird, verhalten sich Neigung und Exzentrizität des Pluto chaotisch. Mit Hilfe von Computersimulationen lässt sich seine Position für mehrere Millionen Jahre vorhersagen (sowohl vorwärts als auch rückwärts in der Zeit), aber nach Intervallen, die viel länger sind als die Lyapunov-Zeit von 10-20 Millionen Jahren, werden die Berechnungen unzuverlässig: Pluto reagiert empfindlich auf unermesslich kleine Details des Sonnensystems, auf schwer vorhersehbare Faktoren, die die Position des Pluto auf seiner Bahn allmählich verändern werden. ⓘ
Die Halbachse der Plutobahn schwankt zwischen etwa 39,3 und 39,6 Au mit einer Periode von etwa 19.951 Jahren, was einer Umlaufzeit zwischen 246 und 249 Jahren entspricht. Die Halbachse und die Periode werden gegenwärtig länger. ⓘ
Beziehung zu Neptun
Obwohl die Bahn des Pluto die des Neptun zu kreuzen scheint, wenn man sie von oben betrachtet, überschneiden sich die Bahnen der beiden Objekte nicht. Wenn Pluto der Sonne am nächsten ist und sich von oben gesehen in der Nähe von Neptuns Umlaufbahn befindet, ist er auch am weitesten über Neptuns Bahn. Plutos Bahn verläuft etwa 8 AE über der von Neptun, was eine Kollision verhindert. ⓘ
Dies allein reicht jedoch nicht aus, um Pluto zu schützen; Störungen durch die Planeten (insbesondere Neptun) könnten Plutos Bahn (z. B. seine Bahnpräzession) über Millionen von Jahren verändern, so dass eine Kollision möglich wäre. Pluto wird jedoch auch durch seine 2:3-Bahnresonanz mit Neptun geschützt: Für jeweils zwei Umläufe des Pluto um die Sonne macht Neptun drei. Jeder Zyklus dauert etwa 495 Jahre. (Es gibt noch viele andere Objekte in dieser Resonanz, die Plutinos genannt werden.) Dieses Muster ist so beschaffen, dass in jedem 495-Jahres-Zyklus, wenn Pluto sich zum ersten Mal dem Perihel nähert, Neptun über 50° hinter Pluto liegt. Bis zu Plutos zweitem Perihel wird Neptun weitere anderthalb seiner eigenen Bahnen zurückgelegt haben und damit fast 130° vor Pluto liegen. Der Mindestabstand zwischen Pluto und Neptun beträgt über 17 AE und ist damit größer als der Mindestabstand von Pluto zu Uranus (11 AE). Der minimale Abstand zwischen Pluto und Neptun tritt tatsächlich in der Nähe des Aphels von Pluto auf. ⓘ
Die 2:3-Resonanz zwischen den beiden Körpern ist äußerst stabil und hat sich über Millionen von Jahren erhalten. Dies verhindert, dass sich ihre Bahnen relativ zueinander verändern, so dass die beiden Körper niemals aneinander vorbeiziehen können. Selbst wenn Plutos Umlaufbahn nicht geneigt wäre, könnten die beiden Körper niemals zusammenstoßen. Die langfristige Stabilität der mittleren Bewegungsresonanz ist auf den Phasenschutz zurückzuführen. Wenn Plutos Periode etwas kürzer als 3/2 von Neptun ist, driftet seine Bahn relativ zu Neptun, was dazu führt, dass er sich Neptuns Bahn immer weiter annähert. Durch die Anziehungskraft zwischen den beiden wird der Drehimpuls auf Kosten von Neptun auf Pluto übertragen. Dadurch wird Pluto auf eine etwas größere Bahn verschoben, auf der er sich gemäß dem dritten Keplerschen Gesetz etwas langsamer bewegt. Nach vielen solcher Wiederholungen ist Pluto so weit verlangsamt, dass seine Bahn relativ zum Neptun in die entgegengesetzte Richtung driftet, bis sich der Prozess umkehrt. Der gesamte Prozess dauert etwa 20.000 Jahre. ⓘ
Andere Faktoren
Numerische Studien haben gezeigt, dass sich die allgemeine Ausrichtung der Bahnen von Pluto und Neptun über Millionen von Jahren nicht ändert. Es gibt mehrere andere Resonanzen und Wechselwirkungen, die die Stabilität von Pluto erhöhen. Diese ergeben sich hauptsächlich aus zwei zusätzlichen Mechanismen (neben der 2:3-Resonanz der mittleren Bewegung). ⓘ
Erstens: Plutos Periheldiskussion, der Winkel zwischen dem Punkt, an dem er die Ekliptik kreuzt, und dem Punkt, an dem er der Sonne am nächsten ist, schwankt um 90°. Das bedeutet, dass sich Pluto, wenn er der Sonne am nächsten ist, am weitesten über der Ebene des Sonnensystems befindet, was Begegnungen mit Neptun verhindert. Dies ist eine Folge des Kozai-Mechanismus, der die Exzentrizität einer Umlaufbahn mit ihrer Neigung zu einem größeren Störkörper - in diesem Fall Neptun - in Beziehung setzt. Im Verhältnis zum Neptun beträgt die Amplitude der Libration 38°, so dass der Winkelabstand zwischen Plutos Perihel und der Neptunbahn immer größer als 52° (90°-38°) ist. Der geringste Winkelabstand tritt alle 10.000 Jahre auf. ⓘ
Zweitens stehen die Längen der aufsteigenden Knoten der beiden Körper - die Punkte, an denen sie die Ekliptik kreuzen - nahezu in Resonanz mit der oben genannten Libration. Wenn die beiden Längen gleich sind, d. h. wenn man eine gerade Linie durch beide Knoten und die Sonne ziehen kann, liegt Plutos Perihel genau bei 90°, und daher kommt er der Sonne am nächsten, wenn er sich am höchsten über Neptuns Bahn befindet. Dies wird als 1:1-Superresonanz bezeichnet. Alle Jupiterplaneten, insbesondere Jupiter, spielen eine Rolle bei der Entstehung der Superresonanz. ⓘ
