Pluto

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Dieser Artikel behandelt den Zwergplaneten Pluto, für weitere Bedeutungen von Pluto siehe Pluto (Begriffsklärung).
Zwergplanet
(134340) Pluto  Astronomisches Symbol des Pluto
Global LORRI mosaic of Pluto in true colour.jpg
Ansicht des Nordpolargebiets und der charonfernen Seite von Pluto, aufgenommen von der Raumsonde New Horizons am 14. Juli 2015 aus einer Entfernung von rund 450.000 km[1]
Eigenschaften des Orbits[2]
(Simulation)
Große Halbachse 39,482 AE
(5906,4 Mio. km)
Perihel – Aphel 29,658 – 49,305 AE
Exzentrizität 0,2488
Neigung der Bahnebene 17,16°
Siderische Umlaufzeit 247 a 343 d
Synodische Umlaufzeit 366,73 Tage
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 4,67 km/s
Kleinster – größter Erdabstand 28,702 – 50,357 AE
Physikalische Eigenschaften[2]
Äquatordurchmesser* 2370 km
Poldurchmesser* 2370 km
Masse 1,303·1022 kg
Mittlere Dichte 1,869 g/cm3
Fallbeschleunigung* 0,62 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit 1,21 km/s
Rotationsperiode 6 d 9 h 17 min 34 s
Neigung der Rotationsachse 122,53°
Geometrische Albedo 0,5 bis 0,7
Max. scheinbare Helligkeit +13,65m
Eigenschaften der Atmosphäre
Druck* ≈ 3·10−6 bar
Temperatur*
Min. – Mittel – Max.
33 K (−240 °C)
44 K (−229 °C)
55 K (−218 °C)
Hauptbestandteile
*bezogen auf das Nullniveau des Zwergplaneten
Sonstiges
Monde 5
Entdecker C. Tombaugh
Datum der Entdeckung 18. Februar 1930
Größenvergleich
Größenvergleich zwischen den Paaren ErdeMond und Pluto–Charon (unten rechts) im gleichen Maßstab (Fotomontage)

Pluto ist der größte bekannte Zwergplanet und ein prominentes Objekt des Kuipergürtels. Er ist nach dem römischen Gott der Unterwelt benannt. Das astronomische Symbol des Pluto ist Astronomisches Symbol des Pluto. In der Astrologie wird auch Astrologisches Symbol des Pluto verwendet.

Pluto besitzt etwa ein Drittel des Volumens des Erdmondes und bewegt sich auf einer noch exzentrischeren Bahn um die Sonne als der Planet Merkur. Von seiner Entdeckung am 18. Februar 1930 bis zur Neudefinition des Begriffs „Planet“ am 24. August 2006 durch die Internationale Astronomische Union (IAU) galt Pluto als der neunte und äußerste Planet des Sonnensystems. Als immer neue, ähnlich große Körper im Kuipergürtel gefunden wurden (zum Beispiel (136199) Eris), wurde ihm der Planetenstatus aberkannt und er den Zwergplaneten zugeordnet. In der Folge wurde Pluto von der IAU mit der Kleinplanetennummer 134340 versehen, sodass seine vollständige offizielle Bezeichnung nunmehr (134340) Pluto ist. Ferner wurden nach Pluto die neudefinierten Klassen der Plutoiden und der Plutinos benannt.

Im Januar 2006 wurde mit New Horizons erstmals eine Raumsonde zu Pluto ausgesandt. Die Sonde flog am 14. Juli 2015 in 12 500 km Entfernung an Pluto und in 28 800 km Entfernung an dessen Mond Charon vorbei.[3]

Umlaufbahn und Rotation

Bahn

Pluto benötigt für eine Sonnenumrundung 247,68 Jahre. Im Vergleich zu den Planeten ist die Umlaufbahn Plutos deutlich exzentrischer, mit einer numerischen Exzentrizität von 0,2488. Das heißt, der Abstand zur Sonne ist bis zu 24,88 % kleiner oder größer als die große Halbachse.

Die Bahn von Pluto (rot) im Vergleich zu der von Neptun (blau); Objektgrößen nicht maßstabsgerecht. Die hellen Bahnbereiche liegen oberhalb der Ekliptik, die dunklen unterhalb. Die gelbe Strecke verbindet die Sonne mit dem Frühlingspunkt.

Der sonnenfernste Punkt der Plutobahn, das Aphel, liegt bei 49,305 AE, während der sonnennächste Punkt, das Perihel, mit 29,658 AE näher an der Sonne liegt als die sehr wenig exzentrische Bahn Neptuns. Zum letzten Mal durchlief Pluto diesen Bereich, in dem er der Sonne näher ist als die Neptunbahn, vom 7. Februar 1979 bis zum 11. Februar 1999. Das Perihel passierte Pluto 1989. Sein Aphel wird er im Jahr 2113 erreichen. Dort beträgt die Sonnenstrahlung nur etwa 0,563 W/m². Auf der Erde ist sie 2430-mal so hoch. Für einen Beobachter auf Pluto wäre der scheinbare Durchmesser der Sonne nur etwa 1/50 des scheinbaren Sonnendurchmessers, den wir auf der Erde gewohnt sind. Die Sonne sähe für diesen Beobachter wie ein extrem heller Stern aus, der Pluto 164-mal so hell wie der Vollmond die Erde beleuchtet.

Aufgrund der großen Entfernung zur Erde unterscheidet sich die scheinbare Helligkeit zwischen Opposition und Konjunktion nur um 0,1 mag. Hingegen verändert die exzentrische Bahn die scheinbare Helligkeit zwischen 13,65 mag und 16,3 mag, was 2,65 mag Differenz entspricht.

Auffällig ist, dass Pluto in der Zeit, in der sich Neptun dreimal um die Sonne bewegt, genau zweimal um die Sonne läuft. Man spricht daher von einer 3:2-Bahnresonanz.