Quasi-Satellit
Im Jahr 2012 wurde die Hypothese aufgestellt, dass es sich bei 15810 Arawn um einen Quasi-Satelliten von Pluto handeln könnte, eine besondere Art von ko-orbitaler Konfiguration. Nach dieser Hypothese wäre das Objekt für etwa 350.000 Jahre in einem Zeitraum von zwei Millionen Jahren ein Quasi-Satellit des Pluto. Messungen der Raumsonde New Horizons im Jahr 2015 ermöglichten eine genauere Berechnung der Umlaufbahn von Arawn. Diese Berechnungen bestätigen die in der Hypothese beschriebene Gesamtdynamik. Allerdings sind sich die Astronomen nicht einig, ob Arawn aufgrund dieser Bewegung als Quasi-Satellit von Pluto eingestuft werden sollte, da seine Bahn hauptsächlich von Neptun gesteuert wird und nur gelegentlich kleinere Störungen durch Pluto auftreten. ⓘ
Rotation
Die Rotationsperiode des Pluto, sein Tag, entspricht 6,387 Erdtagen. Wie Uranus dreht sich Pluto auf seiner "Seite" in seiner Bahnebene, mit einer axialen Neigung von 120°, und daher sind seine jahreszeitlichen Schwankungen extrem; zu den Sonnenwenden ist ein Viertel seiner Oberfläche durchgehend taghell, während ein weiteres Viertel durchgehend dunkel ist. Der Grund für diese ungewöhnliche Ausrichtung ist umstritten. Forschungen der Universität von Arizona legen nahe, dass es an der Art und Weise liegen könnte, wie sich der Spin eines Körpers immer anpasst, um die Energie zu minimieren. Das könnte bedeuten, dass sich ein Körper so ausrichtet, dass sich die überflüssige Masse in der Nähe des Äquators befindet und die Regionen mit wenig Masse zu den Polen hin tendieren. Dies wird als Polarwanderung bezeichnet. Laut einer Veröffentlichung der Universität von Arizona könnte dies durch Massen von gefrorenem Stickstoff verursacht werden, die sich in schattigen Bereichen des Zwergplaneten ansammeln. Diese Massen würden dazu führen, dass sich der Körper neu ausrichtet, was zu seiner ungewöhnlichen axialen Neigung von 120° führt. Die Anhäufung von Stickstoff ist auf Plutos große Entfernung von der Sonne zurückzuführen. Am Äquator können die Temperaturen auf bis zu -240 °C (-400,0 °F; 33,1 K) fallen, wodurch Stickstoff gefriert, so wie Wasser auf der Erde gefrieren würde. Der gleiche Effekt, der auf dem Pluto zu beobachten ist, würde auch auf der Erde auftreten, wenn das antarktische Eisschild um ein Vielfaches größer wäre. ⓘ
Geologie
Oberfläche
Vorläufige Namen von Oberflächenformationen (Juli 2015)
Geologische Karte von Sputnik Planitia und Umgebung, Konvektionszellen schwarz umrandet ⓘ
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Plutos Oberfläche entspricht mit ihrer Größe von 17,6 Millionen Quadratkilometern knapp der Fläche von Südamerika. Sie zeigt nach der des Saturnmondes Iapetus unter allen übrigen Körpern des Sonnensystems die größten Helligkeitskontraste. Das erklärt die ausgeprägten Helligkeitsschwankungen, die schon von 1985 bis 1990 bei Verfinsterungen Plutos durch seinen großen Mond Charon gemessen wurden. ⓘ
Ab 2004 wurden Pluto und Charon mit dem Spitzer-Weltraumteleskop im thermischen Infrarot beobachtet. Die Lichtkurven zeigten, dass Pluto mit rund 40 Kelvin etwa 10 Kelvin kälter ist als Charon. Ursachen sind eine höhere Albedo, wodurch weniger Sonnenlicht absorbiert wird, und eine größere thermische Trägheit, wodurch die Rotation mehr Wärme auf die Rückseite transportiert. ⓘ
Durch den Vorbeiflug von New Horizons konnten von Plutos Oberfläche die Nordhalbkugel und die südliche Äquatorialzone abgelichtet werden; über den Rest herrschte die jahreszeitliche Polarnacht. Die detailreichsten Aufnahmen wurden von den Bereichen gewonnen, die inmitten der vom Mond Charon ständig abgewandten Seite um den 180. Längengrad liegen. Dort fällt eine helle, näherungsweise herzförmige, homogen erscheinende Region auf. Sie liegt zum flächenmäßig größeren Anteil nördlich des Äquators und hat nach dem Entdecker des Plutos, Clyde Tombaugh, den Namen Tombaugh Regio erhalten. Innerhalb der Tombaugh-Region befindet sich ein Bereich, der Sputnik Planitia getauft wurde. Die Sputnik-Tiefebene – benannt nach dem ersten künstlichen Satelliten Sputnik 1 – ist eine sehr große Eisfläche, die die westliche Hälfte der Tombaugh-Region einnimmt. Da sie frei von Einschlagkratern ist, gehen manche Forscher davon aus, dass sie weniger als 100 Millionen Jahre alt und möglicherweise noch in einem Zustand aktiver geologischer Formung begriffen ist. Ihr Anblick erinnert im ersten Moment an gefrorenen Schlamm. Sichtbare Schlieren in diesem Bereich könnten durch Winde verursacht sein. Andere Forscher gehen dabei von einer geologisch inaktiven, alten Oberfläche aus, auf die sich lediglich Vorgänge der Atmosphäre auswirken und niederschlagen. Stickstoffeis fließt in Gletschern aus einem hellen Bereich von Osten her in die Sputnik Planitia. Man nimmt an, dass es zuvor im Zentrum der Sputnik-Ebene verdampft ist und sich östlich der Ebene niedergeschlagen hat, von wo es zurückfließt. ⓘ