Pluto galt aufgrund seiner geringen Größe und seiner ausgeprägt exzentrischen, mit 17° stark gegen die Ekliptik geneigten Bahn lange Zeit – bis zu der Entdeckung vieler anderer, ähnlicher Objekte – als ein entwichener Mond des Neptuns. Der große Neptunmond Triton soll von Neptun eingefangen worden sein und dabei das ursprüngliche Mondsystem beträchtlich gestört haben: Pluto sei hierdurch aus dem Neptunsystem herauskatapultiert worden und die erhebliche Bahnexzentrizität des Neptunmondes Nereid sei entstanden. Für das Einfangen des Triton spricht dessen rückläufiger Umlaufsinn.

Die Entdeckung zahlreicher weiterer transneptunischer Objekte am Rande des Planetensystems hat erwiesen, dass Pluto einer der größten und jedenfalls der hellste Vertreter des Kuipergürtels ist, einer Anhäufung Tausender Asteroiden und Kometenkerne in einer scheibenförmigen Region hinter der Neptunbahn. Triton soll vor seinem vermuteten Einfang ein Mitglied dieses Gürtels gewesen sein.

Viele der Kuipergürtelobjekte befinden sich wie Pluto in einer 3:2-Bahnresonanz mit Neptun und werden als Plutinos bezeichnet. Mit Methoden der Himmelsmechanik kann man zeigen, dass deren typischerweise sehr exzentrische Umlaufbahnen über Jahrmillionen stabil sind.

Rotation

Pluto rotation movie (transparent)2.gif

Pluto rotiert in 6,387 Tagen einmal um die eigene Achse. Die Äquatorebene ist um 122,53° gegen die Bahnebene geneigt, somit rotiert Pluto rückläufig. Seine Drehachse ist damit noch stärker geneigt als die des Uranus, aber im Unterschied zum Uranus und zur Venus ist der Grund dafür allgemein ersichtlich, ebenso die Ursache für Plutos ziemlich große Rotationsperiode, denn die Eigendrehung des Zwergplaneten ist durch die Gezeitenkräfte an die Umlaufbewegung seines sehr großen Mondes Charon gebunden. Damit sind Pluto und Charon die einzigen bisher bekannten Körper im Sonnensystem mit einer doppelt gebundenen Rotation.

Aufbau

Über Plutos Beschaffenheit ist noch wenig bekannt. Mit einem Durchmesser von lediglich 2370 km ist er deutlich kleiner als die sieben größten Monde im Sonnensystem. Sein Aufbau ist vermutlich dem des größeren und noch kälteren Triton sehr ähnlich. Er ist von ähnlicher Dichte, besitzt eine sehr dünne Atmosphäre aus Stickstoff, ist ebenso von einer eher rötlichen Färbung, hat wahrscheinlich Polkappen, und in Richtung des Äquators herrschen dunklere Gebiete vor.

Innerer Aufbau

Schema des theoretischen Schalenaufbaus:
1 – Stickstoffeis
2 – Wassereis
3 – Gestein

Plutos mittlere Dichte beträgt 1,869 g/cm³; bei einer Dichte von rund 2 g/cm³ ist eine Zusammensetzung aus etwa 70 % Gestein und 30 % Wassereis wahrscheinlich.[4]

Nach dem aktuellen Modell von Plutos Aufbau hat sich sein Inneres durch die Wärme von radioaktiven Zerfallsprozessen in eine Kern-Mantel-Struktur differenziert. Der Kern besteht zum größten Teil aus Gestein und misst 70 % von Plutos Durchmesser. Unter der Oberfläche aus vorherrschendem Stickstoffeis wird der Kern von einem Mantel aus Wassereis umhüllt. In der Übergangszone zwischen Kern und Mantel könnte sich durch die inneren Schmelzvorgänge ein möglicherweise heute noch existierender, globaler extraterrestrischer Ozean gebildet haben.[5]

Oberfläche

Im Juli 2005 konnte erstmals die thermische Emission von Pluto und seinem großen und nahen Mond getrennt gemessen werden. Dabei hat sich gezeigt, dass die Oberfläche von Pluto mit −230 °C um 10 °C kälter ist, als es einem reinen Strahlungsgleichgewicht entsprechen würde. Der Grund dafür ist die Ausbildung der Atmosphäre, durch deren Sublimation Verdunstungskälte entsteht.

Vorläufige Namen von Oberflächenmerkmalen

Seine Oberfläche zeigt nach der des Saturnmondes Iapetus unter allen übrigen Körpern des Sonnensystems die größten Kontraste. Das erklärt die ausgeprägten Helligkeitsschwankungen, die schon von 1985 bis 1990 bei Verfinsterungen durch seinen großen Mond Charon gemessen wurden.

Durch den Vorbeiflug von New Horizons konnte 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 bis auf weiteres nach dem Entdecker des Plutos, Clyde Tombaugh, den Namen Tombaugh Regio erhalten. Innerhalb der Tombaugh-Region befindet sich ein Bereich, der Sputnik Planum getauft wurde.[6] Die Sputnik-Ebene – benannt nach dem ersten Satelliten Sputnik 1 – ist eine sehr große Eisfläche, die die westliche Hälfte der Tombaugh-Region einnimmt. Da sie frei von Einschlagkratern ist, wird davon ausgegangen, 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 gefrorenem Schlamm. Sichtbare Schlieren in diesem Bereich könnten durch Winde verursacht sein.[7]

Am Südrand der Sputnik-Ebene ragen bis in eine Höhe von 3500 Metern die Norgay Montes, benannt nach Tenzing Norgay, einem der beiden Erstbesteiger des Mount Everest.[8]

Atmosphäre

Plutos Atmosphäre, aufgenommen von New Horizons am 15. Juli, als sich die Sonne genau hinter dem Kleinplaneten befand

Plutos sehr dünne Atmosphäre besteht zum größten Teil aus Stickstoff, zum zweitgrößten Teil aus etwas Kohlenmonoxid und etwa 0,5 % Methan.[9][10][11] Nach Messungen am James Clerk Maxwell Telescope war die Atmosphäre im Jahr 2011 3000 km hoch und das in ihr enthaltene Kohlenstoffmonoxid −220 °C kalt. Zuvor nahm man an, die Atmosphäre sei 100 km hoch.[12][13] Ihr Druck an Plutos Oberfläche beträgt laut der US-Weltraumbehörde NASA etwa 0,3 Pascal und laut der Europäischen Südsternwarte (ESO) um 1,5 Pascal. Die Annahme, dass die Atmosphäre nach der Passage des sonnennäheren Bahnbereiches bald ausfrieren würde, konnte bislang nicht bestätigt werden. Aus dem Vergleich spektroskopischer Messungen von 1988 und 2002 wurde sogar eine geringe Ausdehnung der Gashülle abgeleitet.[14] Auch eine Verdoppelung der Masse wird vermutet.[15]

Nach Absorptionsmessungen der New-Horizons-Mission reicht die Atmosphäre bis in eine Höhe von 1600 Kilometer.

Wie die ESO am 2. März 2009 mitteilte, herrscht auf Pluto größtenteils eine durch das Methan in der Atmosphäre verursachte Inversionswetterlage, wodurch die Temperatur um 3 Grad bis 15 Grad je Höhenkilometer zunimmt. In der unteren Atmosphäre beträgt die Temperatur −180 °C und in der oberen Atmosphäre −170 °C, während sie am Boden nur etwa −220 °C beträgt. Es wird vermutet, dass zu diesem niedrigen Wert der Bodentemperatur Verdunstungskälte durch Methan beiträgt, das vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.[16]

Es wird auch vermutet, dass mit abnehmender Temperatur die Atmosphäre irgendwann ausfriert. Beim Start der New-Horizons-Mission 2006 nahm man an, dass sich das bereits vollzogen habe, jedoch wurde diese Annahme zwei Wochen vor dem Vorbeiflug widerlegt, sodass man nun hofft, dass New Horizons Daten zur Atmosphäre des Pluto sammeln wird. Nachgewiesen wurde das Vorhandensein der Atmosphäre am 29. Juni 2015 mit Hilfe des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie, als der Stern UCAC 4347-1165728 von der Erde aus gesehen, von Pluto 90 Sekunden lang bedeckt wurde.[17]

New Horizons entdeckte in der Plutoatmosphäre Aerosole bis in 130 km Höhe. Diese konzentrieren sich hauptsächlich auf zwei Nebelschichten, die erste etwa 50 km über Boden und die zweite in ca. 80 km Höhe.[18] Außerdem verliert die Plutoatmosphäre laufend Stickstoff, der ionisiert vom Sonnenwind weggeblasen wird.[19]

Monde

Von Pluto sind fünf Monde bekannt. Ihre Umlaufbahnen sind annähernd kreisförmig und zueinander komplanar. Sie liegen in Plutos Äquatorebene, aber nicht in seiner Bahnebene. Mit New Horizons wurde – aus Sicherheitsgründen – vor dem Vorbeiflug nochmals intensiv nach Monden und Staubringen gesucht; es konnten keine weiteren Plutomonde entdeckt werden. Sollte es sie dennoch geben, könnten sie höchstens etwa ein Viertel der Helligkeit des kleinen, dunklen Kerberos haben.[20]

Name
Bild[21] Durchschnittlicher
Durchmesser (km)
Masse (·1019 kg) Große
Halbachse (km)
Umlaufzeit
(Tage)
Umlaufzeit
(relativ zu Charon)
Exzentrizität Inklination
(zu Plutos Äquator)
Mittlere
Magnitude
Entdeckungs-
datum
Pluto[2]
Pluto-11jul-color.jpg
(2370 ± 20) 1303[22] 2.035 6,387230 1 : 1 0,0022[23] 0,001° 15,1 1930
Pluto I Charon
Charon by New Horizons on 13 July 2015.png
1.208[24] 159[22] 17.536 ± 3* 6,387230 1 : 1 0,0022[23] 0,001° 16,8 1978
Pluto II Nix
Nix viewed from New Horizons 2015-07-14.jpg
ca. 42 × 36[25] max. 0,009[22] 48.690 24,8548 1 : 3,89 0,00000 0,0° 23,7 2005
Pluto III Hydra
Hydra imaged by LORRI from 231 000 kilometres.jpg
ca. 55 × 40[25] max. 0,009[22] 64.721 38,2021 1 : 5,98 0,00554 0,3° 23,3 2005
Pluto IV Kerberos   13–34 max. 0,003[22] 57.750 32,1679 1 : 5,04 0,00000 0,4° 26 2011
Pluto V Styx   10 bis 25   42.413 20,1617 1 : 3,16 0,00001 0,0° 27 2012
Pluto und seine Monde maßstabsgerecht mit Baryzentrum

Charon

Charon und Pluto (Fotomontage), aufgenommen am 11. Juli 2015 von New Horizons
Zweikörpersystem Pluto und Charon

Plutos größter Begleiter Charon hat einen Durchmesser von 1208 km und ist damit im Vergleich zu Pluto sehr groß. Das System Pluto-Charon wurde früher aufgrund dieses ungewöhnlichen Größenverhältnisses von rund 2:1 auch als Doppelplanet bezeichnet. Bedingt durch das Masseverhältnis von gut 8:1 und einen hinreichend großen Abstand liegt der gemeinsame Schwerpunkt, das Baryzentrum des Systems, außerhalb des Hauptkörpers. Damit umkreisen sich Charon und Pluto gegenseitig.

Die große Halbachse der Umlaufbahn von Charon, also der mittlere Bahnradius seines Massezentrums vom gemeinsamen Schwerpunkt, misst 19 405 km. Entsprechend dem Masseanteil von Pluto beträgt dessen analoger Abstand zum Baryzentrum umgekehrt proportional gut ein Achtel davon, also etwa 2360 km. Damit ist die Distanz der Oberfläche von Pluto zum Baryzentrum mit rund 1200 km etwa so groß wie sein Körperradius. Die Satellitenbahn von Charon ist fast kreisrund und liegt wahrscheinlich genau in Plutos Äquatorebene. Im Vergleich dazu besitzen die Erde und der Mond ein Masseverhältnis von 81:1, und der gemeinsame Erde-Mond-Schwerpunkt befindet sich 4700 km abseits des Erdzentrums beziehungsweise etwa 1650 km unterhalb der Erdoberfläche.