Die auffällige Tombaugh-Region liegt vermutlich nicht zufällig an dem Punkt des Äquators, der von Charon genau abgewandt ist. Nach der bevorzugten Erklärung müssen sie die Fliehkraft von Plutos Rotation und die Gezeitenkraft Charons in diese spezielle Position gebracht haben. Die Sputnik Planitia ist als Tiefebene jedoch von negativer Topologie und käme demnach durch einen Mangel an Masse für eine positive Schwerkraftanomalie, an denen diese Kräfte angreifen könnten, auf den ersten Blick nicht infrage. Bei der Tiefebene handelt es sich vermutlich um ein weniger als 100 Millionen Jahre altes Einschlagbecken, durch dessen durchlöcherten Boden Wasser eines möglichen verborgenen Ozeans eindringen konnte. Die Eisschicht, die das aufgestiegene Wasser gebildet hat, ist zwar dünner als die umgebende Eiskruste, hat aber eine höhere Massendichte, sodass dennoch eine positive Schwerkraftanomalie entstand. Nachfolgende Ablagerungen von Stickstoffeis haben diesen Effekt noch verstärkt. ⓘ
Am Südrand der Sputnik-Ebene ragen bis in eine Höhe von 3500 Metern die Norgay Montes, benannt nach Tenzing Norgay, neben Edmund Hillary einer der beiden Erstbesteiger des Mount Everest. Etwas weiter nördlich, am Westrand der Sputnik-Ebene, erheben sich die Hillary Montes bis 1500 Meter über ihre Umgebung. Die hohen Berge bestehen aller Wahrscheinlichkeit nach aus Wassereis, da dieses bei den niedrigen Temperaturen hart wie Fels ist. Methan- und Stickstoffeis, die den größten Teil von Plutos Oberfläche bedecken, sind für solche Gebilde nicht stabil genug – obgleich ihr Gewicht auf dem Zwergplaneten nur ein Fünfzehntel dessen beträgt, das sie auf der Erde haben würden. Die Ursache ihrer Entstehung liegt noch völlig im Dunkeln, denn der Zwergplanet steht nicht unter dem gravitativen Einfluss eines noch massereicheren Himmelskörpers, der seine Kruste derart verformen könnte. Im Umfeld der Norgay-Berge befinden sich zwei 3 und 5 Kilometer hohe Erhebungen, Wright Mons und Piccard Mons, mit zentralen Einsenkungen, wahrscheinlich Eisvulkane. ⓘ
In der östlichen Nachbarschaft der Tombaugh-Region liegt die Region Tartarus Dorsa – benannt nach dem Tartarus in der griechischen Mythologie, dem tiefsten Teil der Unterwelt. Das Terrain dieser Bergrücken erhielt wegen seines sonderbaren Reliefs von den Bildauswertern den Spitznamen „Schlangenhaut“. Die zerklüfteten Tartarus-Bergrücken erstrecken sich über Hunderte von Kilometern und werden von annähernd parallel verlaufenden Rillen durchzogen, die durch tektonische Bewegungen entstanden sein könnten. Die Rücken sind von klingenartigen Graten überzogen, die sich möglicherweise über längere Zeit durch flüchtiges und wiederholt gefrorenes Material herausgebildet haben. ⓘ
Auf der mit der höchsten Auflösung aufgenommenen Hemisphäre wurden 1070 Einschlagkrater gezählt. Sie zeigen sehr verschiedene Erhaltungszustände. Die Gebiete mit der höchsten Kraterdichte werden auf ein Alter von vier Milliarden Jahren geschätzt. ⓘ
Für die Benennung von Plutos Formationen hat die IAU im Rahmen ihrer Nomenklatur die Möglichkeiten auf mythologische Namen für die Unterwelt und mit ihr verbundene Götter, Zwerge, Heroen und Entdecker, auf Raumfahrzeuge sowie auf Schriftsteller, Wissenschaftler und Ingenieure, die mit Pluto und dem Kuipergürtel in Verbindung gebracht werden, eingeschränkt. Die ersten Namen wurden am 21. September 2017 offiziell bestätigt. ⓘ
Pluto in der besten Auflösung, kontrastverbessert, farbverstärkt und um Infrarot erweitert
Aufnahme aus einem anderen Winkel, kontrastverbessert, farbverstärkt und um Infrarot erweitert
Ein Ausschnitt der Sputnik-Ebene (Kontext)
Die Norgay-Berge und ihre Umgebung mit Wright Mons, einem der wahrscheinlichen Eisvulkane (unterhalb der Bildmitte)
Die charonnahe Seite von Pluto
Plutos Oberfläche mit Bergen in Dunst und Nebel im Gegenlicht
Die Sputnik-Ebene und die Norgay-Berge ⓘ
Die Ebenen auf Plutos Oberfläche bestehen zu mehr als 98 Prozent aus Stickstoffeis, mit Spuren von Methan und Kohlenmonoxid. Stickstoff und Kohlenmonoxid sind am häufigsten auf der Anti-Charon-Seite des Pluto zu finden (bei 180° Länge, wo sich der westliche Lappen der Tombaugh-Region, Sputnik Planitia, befindet), während Methan am häufigsten bei 300° Ost zu finden ist. Die Berge bestehen aus Wassereis. Die Oberfläche des Pluto ist sehr vielfältig, mit großen Unterschieden in Helligkeit und Farbe. Pluto ist einer der kontrastreichsten Körper im Sonnensystem, mit so viel Kontrast wie der Saturnmond Iapetus. Die Farbe variiert von Kohleschwarz über dunkles Orange bis hin zu Weiß. Die Farbe von Pluto ähnelt eher der von Io, mit etwas mehr Orange und deutlich weniger Rot als beim Mars. Zu den bemerkenswerten geografischen Merkmalen gehören Tombaugh Regio oder das "Herz" (ein großes helles Gebiet auf der Charon gegenüberliegenden Seite), Cthulhu Macula oder der "Wal" (ein großes dunkles Gebiet auf der hinteren Hemisphäre) und die "Brass Knuckles" (eine Reihe äquatorialer dunkler Gebiete auf der vorderen Hemisphäre). ⓘ