Auch Charon zeigt eine – für einen Mond typische – gebundene Rotation, deren Periode seiner Umlaufperiode entspricht. Die gegenseitig gebundene Rotation des Satelliten und seines Hauptkörpers ist im Sonnensystem bisher nur zwischen Pluto und Charon erwiesen.

Zur Erklärung des Ursprungs eines so verhältnismäßig großen Mondes erscheint nach derzeitigem Kenntnisstand analog zu der Entstehung des Erdmondes die Kollisionshypothese am plausibelsten.

Von Pluto aus erscheint Charon etwa 7-fach größer als der Vollmond von der Erde aus, also mit etwa 50-fachem Raumwinkel. Umgekehrt erscheint Pluto von Charon aus noch einmal fast zweifach größer, mit dem 180-fachen Raumwinkel des Vollmonds.[26]

Nix und Hydra

Die Durchmesser der Monde Nix und Hydra konnten aufgrund von Messungen der Raumsonde New Horizons geschätzt werden. Dabei ergaben sich Werte von ca. 42 × 36 km für Nix sowie ca. 55 × 40 km für Hydra. Beide Monde umlaufen Pluto auf nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen, die fast genau in der Bahnebene von Charon liegen, in einer Entfernung von etwa 65 000 beziehungsweise 50 000 km. Ihre Umlaufzeiten sind zu der des großen Mondes annähernd resonant: Während Charon den Pluto zwölfmal umrundet, wird Pluto von Hydra in derselben Zeitspanne ziemlich genau zweimal und von Nix ungefähr dreimal umkreist. Im Unterschied zum rötlicheren Pluto haben die kleinen Trabanten anscheinend die gleiche neutrale graue Farbe wie Charon.

Die Monde bewegen sich näherungsweise um den gemeinsamen Schwerpunkt von Pluto und Charon, auf lange Sicht sind jedoch ihre Bahnen nicht vorhersagbar (Dreikörperproblem).[27]

Die beiden Trabanten wurden durch Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 2005 entdeckt; dies teilte die NASA am 31. Oktober 2005 mit. Durch erneute Hubble-Beobachtungen im Februar 2006 wurde die Entdeckung bestätigt. Sie trugen zunächst die vorläufigen Bezeichnungen S/2005 P1 und S/2005 P2, bis sie im Juni 2006 durch die Internationale Astronomische Union (IAU) die Namen Hydra und Nix erhielten.

Nach der Entdeckung der Kleintrabanten wird die Entstehung von Charon nun zusammen mit diesen beiden verstärkt durch eine Kollision von Pluto mit einem anderen plutogroßen Kuipergürtelobjekt diskutiert. Für eine gemeinsame Entstehung aller Plutomonde sprechen die komplanaren Bahnen mit den annähernd resonanten Umlaufzeiten sowie die farblich einheitlichen Oberflächen. Bei einem Einfang wäre eher eine unterschiedliche Färbung zu erwarten gewesen.

Pluto und seine Monde sind im Kuipergürtel einem dauernden Bombardement von Minimeteoriten ausgesetzt, die Staub- und Eispartikel aus den Oberflächen herausschlagen. Während die Gravitation von Pluto und Charon dafür sorgt, dass alle Trümmerstücke auf die Himmelskörper zurückfallen, reicht die Anziehungskraft der neu entdeckten Monde dafür nicht aus. Daher vermuten die Wissenschaftler, dass die kleinen Monde in astronomischen Zeiträumen durch weitere Einschläge so viel Material verlieren, dass dieses allmählich einen Staubring um Pluto bilden wird.

Die Entdeckung weiterer Plutomonde kam unerwartet, da jenseits des Neptuns bis dahin kein Himmelskörper mit mehr als einem Satelliten beobachtet worden war; jedoch wurde bereits einen Monat später auch bei (136108) Haumea ein zweiter Mond gefunden. Da Pluto und Charon mit einiger Berechtigung auch als Doppel(zwerg)planet aufgefasst werden können, kann man Nix und Hydra auch als ersten Nachweis für zirkumbinäre Satelliten mit einigermaßen stabilen Bahnen in einem Doppelsystem sehen.

Kerberos

Kerberos hat eine geschätzte Größe von 13 bis 34 km. Damit ist er der zweitkleinste bekannte Mond Plutos. Der Mond wurde auf einem am 28. Juni 2011 mit der „Hubble’s Wide Field Camera 3“ aufgenommenen Foto[28] entdeckt und konnte auf weiteren Aufnahmen vom 3. und 18. Juli 2011 bestätigt werden. Auf früheren Aufnahmen war der Himmelskörper nicht sichtbar, da diese mit kürzerer Belichtungszeit aufgenommen waren.[29][30] Am 20. Juli 2011 gab die NASA seine Entdeckung noch unter dem vorläufigen Namen „S/2011 (134340) 1“ oder auch „P4“ bekannt. Der Trabant (der vierte Plutomond) wurde mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops bei der Suche nach eventuell vorhandenen Planetenringen entdeckt. Die International Astronomical Union verlieh dem Mond im Juli 2013 den Namen „Kerberos“ nach dem Höllenhund Kerberos aus der griechischen Mythologie.[31][32]

Styx

Styx hat eine unregelmäßige Form, seine Größe wird auf 10 bis 25 km geschätzt. Seine Umlaufbahn verläuft zwischen Charon und Nix auf 42.000 km (± 2000 km).[33] Ein Jahr nach der Entdeckung des vierten Plutomondes gab ein Forscherteam am 11. Juli 2012 den mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops entdeckten fünften Mond bekannt. Dieser erhielt die vorläufige Bezeichnung „S/2012 (134340) 1“ oder auch „P5“. Die International Astronomical Union verlieh dem Mond im Juli 2013 den Namen „Styx“ nach dem Fluss Styx, der in der griechischen Mythologie die Welt der Lebenden von der der Toten trennt.[31][32]

Erforschung

Erdgebundene Erforschung

Die Entdeckungsgeschichte des Pluto ähnelt in gewisser Weise der des gut 83 Jahre zuvor gefundenen Neptun. Beide Himmelskörper wurden aufgrund von Bahnstörungen von Nachbarplaneten rechnerisch vorhergesagt und dann an den daraus hergeleiteten Bahnpositionen gesucht. Der hypothetische neunte Planet wurde für kleine Bahnabweichungen der Planeten Neptun und Uranus verantwortlich gemacht.

Pluto wurde am 18. Februar 1930 durch das Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona durch Vergleiche einiger Himmelsaufnahmen am Blinkkomparator nach rund 25-jähriger Suche entdeckt, allerdings nicht an genau der vorausgesagten Position. Der junge Entdecker Clyde Tombaugh war erst kurz zuvor für die fotografische Suche nach dem legendären Transneptun angestellt worden. Der Marsforscher Percival Lowell hatte seit 1905 selbst nach einem solchen Himmelskörper gesucht und das Lowell-Observatorium auf einem Berg bei Flagstaff finanziert. Wie sich später herausstellte, war auf zwei der fotografischen Platten, die Lowell 1915 angefertigt hatte, Pluto bereits zu erkennen. Da Lowell aber nach einem viel helleren Objekt Ausschau hielt, war ihm diese Entdeckung entgangen.

Die Entdeckung wurde der äußerst interessierten Öffentlichkeit am 13. März 1930 verkündet, dem 149. Jahrestag der Entdeckung des Uranus durch William Herschel 1781 und dem 75. Geburtstag von Percival Lowell, der bereits 1916 verstorben war.

Nun suchte man nach einem passenden Namen. Das Vorrecht der Namensgebung lag beim Lowell-Observatorium. Dort traf recht bald eine große Menge an Vorschlägen ein. Der Name des Herrschers der Unterwelt für diesen Himmelskörper so fern der Sonne wurde von Venetia Burney vorgeschlagen, einem elfjährigen Mädchen aus Oxford, das sich sehr für klassische Mythologie interessierte. Von der Meldung über die Entdeckung und Namenssuche in der Times erfuhr sie durch ihren Großvater, Falconer Madan, schon am Morgen nach der Entdeckungverkündung. Er war pensionierter Bibliothekar der Bodleian Library und fand ihren Vorschlag so gut, dass er davon Herbert Hall Turner, einem befreundeten Astronomen und Professor für Astronomie an der Universität Oxford, erzählte. Über diesen gelangte er per Telegramm am 15. März an das Lowell-Observatorium, wo er im Mai desselben Jahres angenommen wurde. Nach dem Reglement der IAU hatte die Namensgebung nach mythologischen Gesichtspunkten zu erfolgen.

Venetias Großonkel Henry Madan, Science Master am Eton College, hatte schon die Namen Phobos und Deimos für die Monde des Mars vorgeschlagen. Der Namensvorschlag Pluto für den gesuchten neunten Planeten kam erstmals bereits 1919 von dem französischen Astronomen P. Reynaud, doch daran konnte sich 1930 niemand mehr erinnern. Bei dieser Namenswahl dürfte auch eine Rolle gespielt haben, dass sich das astronomische Symbol aus den Initialen Lowells zusammensetzen ließ. Zuvor war von seiner Witwe schon Percival, Lowell und sogar Constance (ihr eigener Name) vorgeschlagen worden. Nach dem Planeten Pluto wurde auch Micky Maus’ Haushund Pluto benannt, der im August 1930 seinen ersten Auftritt hatte.[34]

1941 wurde in Fortsetzung der mit den chemischen Elementen Uran und Neptunium begonnenen Reihe das 94. und damals letzte bekannte Element nach dem zu dieser Zeit letzten Planeten als Plutonium benannt.

Aus der beobachteten scheinbaren Helligkeit Plutos (15 mag) und einer plausiblen Annahme für seine Albedo, seinem Rückstrahlungsvermögen, schloss man, dass der neue Himmelskörper etwa Erdgröße habe. Andererseits war es zunächst auch in großen Fernrohren unmöglich, seinen Durchmesser direkt mikrometrisch zu messen. Daher tauchten bald Zweifel auf, ob seine Gravitationswirkung für die Bahnstörungen verantwortlich sein könne.

Die beiden Hemisphären des Pluto in der bestmöglichen Auflösung des HST von 1994 und die daraus errechneten Oberflächenkontraste
Pluto in Rotation, computerberechnete Einzelbilder von 2010

Also wurden die Nachforschungen nach dem störenden „Planeten X“ schon bald fortgesetzt – als Suche nach einem „Transpluto“ – unter anderem von Clyde Tombaugh selbst. Mit der Entwicklung leistungsstarker Teleskope mussten Durchmesser und Masse des Pluto kontinuierlich nach unten revidiert werden, zunächst um 1950 nach Messungen der Sternwarte Mount Palomar auf halbe Erdgröße. Bald scherzte man, dass Pluto bei Extrapolation der Messwerte wohl bald völlig verschwinden werde. Unkonventionelle Theorien wurden postuliert: Pluto sei in Wirklichkeit groß, man sehe aber nur einen kleinen, hellen Fleck auf der Oberfläche. Der Astronom Fred Whipple errechnete erstmals eine genaue Umlaufbahn. Dazu konnten Fotoplatten herangezogen werden, auf denen sich Pluto bis in das Jahr 1908 zurückverfolgen ließ. Die Entdeckung des Mondes Charon im Jahr 1978 ermöglichte dann eine genaue Massebestimmung mittels der Gravitationsdynamik des Systems. Von 1985 bis 1990 kam es zu wechselseitigen Bedeckungen zwischen den beiden, mit denen der Durchmesser von Pluto schließlich auf 2390 km bestimmt wurde.