Innere Struktur
- Wassereis-Kruste
- Flüssigwasser-Ozean
- Silikat-Kern ⓘ
Die Dichte von Pluto beträgt 1,860±0,013 g/cm3. Da der Zerfall radioaktiver Elemente das Eis schließlich so stark aufheizen würde, dass sich das Gestein von ihm löst, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass Plutos innere Struktur differenziert ist, wobei sich das Gesteinsmaterial in einem dichten Kern abgesetzt hat, der von einem Mantel aus Wassereis umgeben ist. Der Durchmesser des Kerns wird vor New Horizons auf 1700 km geschätzt, was 70 % des Durchmessers von Pluto entspricht. Pluto hat kein Magnetfeld. ⓘ
Es ist möglich, dass diese Erwärmung auch heute noch anhält und einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser mit einer Dicke von 100 bis 180 km an der Kern-Mantel-Grenze bildet. Im September 2016 simulierten Wissenschaftler der Brown University den Einschlag, von dem man annimmt, dass er Sputnik Planitia gebildet hat, und zeigten, dass er das Ergebnis von flüssigem Wasser gewesen sein könnte, das nach der Kollision von unten aufstieg, was auf die Existenz eines unterirdischen Ozeans von mindestens 100 km Tiefe schließen lässt. Im Juni 2020 meldeten die Astronomen Beweise dafür, dass Pluto bei seiner Entstehung einen unterirdischen Ozean besessen haben könnte und folglich bewohnbar gewesen sein könnte. Im März 2022 kamen sie zu dem Schluss, dass die Gipfel des Pluto in Wirklichkeit ein Zusammenschluss von "Eisvulkanen" sind, was darauf hindeutet, dass es auf dem Körper eine Wärmequelle gibt, deren Ausmaße bisher nicht für möglich gehalten wurden. ⓘ
Masse und Größe
Pluto hat einen Durchmesser von 2376,6±3,2 km und eine Masse von (1,303±0,003)×1022 kg, 17,7 % der Masse des Mondes (0,22 % der Masse der Erde). Seine Oberfläche beträgt 1,664794×107 km2, was ungefähr der Fläche Russlands entspricht. Die Schwerkraft auf der Oberfläche beträgt 0,063 g (im Vergleich zu 1 g auf der Erde und 0,17 g auf dem Mond). ⓘ
Die Entdeckung des Pluto-Satelliten Charon im Jahr 1978 ermöglichte die Bestimmung der Masse des Pluto-Charon-Systems durch Anwendung der Newtonschen Formulierung des dritten Keplerschen Gesetzes. Die Beobachtung von Pluto bei der Bedeckung durch Charon ermöglichte es den Wissenschaftlern, den Durchmesser von Pluto genauer zu bestimmen, während die Erfindung der adaptiven Optik es ihnen erlaubte, seine Form genauer zu bestimmen. ⓘ
Mit einer Masse von weniger als 0,2 Mondmassen ist Pluto viel weniger massiv als die terrestrischen Planeten und auch weniger massiv als sieben Monde: Ganymed, Titan, Kallisto, Io, der Mond, Europa und Triton. Die Masse ist viel geringer als vor der Entdeckung von Charon angenommen. ⓘ
Pluto hat mehr als den doppelten Durchmesser und ein Dutzend Mal die Masse von Ceres, dem größten Objekt im Asteroidengürtel. Er ist weniger massereich als der Zwergplanet Eris, ein transneptunisches Objekt, das 2005 entdeckt wurde. Allerdings hat Pluto einen größeren Durchmesser von 2376,6 km im Vergleich zu Eris' ungefährem Durchmesser von 2326 km. ⓘ
Die Bestimmung der Größe von Pluto wurde durch seine Atmosphäre und den Kohlenwasserstoffdunst erschwert. Im März 2014 veröffentlichten Lellouch, de Bergh et al. ihre Erkenntnisse über das Methan-Mischungsverhältnis in Plutos Atmosphäre, die mit einem Plutodurchmesser von mehr als 2360 km übereinstimmen, mit einer "besten Schätzung" von 2368 km. Am 13. Juli 2015 ermittelten die Bilder des Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) der NASA-Mission New Horizons zusammen mit den Daten anderer Instrumente einen Plutodurchmesser von 2.370 km, der am 24. Juli auf 2.372 km und später auf 2374±8 km korrigiert wurde. Mit Hilfe von Radio-Okkultationsdaten des New Horizons Radio Science Experiment (REX) wurde ein Durchmesser von 2376,6±3,2 km ermittelt. ⓘ
| Jahr | Radius | Anmerkungen ⓘ |
|---|---|---|
| 1993 | 1195 km | Millis, et al. (wenn kein Dunst) |
| 1993 | 1180 km | Millis, et al. (Oberfläche und Dunst) |
| 1994 | 1164 km | Jung & Binzel |
| 2006 | 1153 km | Buie, et al. |
| 2007 | 1161 km | Jung, Jung, & Buie |
| 2011 | 1180 km | Zalucha, et al. |
| 2014 | 1184 km | Lellouch, et al. |
| 2015 | 1187 km | New Horizons Messung (aus optischen Daten) |
| 2017 | 1188,3 km | New Horizons-Messung (aus Radio-Okkultationsdaten) |
Atmosphäre