Jüngere Messungen mit adaptiver Optik, mit dem Hubble-Space-Telescope (HST) und bei Bedeckungen von Sternen haben Werte von etwa 2280 bis 2320 km ergeben. Aufnahmen der Raumsonde New Horizons ergaben im Juli 2015 einen Durchmesser von 2370 km.[24]

Wegen seiner relativen Nähe und Größe wurde Pluto mehr als 60 Jahre früher entdeckt als das nächste eigenständige Transneptunische Objekt: (15760) 1992 QB1. Über die seinerzeit festgestellten Bahnabweichungen von Neptun und Uranus wird mittlerweile vermutet, dass sie nur durch eine kleine, unvermeidliche Messabweichung vorgetäuscht wurden. Außerdem wurde die Masse von Neptun vor dem Vorbeiflug von Voyager 2 falsch eingeschätzt. Seit die genaue Masse von Neptun bekannt ist, können die Bahnen der äußeren Planeten gut erklärt werden, d. h. es besteht keine Notwendigkeit, einen weiteren Planeten X zu postulieren.

Kombinationen von Aufnahmen mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben gezeigt, dass Plutos Nordhemisphäre in den Jahren 2002 und 2003 heller geworden ist und der Zwergplanet insgesamt rötlicher wirkt.[35]

Die NASA veröffentlichte 1994 die ersten globalen Bilder von Pluto, bei denen Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops zu einer Oberflächenkarte verrechnet wurden. Mit sehr großem Aufwand generierten Wissenschaftler um Marc W. Buie 2010 eine Oberflächenkarte von Pluto, die für gut fünf Jahre die genaueste Karte des Zwergplaneten war. Hierzu verwendeteten sie 384 nur wenige Pixel großen Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops, welche zwischen 2002 und 2003 erstellt wurden. Mittels Dithering und weiteren speziellen Algorithmen wurde dann innerhalb von 4 Jahren auf 20 Computern eine Oberflächenkarte von Pluto errechnet.[36][37]

Erforschung mit Raumsonden

New Horizons bei den Startvorbereitungen
Ankunft Juli 2015; Überblick, z. B. Verhältnis zum Perihel 1989
Hauptartikel: New Horizons

Die NASA plante bereits seit Anfang der 1990er Jahre unter dem Namen Pluto Fast Flyby, später Pluto Kuiper Express, eine Mission zum Pluto. Diese sollte unter Leitung des Southwest Research Institute durchgeführt werden. Dabei wurde betont, dass eine Mission möglichst schnell starten sollte, damit Pluto erreicht werde, bevor seine dünne Atmosphäre ausfriert. Dies hängt damit zusammen, dass seine Umlaufbahn stark elliptisch ist und er sich seit der Passage seines sonnennächsten Bahnpunktes im Jahr 1989 wieder von der Sonne entfernt. Erst im Jahr 2247 wird Pluto erneut in größter Sonnennähe sein. Doch die ersten Konzepte dieser Mission scheiterten an technischen Schwierigkeiten sowie an mangelnder Finanzierung.

2000 wurde die Planung der Mission begonnen, am 29. November 2001 wurde die Umsetzung im Rahmen des New-Frontiers-Programm genehmigt. Ihr Start erfolgte am 19. Januar 2006; zu diesem Zeitpunkt noch zum Planeten Pluto. Die Flugdauer der Sonde von New Horizons betrug fast genau 9,5 Jahre. Der Vorbeiflug an Pluto und Charon fand am 14. Juli 2015 statt. Die Beobachtungen des Pluto-Charon-Systems begannen etwa 150 Tage vor der größten Annäherung, die Aufnahmen der Sonde im April übertrafen bereits die des Hubble-Weltraumteleskops. Es wurden

  • globale Karten des Zwergplaneten und seines Mondes erstellt,
  • Hochauflösungsfotos mit bis zu 25 m pro Pixel Auflösung gewonnen,
  • die Temperaturverteilung gemessen und
  • die Atmosphäre des Pluto studiert.

Die Sonde flog am gleichen Tag um 13:50 MESZ in 12 500 km Entfernung an Pluto und um 14:04 MESZ in 28 800 km Entfernung an Charon vorbei.[38] Zwei Wochen nach der größten Annäherung wurden die Beobachtungen beendet. Dann beginnt die Sonde, die während der Passage gesammelten Daten zur Erde zu übermitteln. Da die Übertragungsrate über diese Entfernung sehr gering ist, werden einige Monate vergehen, bevor alle Daten auf der Erde eingetroffen sind.

Debatte um Planetenstatus und Aberkennung

Die Diskussion darüber, ob Pluto überhaupt die Bezeichnung „Planet“ verdiene, begann bereits, als man außer seiner stark elliptischen und sehr geneigten Umlaufbahn auch seine geringere Größe erkannt hatte. Nachdem im September 1992 mit 1992 QB1 nach Pluto und Charon das dritte transneptunische Objekt gefunden worden war, entdeckten die Astronomen ein Jahr später binnen vier Tagen vier weitere Plutinos. Damit steigerte sich die Debatte um Plutos Status. Der Vorschlag von Brian Marsden vom MPC aus dem Jahre 1998, Pluto einen Doppelstatus zu verleihen und ihn zusätzlich als Asteroiden mit der herausragenden Nummer 10000 einzuordnen, um dadurch einer durch Neuentdeckungen sich ständig ändernden Planetenanzahl vorzubeugen, fand keine Zustimmung.

Im Laufe der Zeit wurden Hunderte weitere Objekte des Kuipergürtels entdeckt, darunter auch manche von plutoähnlicher Größe. Solch herausragende Entdeckungen, wie vor allem von (136199) Eris wurden von den Medien häufig als „zehnter Planet“ bezeichnet. Mit der ersten wissenschaftlichen Begriffsbestimmung eines Planeten wurde zusammen mit Pluto keines dieser Objekte als solcher bestätigt. Stattdessen wurde von der IAU im Jahr 2006 für derartige Körper die neue Klasse der Zwergplaneten definiert. In Hinsicht auf Pluto als den über Jahrzehnte gewohnten neunten Planeten hält jedoch nach dieser Entscheidung die Kontroverse unter den Astronomen weiter an.

Abstimmung der IAU über die Planetendefinition am 23. August 2006

Die verabschiedete Definition mit dem Zusatz, nach der ein Körper nur dann ein Planet ist, wenn seine Masse auch die Gesamtmasse aller anderen Körper in seinem Bahnbereich übertrifft, berücksichtigt, dass Pluto seinen Bahnbereich nicht in dem Maße von anderen Körpern geräumt hat. Als das größte Objekt der Plutinos entspricht er eher der Rolle des Asteroiden Hilda, des größten Mitglieds der Hilda-Gruppe. Hilda und mindestens 56 weitere Objekte bewegen sich ein Stück außerhalb des Hauptgürtels der Asteroiden zwischen Mars und Jupiter analog in einem 2:3-Verhältnis zur in diesem Fall längeren Umlaufzeit des benachbarten Riesenplaneten.

Auf der 26. Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union im August 2006 in Prag wurde zuvor eine etwas andere Definition ohne jenen Zusatz vorgeschlagen. Ein Planet wäre demnach ein Himmelskörper, dessen Masse ausreicht, um durch seine Eigengravitation eine hydrostatische Gleichgewichtsform („nahezu runde”, d. h. annähernd sphäroidale Form) anzunehmen, und der sich auf einer Bahn um einen Stern befindet, selbst aber kein Stern oder Mond eines Planeten ist.[39] Demnach wäre nicht nur Pluto ein Planet, sondern auch Ceres, Charon und Eris. Charon kam durch eine Ergänzung mit hinzu, nach der es sich um einen Doppelplaneten handelt, wenn der gemeinsame Schwerpunkt außerhalb des Hauptkörpers liegt.[40]

Die größten bekannten Transneptunischen Objekte im Vergleich zur Erde (bis auf Pluto, Charon und Hydra handelt es sich um Phantasiedarstellungen)

Gleichzeitig wurde die Definition einer neuen Klasse von Planeten vorgeschlagen, der sogenannten „Plutonen“, zu der Planeten gehören sollten, die für einen Umlauf um den Stern länger als 200 Jahre brauchen, und zu der dann auch Pluto gehört hätte. Dieser Vorschlag für die Planetendefinition konnte sich auf der Generalversammlung jedoch nicht durchsetzen, sodass am 24. August 2006 durch Abstimmung die Entscheidung fiel, Pluto den Planetenstatus abzuerkennen und ihn in die neudefinierte Klasse der Zwergplaneten einzuordnen. Die Klasse der Plutonen wurde zwar definiert (als Klasse, für die Pluto den Prototyp darstellt), war aber vorerst namenlos, da der Name Plutonen wie auch andere Namensvorschläge verworfen wurde.[41][42] Im Juni 2008 wurde diese namenlose Unterklasse der Zwergplaneten von der IAU als „Plutoiden“ bezeichnet, zu denen neben dem Namensgeber Pluto bisher auch Eris zählt.

Seit September 2006 hat Pluto die Kleinplanetennummer (134340).[43][44] Eine solche eindeutige Nummer wird vergeben, sobald die Bahn eines Asteroiden oder Zwergplaneten durch genügend viele Beobachtungen genau genug bekannt ist. Plutos Bahn ist zwar recht gut bekannt, er hatte aber bisher noch keine Kleinplanetennummer erhalten, da er zuvor den Planeten des Sonnensystems zugeordnet war. Eine Liste der Zwergplaneten ist in Vorbereitung, doch werden die Zwergplaneten voraussichtlich in zwei Listen geführt werden, der bisherigen Asteroiden- und der neuen Zwergplanetenliste.

Der Senat von Illinois, dem Heimatbundesstaat des Pluto-Entdeckers Clyde Tombaugh, beschloss 2009, Pluto weiterhin als Planeten zu betrachten.[45]

Anfang Oktober 2014 wurde vom Harvard Smithsonian Institut eine Debatte über Plutos Status angestoßen.[46]

Sichtbarkeit

Hauptartikel: Plutopositionen

Da Pluto am 5. September 1989 im Perihel war, entfernt er sich seither auf seiner elliptischen Umlaufbahn von der Sonne. Daher finden aufeinanderfolgende Oppositionen bei immer größerer Entfernung und mit immer etwas geringerer Helligkeit des Zwergplaneten statt.

Siehe auch

Literatur

  • Alan Stern, Jaqueline Mitton: Pluto and Charon. University of Arizona Press, Tucson 1997, ISBN 3-527-40556-9 / 2. erweiterte Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-40556-9.
  • 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.
  • Leif Allendorf: Planet Pluto. Die Geheimnisse des äußeren Sonnensystems. Avinus-Verlag, Berlin 2007, ISBN 978-3-930064-76-2.
  • Tilmann Althaus: Erste Details von Pluto, Sterne und Weltraum, 2015, 9, S. 26–37.