Pluto hat eine dünne Atmosphäre, die aus Stickstoff (N2), Methan (CH4) und Kohlenmonoxid (CO) besteht, die mit ihrem Eis auf der Oberfläche des Pluto im Gleichgewicht sind. Nach den Messungen von New Horizons beträgt der Oberflächendruck etwa 1 Pa (10 μbar) und ist damit etwa eine Million bis 100.000 Mal geringer als der Atmosphärendruck der Erde. Ursprünglich ging man davon aus, dass die Atmosphäre des Pluto mit zunehmender Entfernung von der Sonne allmählich auf der Oberfläche gefrieren sollte; Untersuchungen der Daten von New Horizons und bodengestützte Bedeckungen zeigen, dass die atmosphärische Dichte des Pluto zunimmt und dass er wahrscheinlich während seiner gesamten Umlaufbahn gasförmig bleibt. Die Beobachtungen von New Horizons haben gezeigt, dass das Entweichen von Stickstoff aus der Atmosphäre 10.000-mal geringer ist als erwartet. Alan Stern hat behauptet, dass bereits ein geringer Anstieg der Oberflächentemperatur des Pluto zu einem exponentiellen Anstieg der atmosphärischen Dichte des Pluto führen kann, und zwar von 18 hPa auf bis zu 280 hPa (dreimal so hoch wie die des Mars und ein Viertel der Erde). Bei solchen Dichten könnte Stickstoff als Flüssigkeit über die Oberfläche fließen. So wie Schweiß den Körper kühlt, wenn er von der Haut verdunstet, kühlt die Sublimation der Pluto-Atmosphäre seine Oberfläche. Pluto hat keine oder fast keine Troposphäre; Beobachtungen von New Horizons deuten nur auf eine dünne troposphärische Grenzschicht hin. Ihre Dicke betrug am Ort der Messung 4 km und die Temperatur 37±3 K. Die Schicht ist nicht durchgängig. ⓘ
Im Juli 2019 zeigte eine Bedeckung durch Pluto, dass sein atmosphärischer Druck entgegen den Erwartungen seit 2016 um 20 % gesunken ist. Im Jahr 2021 bestätigten Astronomen des Southwest Research Institute das Ergebnis anhand von Daten einer Bedeckung aus dem Jahr 2018, die zeigten, dass das Licht hinter Plutos Scheibe allmählich schwächer wurde, was auf eine dünnere Atmosphäre hindeutet. ⓘ
Das Vorhandensein von Methan, einem starken Treibhausgas, in Plutos Atmosphäre führt zu einer Temperaturinversion, wobei die durchschnittliche Temperatur seiner Atmosphäre um mehrere Dutzend Grad wärmer ist als die seiner Oberfläche, obwohl Beobachtungen von New Horizons gezeigt haben, dass Plutos obere Atmosphäre viel kälter ist als erwartet (70 K, im Gegensatz zu etwa 100 K). Plutos Atmosphäre ist in etwa 20 gleichmäßig verteilte Dunstschichten unterteilt, die bis zu 150 km hoch sind und vermutlich das Ergebnis von Druckwellen sind, die durch die Luftströmung über Plutos Berge entstehen. ⓘ
Satelliten
Pluto hat fünf bekannte natürliche Satelliten. Der dem Pluto am nächsten gelegene ist Charon. Charon wurde erstmals 1978 von dem Astronomen James Christy identifiziert und ist der einzige Mond des Pluto, der sich möglicherweise im hydrostatischen Gleichgewicht befindet. Charons Masse reicht aus, um das Baryzentrum des Pluto-Charon-Systems außerhalb von Pluto zu platzieren. Neben Charon gibt es vier viel kleinere zirkumbinäre Monde. In der Reihenfolge ihrer Entfernung von Pluto sind dies Styx, Nix, Kerberos und Hydra. Nix und Hydra wurden beide im Jahr 2005 entdeckt, Kerberos im Jahr 2011, und Styx im Jahr 2012. Die Bahnen der Satelliten sind kreisförmig (Exzentrizität < 0,006) und koplanar mit Plutos Äquator (Inklination < 1°) und daher um etwa 120° relativ zur Plutobahn geneigt. Das plutonische System ist sehr kompakt: Die fünf bekannten Satelliten kreisen innerhalb der inneren 3% der Region, in der prograde Bahnen stabil wären. ⓘ
Die Umlaufzeiten aller Monde des Pluto sind durch ein System von Bahnresonanzen und Beinahe-Resonanzen miteinander verbunden. Wenn die Präzession berücksichtigt wird, stehen die Umlaufzeiten von Styx, Nix und Hydra in einem exakten Verhältnis von 18:22:33. Zwischen den Perioden von Styx, Nix, Kerberos und Hydra und der von Charon besteht eine Abfolge von ungefähren Verhältnissen von 3:4:5:6; die Verhältnisse werden umso genauer, je weiter die Monde entfernt sind. ⓘ
Das System Pluto-Charon ist eines der wenigen im Sonnensystem, dessen Baryzentrum außerhalb des Primärkörpers liegt; das System Patroclus-Menoetius ist ein kleineres Beispiel, und das System Sonne-Jupiter ist das einzige größere. Die Ähnlichkeit in der Größe von Charon und Pluto hat einige Astronomen dazu veranlasst, ihn als doppelten Zwergplaneten zu bezeichnen. Das System ist auch insofern ungewöhnlich unter den Planetensystemen, als beide aneinander gekoppelt sind, was bedeutet, dass sich Pluto und Charon immer die gleiche Hemisphäre gegenüberstehen. Von jeder Position eines der beiden Körper aus ist der andere immer an der gleichen Stelle des Himmels zu sehen, oder er ist verdeckt. Das bedeutet auch, dass die Rotationsperiode beider Körper gleich der Zeit ist, die das gesamte System für eine Umdrehung um sein Baryzentrum benötigt. ⓘ
Im Jahr 2007 wurden vom Gemini-Observatorium Flecken mit Ammoniakhydraten und Wasserkristallen auf der Oberfläche von Charon beobachtet, die auf das Vorhandensein aktiver Kryo-Geysire schließen lassen. ⓘ
Es wird angenommen, dass die Monde des Pluto durch eine Kollision zwischen Pluto und einem Körper ähnlicher Größe zu einem frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Sonnensystems entstanden sind. Bei der Kollision wurde Material freigesetzt, das sich zu den Monden um Pluto verdichtete. ⓘ
Das Pluto-System: Pluto, Charon, Styx, Nix, Kerberos und Hydra, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop im Juli 2012.
Pluto und Charon, maßstabsgetreu. Bild, aufgenommen von New Horizons am 8. Juli 2015.
Familienporträt der fünf Monde des Pluto, maßstabsgetreu.
Plutos Mond Charon, aufgenommen von New Horizons am 13. Juli 2015 ⓘ
Herkunft
Die Herkunft und Identität des Pluto gab den Astronomen lange Zeit Rätsel auf. Eine frühe Hypothese war, dass es sich bei Pluto um einen entkommenen Neptunmond handelte, der von Neptuns derzeit größtem Mond, Triton, aus der Umlaufbahn geschleudert wurde. Diese Idee wurde schließlich verworfen, nachdem dynamische Studien gezeigt hatten, dass sie unmöglich ist, da Pluto sich Neptun auf seiner Umlaufbahn nie nähert. ⓘ
Plutos wahrer Platz im Sonnensystem wurde erst 1992 deutlich, als Astronomen begannen, kleine eisige Objekte jenseits des Neptun zu finden, die Pluto nicht nur in der Umlaufbahn, sondern auch in Größe und Zusammensetzung ähnelten. Es wird angenommen, dass diese transneptunische Population die Quelle vieler kurzperiodischer Kometen ist. Heute weiß man, dass Pluto das größte Mitglied des Kuipergürtels ist, eines stabilen Gürtels von Objekten, die zwischen 30 und 50 AE von der Sonne entfernt sind. Im Jahr 2011 waren die Untersuchungen des Kuipergürtels bis zur Größe 21 fast abgeschlossen, und es wird erwartet, dass sich alle verbleibenden Objekte von Plutos Größe jenseits von 100 AE von der Sonne befinden. Wie andere Objekte des Kuipergürtels (KBOs) weist Pluto ähnliche Merkmale wie Kometen auf; beispielsweise bläst der Sonnenwind die Oberfläche des Pluto allmählich ins All. Es wurde behauptet, dass Pluto einen Schweif entwickeln würde, wenn er der Sonne so nahe käme wie die Erde, so wie es Kometen tun. Diese Behauptung wurde mit dem Argument bestritten, dass Plutos Fluchtgeschwindigkeit dafür zu hoch ist. Es wurde vorgeschlagen, dass Pluto durch die Zusammenballung zahlreicher Kometen und Kuipergürtelobjekte entstanden sein könnte. ⓘ
Obwohl Pluto das größte entdeckte Kuipergürtel-Objekt ist, ist der Neptunmond Triton, der etwas größer als Pluto ist, ihm sowohl geologisch als auch atmosphärisch ähnlich und wird für ein eingefangenes Kuipergürtel-Objekt gehalten. Eris (siehe oben) ist etwa so groß wie Pluto (wenn auch massereicher), wird aber nicht als Mitglied der Kuipergürtelpopulation betrachtet. Vielmehr wird sie als Mitglied einer zusammenhängenden Population betrachtet, die als Streuscheibe bezeichnet wird. ⓘ
Eine große Anzahl von Objekten des Kuipergürtels befindet sich, wie Pluto, in einer 2:3-Bahnresonanz mit Neptun. KBOs mit dieser Bahnresonanz werden nach Pluto "Plutinos" genannt. ⓘ
Wie andere Mitglieder des Kuipergürtels wird auch Pluto als Restplanetesimal angesehen, d. h. als Bestandteil der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe um die Sonne, die nicht vollständig zu einem vollwertigen Planeten zusammengewachsen ist. Die meisten Astronomen sind sich einig, dass Pluto seine derzeitige Position einer plötzlichen Wanderung von Neptun zu Beginn der Entstehung des Sonnensystems verdankt. Auf seiner Wanderung nach außen näherte sich Neptun den Objekten im Proto-Kuipergürtel, wobei er eines in eine Umlaufbahn um sich selbst brachte (Triton), andere in Resonanz brachte und wieder andere in chaotische Bahnen stieß. Es wird angenommen, dass die Objekte in der verstreuten Scheibe, einer dynamisch instabilen Region, die den Kuipergürtel überlappt, durch Wechselwirkungen mit Neptuns wandernden Resonanzen in ihre jetzigen Positionen gebracht wurden. Ein 2004 von Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d'Azur in Nizza erstelltes Computermodell legt nahe, dass die Wanderung von Neptun in den Kuipergürtel durch die Bildung einer 1:2-Resonanz zwischen Jupiter und Saturn ausgelöst worden sein könnte, die einen Gravitationsschub erzeugte, der sowohl Uranus als auch Neptun in höhere Umlaufbahnen trieb und sie dazu veranlasste, ihre Plätze zu tauschen, wodurch sich schließlich Neptuns Abstand zur Sonne verdoppelte. Die daraus resultierende Vertreibung von Objekten aus dem Proto-Kuipergürtel könnte auch das späte schwere Bombardement 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems und die Entstehung der Jupiter-Trojaner erklären. Es ist möglich, dass Pluto eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn in etwa 33 AE von der Sonne entfernt hatte, bevor er durch Neptuns Wanderung in eine resonante Einfangstellung gebracht wurde. Das Nizza-Modell setzt voraus, dass sich in der ursprünglichen Planetesimalscheibe etwa tausend Körper von Plutogröße befanden, zu denen auch Triton und Eris gehörten. ⓘ
Beobachtung und Erforschung
Die Entfernung des Pluto von der Erde erschwert seine eingehende Untersuchung und Erforschung. Am 14. Juli 2015 flog die NASA-Raumsonde New Horizons durch das Pluto-System und lieferte viele Informationen darüber. ⓘ
Beobachtung
Plutos visuelle scheinbare Helligkeit beträgt durchschnittlich 15,1, wobei er im Perihel auf 13,65 aufhellt. Um ihn zu sehen, ist ein Teleskop erforderlich, wobei eine Öffnung von etwa 30 cm (12 Zoll) wünschenswert ist. Er sieht selbst in großen Teleskopen sternförmig und ohne sichtbare Scheibe aus, da sein Winkeldurchmesser maximal 0,11" beträgt. ⓘ