Weblinks

 Commons: Pluto – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wikibooks: Pluto – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

  1. Nasa.gov: Global Mosaic of Pluto in True Color, 25. Juli 2015.
  2. a b c NASA: Pluto Fact Sheet.
  3. Mission Design. Abgerufen am 7. Juni 2015.
  4. neunplaneten.de: Pluto. 30. Dezember 2008, abgerufen am 29. August 2015
  5. astropage.eu: Zwergplanet Pluto. Abgerufen am 29. August 2015
  6. New map of Pluto and Charon. 17. Juli 2015
  7. New Horizons. Nasa veröffentlicht sensationelle Fotos von Pluto. 20. Juli 2015
  8. Flug über PlutoAstronomy Picture of the Day vom 18. Juli 2015.
  9. Nitrogen in Pluto's Atmosphere. In: KenCroswell.com. 20. Juni 1992, abgerufen am 29. Juni 2013 (englisch).
  10. chs/ddp: Methan: Treibhausgas heizt Pluto-Atmosphäre auf. In: Spiegel.de. 4. März 2009, abgerufen am 29. Juni 2013.
  11. wbr/dpa: Atmosphäre auf Zwergplaneten: Plutos giftiger Atem. In: Spiegel.de. 24. April 2011, abgerufen am 29. Juni 2013.
  12. Emily Baldwin: Carbon monoxide discovered in Pluto’s atmosphere. In: AstronomyNow.com. 19. April 2011, abgerufen am 27. April 2011.
  13. Rüdiger Vaas: Plutos giftiger Atem. Forscher weisen Kohlenmonoxid in der Atmosphäre des Zwergplaneten nach. In: Bild der Wissenschaft. 19. April 2011, abgerufen am 29. Juni 2013.
  14. J. L. Elliot, A. Ates, B. A. Babcock u.a.: The recent expansion of Pluto's atmosphere. In: Nature. London, 10. Juli 2003, Band 424, S. 165–168, doi:10.1038/nature01762.
  15. http://www.wissenschaft.de/home/-/journal_content/56/12054/1625332
  16. The lower atmosphere of Pluto revealed. (Memento vom 3. Juni 2013 im Internet Archive) Bei: eso.org. 2. März 2009, abgerufen am 29. Juni 2013.
  17. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatTilmann Althaus: Flugzeugsternwarte beobachtet Sternbedeckung durch Pluto. Über Neuseeland konnte die fliegende Sternwarte SOFIA am 29. Juni 2015 eine Sternbedeckung durch Pluto verfolgen. Der Zwergplanet ist nach wie vor in eine dünne Atmosphäre aus Stickstoff gehüllt. In: Spektrum der Wissenschaft. 1. Juli 2015, abgerufen am 2. Juli 2015.
  18. NASA/JHUAPL/SWRI: Stunning Nightside Image Reveals Pluto's Hazy Skies. In: SolarSystem.NASA.gov. 14. Juli 2015, abgerufen am 5. August 2015.
  19. NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute: PIA19719: Artist's Concept of the Interaction of the Solar Wind. In: Photojournal.jpl.NASA.gov. 17. Juli 2015, abgerufen am 5. August 2015.
  20. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatTilmann Althaus: Raumsonde New Horizons hat freie Bahn zu Pluto. http://spektrum.de, 16. Juni 2015, abgerufen am 26. Juli 2015.
  21. Buie: Mapping the surface of Pluto and Charon.
  22. a b c d e  Marina Brozovića, Mark R. Showalterb, Robert A. Jacobsona, Marc W. Buiec: The orbits and masses of satellites of Pluto. In: Icarus. Special Issue: The Pluto System (= Icarus. 246). 15. Januar 2015, 1. Introduction, S. 317–329, doi:10.1016/j.icarus.2014.03.015 (online, abgerufen am 30. Juli 2015).
  23. a b Exzentrizität und Inklination von Pluto und Charon sind gleich, da sich die Werte auf das gleiche Zweikörperproblem beziehen (der gravitative Einfluss der kleineren Monde ist hier vernachlässigt).
  24. a b "How Big Is Pluto? New Horizons Settles Decades-Long Debate", abgerufen am 13. Juli 2015 gegen 20:40
  25. a b "New Horizons captures two of Pluto's smaller moons", abgerufen am 22. Juli 2015 gegen 00:40
  26. Gemäß Entfernung und Durchmessern.
  27. Ralph-Mirko Richter: Mindestens zwei von Plutos kleineren Monden taumeln. In: Raumfahrer.net. 4. Juni 2015, abgerufen am 7. Juni 2015.
  28. STSci News Release: NASA's Hubble Discovers Another Moon Around Pluto.
  29. NASA: NASA'S Hubble Discovers Another Moon Around Pluto.
  30. IAU Electronic Telegram No. 2769: NEW SATELLITE OF (134340) PLUTO: S/2011 (134340) 1.
  31. a b IAU: Names for New Pluto Moons Accepted by the IAU After Public Vote.
  32. a b Stefan Deiters: PLUTO. Neue Monde heißen Kerberos und Styx. In: Astronews.com. 3. Juli 2013, abgerufen am 5. Juli 2013.
  33. News Release STScI-2012-32: Hubble Discovers a Fifth Moon Orbiting Pluto. In: HubbleSite.org. 11. Juli 2012.
  34. Deutschlandradio Kalenderblatt am 18. Februar 2010.
  35. Zwergplanet: Pluto errötet im Sommer. In: Spiegel.de. 5. Februar 2010, abgerufen am 10. Februar 2010.
  36. raumfahrer.net: Neue Oberflächenbilder von Pluto.
  37. wissenschaft.de: Der gefleckte Zwerg.
  38. Mission Design. Abgerufen am 7. Juni 2015.
  39. The IAU draft definition of „planet“ and „plutons“. Pressemitteilung der IAU.
  40. Definition of a Planet in the Solar System. (PDF; 92 kB). Die gültige Planetendefinition laut Resolution B5.
  41. hda/dpa/AP/Reuters: Überraschende Entscheidung: Pluto ist kein Planet mehr. In: Spiegel.de. 24. August 2006, abgerufen am 2. Juli 2015.
  42. Günter Paul: Neues Planetensystem – Zwangsabstieg für Pluto, FAZ, 24. August 2006.
  43. IAU Circular 8747. (Memento vom 27. September 2006 im Internet Archive) (PDF; 91 kB).
  44. Discovery Circumstances: Numbered Minor Planets (130001)–(135000).
  45. Warum gilt Pluto in Illinois noch als Planet? (Memento vom 25. Februar 2014 im Internet Archive) Auf: Handelsblatt.com. Archivversion vom 25. Februar 2014, abgerufen am 4. November 2014.
  46. Will Pluto be reinstated as a planet? Auf: Independent.co.uk. Abgerufen am 7. Januar 2015.
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