Die ersten Karten von Pluto, die in den späten 1980er Jahren erstellt wurden, waren Helligkeitskarten, die aus Nahbeobachtungen von Verfinsterungen seines größten Mondes, Charon, gewonnen wurden. Dabei wurde beobachtet, wie sich die durchschnittliche Gesamthelligkeit des Pluto-Charon-Systems während der Finsternisse verändert. So führt die Verfinsterung eines hellen Flecks auf Pluto zu einer größeren Änderung der Gesamthelligkeit als die Verfinsterung eines dunklen Flecks. Mit Hilfe der Computerverarbeitung vieler solcher Beobachtungen kann eine Helligkeitskarte erstellt werden. Mit dieser Methode lassen sich auch Helligkeitsveränderungen im Laufe der Zeit verfolgen. ⓘ
Bessere Karten wurden anhand von Bildern des Hubble-Weltraumteleskops (HST) erstellt, die eine höhere Auflösung boten und wesentlich mehr Details zeigten, so dass Variationen von mehreren hundert Kilometern Durchmesser, einschließlich der Polarregionen und großer heller Flecken, aufgelöst werden konnten. Diese Karten wurden durch eine komplexe Computerverarbeitung erstellt, bei der für die wenigen Pixel der Hubble-Bilder die bestgeeigneten projizierten Karten gefunden wurden. Diese Karten blieben bis zum Vorbeiflug von New Horizons im Juli 2015 die detailliertesten Karten von Pluto, da die beiden Kameras des HST, die für diese Karten verwendet wurden, nicht mehr in Betrieb waren. ⓘ
Erkundung
Die Raumsonde New Horizons, die im Juli 2015 am Pluto vorbeiflog, ist der erste und bisher einzige Versuch, Pluto direkt zu erkunden. Sie wurde 2006 gestartet und nahm Ende September 2006 während eines Tests des Long Range Reconnaissance Imager ihre ersten (entfernten) Bilder von Pluto auf. Die Bilder, die aus einer Entfernung von etwa 4,2 Milliarden Kilometern aufgenommen wurden, bestätigten die Fähigkeit der Sonde, weit entfernte Ziele zu verfolgen, was für die Annäherung an Pluto und andere Objekte des Kuipergürtels entscheidend ist. Anfang 2007 nutzte die Sonde die Schwerkraft des Jupiters. ⓘ
Nach einer 3 462-tägigen Reise durch das Sonnensystem kam New Horizons am 14. Juli 2015 dem Pluto am nächsten. Die wissenschaftlichen Beobachtungen von Pluto begannen fünf Monate vor der größten Annäherung und wurden mindestens einen Monat lang nach der Begegnung fortgesetzt. Die Beobachtungen wurden mit einem Fernerkundungspaket durchgeführt, das bildgebende Instrumente und ein funkwissenschaftliches Untersuchungsinstrument sowie spektroskopische und andere Experimente umfasste. Die wissenschaftlichen Ziele von New Horizons waren die Charakterisierung der globalen Geologie und Morphologie von Pluto und seinem Mond Charon, die Kartierung ihrer Oberflächenzusammensetzung und die Analyse von Plutos neutraler Atmosphäre und ihrer Austrittsrate. Am 25. Oktober 2016 um 17:48 Uhr ET wurde das letzte Datenpaket (von insgesamt 50 Milliarden Datenbits; oder 6,25 Gigabyte) von New Horizons von der nahen Begegnung mit Pluto empfangen. ⓘ
Seit dem Vorbeiflug von New Horizons plädieren Wissenschaftler für eine Orbiter-Mission, die zum Pluto zurückkehren würde, um neue wissenschaftliche Ziele zu erreichen. Dazu gehören die Kartierung der Oberfläche mit einer Auflösung von 9,1 m pro Pixel, die Beobachtung von Plutos kleineren Satelliten, die Beobachtung der Veränderungen, die Pluto bei seiner Drehung um seine Achse erfährt, die Untersuchung eines möglichen unterirdischen Ozeans und die topografische Kartierung von Plutos Regionen, die aufgrund seiner axialen Neigung lange Zeit von Dunkelheit bedeckt sind. Das letzte Ziel könnte mit Hilfe von Laserimpulsen erreicht werden, um eine vollständige topografische Karte von Pluto zu erstellen. Der leitende Forscher von New Horizons, Alan Stern, hat sich für einen Orbiter vom Typ Cassini ausgesprochen, der um das Jahr 2030 (dem 100. Jahrestag der Entdeckung des Pluto) starten und die Schwerkraft von Charon nutzen würde, um seine Umlaufbahn nach der Ankunft im Pluto-System so anzupassen, dass er seine wissenschaftlichen Ziele erreichen kann. Der Orbiter könnte dann Charons Schwerkraft nutzen, um das Pluto-System zu verlassen und weitere KBOs zu untersuchen, nachdem alle Pluto-Wissenschaftsziele erreicht sind. Eine durch das NASA-Programm Innovative Advanced Concepts (NIAC) finanzierte Konzeptstudie beschreibt einen fusionsfähigen Pluto-Orbiter und -Lander auf der Grundlage des Princeton-Reaktors mit feldumgekehrter Konfiguration. ⓘ
Sub-Charon-Hemisphäre
Die Äquatorregion der Sub-Charon-Hemisphäre von Pluto wurde bisher nur in geringer Auflösung abgebildet, da New Horizons sich der Anti-Charon-Hemisphäre am weitesten genähert hat. ⓘ
- Zusammengesetzte Bildkarten von Pluto vom 14. Juli 2015 (aktualisiert 2019)
Ein zusammengesetztes Bild der Sub-Charon-Hemisphäre von Pluto. Die Region innerhalb/unterhalb der weißen Linie befand sich bei der größten Annäherung von New Horizons auf der anderen Seite des Pluto und wurde nur in den ersten Tagen des Vorbeiflugs (mit geringerer Auflösung) abgebildet. Die schwarzen Regionen wurden überhaupt nicht abgebildet.
Das niedrig aufgelöste Gebiet, mit benannten Merkmalen
Das niedrig aufgelöste Gebiet, mit nach geologischem Typ klassifizierten Merkmalen ⓘ
Quellen: ⓘ
Südliche Hemisphäre
New Horizons hat die gesamte nördliche Hemisphäre Plutos sowie die Äquatorialregionen bis zu etwa 30° Süd aufgenommen. Höhere südliche Breiten wurden bisher nur von der Erde aus mit sehr geringer Auflösung beobachtet. Die Bilder des Hubble-Weltraumteleskops aus dem Jahr 1996 decken 85 % von Pluto ab und zeigen große Albedo-Merkmale bis hinunter zu etwa 75° Süd. Dies reicht aus, um die Ausdehnung der Makulae der gemäßigten Zone zu zeigen. Spätere Aufnahmen hatten eine etwas bessere Auflösung, was auf geringfügige Verbesserungen der Hubble-Instrumente zurückzuführen ist. ⓘ
Einige Albedo-Variationen in den höheren südlichen Breiten konnten von New Horizons mit Hilfe von Charon-Shine (von Charon reflektiertes Licht) festgestellt werden. Die Südpolregion scheint dunkler zu sein als die Nordpolregion, aber es gibt eine Region mit hoher Albedo in der südlichen Hemisphäre, die ein regionales Stickstoff- oder Methaneisvorkommen sein könnte. ⓘ
Eine Karte von Pluto, basierend auf Hubble-Bildern von 1996, zentriert auf der Anti-Charon-Hemisphäre (Sputnik Planitia), die die südliche Hemisphäre bis 75°S abdeckt
(a) Synthesierte HST-Karte von Pluto aus Buie et al. (2010).
(b) Koloriertes New Horizons MVIC und LORRI Mosaik.
(c-d) Destreaked Charon-illuminated image stack, dargestellt in etwa der gleichen Ausdehnung. Die grüne Linie ist die Grenze der Hemisphäre unter Charon. ⓘ
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Videos
Sichtbarkeit
Um Pluto sehen zu können, ist ein Teleskop mit einer Öffnung von mindestens 200 mm nötig. Derzeit wandert er durch das Sternbild Schütze und wird 2023/2024 in den Steinbock wechseln. Da Pluto am 5. September 1989 im Perihel war, entfernt er sich seither auf seiner elliptischen Umlaufbahn von der Sonne; daher finden aufeinanderfolgende Oppositionen bis zum Jahr 2113 bei immer größerer Entfernung, mit immer geringerer scheinbarer Größe und mit immer geringerer Helligkeit des Zwergplaneten statt. ⓘ
Siehe auch
- Liste der Zwergplaneten des Sonnensystems
- Liste von transneptunischen Objekten
- Liste der Monde von Planeten und Zwergplaneten
- Liste der Monde von Asteroiden
- Liste der Entdeckungen der Planeten und ihrer Monde ⓘ
Literatur
- Alan Stern, Jaqueline Mitton: Pluto and Charon. Ice Worlds on the Ragged Edge of the Solar System. University of Arizona Press, Tucson, AZ 1997, ISBN 0-8165-1840-8; 2. erweiterte Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-40556-9 (englisch).
- S. Alan Stern, Jeffrey M. Moore, William M. Grundy u. a. (Hrsg.): The Pluto System After New Horizons (University of Arizona Space Science). 2021, ISBN 0-8165-4094-2.
- David A. Weintraub: Is Pluto a Planet? A Historical Journey through the Solar System. Princeton University Press, Princeton NJ 2007, ISBN 0-691-12348-9 (englisch).
- Leif Allendorf: Planet Pluto. Die Geheimnisse des äußeren Sonnensystems. Avinus, Berlin 2007, ISBN 978-3-930064-76-2.
- Silvia Protopapa: Surface characterization of Pluto, Charon and (47171) 1999 TC36. Copernicus Publishing, Katlenburg-Lindau 2009, ISBN 978-3-936586-96-1. Dissertation Technische Universität Braunschweig 2009, 143 Seiten (englisch).
- Sue Ward: Das Fundament der Astrologie. Wie die alten Herrscher und die neuen Planeten zu ihrer astrologischen Deutung kamen. Übersetzt von Reinhardt Stiehle, Chiron, Tübingen 2011, ISBN 978-3-89997-195-8.
- Tilmann Althaus: Erste Details von Pluto. In: Sterne und Weltraum. 2015, 9, S. 26–37 (Abstract, abgerufen am 21. Dezember 2021). ⓘ
Dokumentarfilme
- Zwergplanet Pluto – Entdeckung einer fernen Welt. TV-Dokumentation in HD von Alastair Duncan, Original-Titel: Pluto – Back From the Dead. GB 2020, Deutsche Bearbeitung: ZDF 2020, zuletzt ausgestrahlt auf ZDFinfo am 27. April 2022. ⓘ