Modellierung eröffnet neue Perspektiven zur Entstehung von Plutos „eisigem Herz“

Plutos „eisiges Herz“ ist eine helle, zweiflügelige Struktur auf des Zwergplaneten Oberfläche, die seit ihrer Entdeckung durch das New Horizons-Team im Jahr 2015 die Forscher beschäftigt hat. Besonders interessant ist der westliche Teil des Herzens, der informell Sputnik Planitia genannt wird und ein tiefes Becken ist, das drei Arten von Eis enthält; gefrorenen Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid. Dieses Becken befindet sich gegenüber liegend von Charon, Plutos großem Mond, mit dem der Zwergplanet eine gebundene Rotation hat.

Sputnik Planitias einzigartige Attribute haben die Forscher angeregt, eine Menge Szenarien für deren Entstehung zu diskutieren, die aber alle diese Struktur als Aufprallbecken sahen, nämlich eine Depression, die durch ein kleineres Objekt verursacht wurde, das auf Pluto extrem schnell aufschlug.

Eine neue Studie unter der Leitung von Douglas Hamilton, Professor für Astronomie an der Universität von Maryland, schlägt stattdessen vor, dass Sputnik Planitia in der frühen Geschichte von Pluto entstanden ist und dass seine Attribute unvermeidliche Konsequenzen evolutionärer Prozesse sind. Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature am 1. Dezember 2016 veröffentlicht.

„Der wesentliche Unterschied zwischen meinem Modell und den anderen Modellen ist, dass sich die Eiskappe früh gebildet haben könnte, als Pluto sich noch schnell drehte und dass sich das Becken später bildete und nicht durch einen Aufprall entstand“, sagte Hamilton, Hauptautor des Artikels. „Die Eiskappe verursacht eine leichte Asymmetrie, die sich entweder auf Charon zu oder von Charon weg bewegt, wenn Plutos Spin des Mondes Bahnbewegung zu sehr verlangsamt.

Mit Hilfe des von ihm entwickelten Modells stellte Hamilton fest, dass der ursprüngliche Standort von Sputnik Planitia durch das ungewöhnliche Klima auf Pluto und seine um 120 Grad geneigte Drehachse erklärt werden kann. Zum Vergleich: Die Neigung der Erdachse beträgt 23,5 Grad. Die Modellierung von der Temperatur des Zwergplaneten ergab, dass die 30 Grad nördlichen und südlichen Breiten, wenn sie über Plutos 248-Jahres-Umlaufbahn gemittelt wurden, die kältesten Orte auf dem Zwergplaneten sind, weit kälter als die beiden Pole. Daher hatte sich Eis um diese Breiten gebildet, auch im Zentrum von Sputnik Planitia, das bei 25 Grad nördlicher Breite liegt.

Hamiltons Modell zeigt auch, dass eine kleine Eisablagerungen noch mehr Eis anziehen, indem sie Sonnenlicht und Wärme reflektieren. Die Temperaturen bleiben niedrig, was noch mehr Eis anzieht und die Temperatur niedrig hält und dieser Zyklus wiederholt sich. Dieses positive Feedback-Phänomen, die so genannte Eis-Albedo-Rückkopplung würde schließlich zu einer einzigen dominierenden Eiskappe führen, wie sie bei Pluto beobachtet wurde. Jedoch ist Plutos Becken bedeutend größer als das Eisvolumen, das es heute enthält, was darauf hindeutet, dass das „Herz“ Plutos mit der Zeit an Masse verliert, fast als ob das Eis langsam dahin schwinden würde.

Trotzdem stellt die einzelne Eiskappe auf Plutos Oberfläche ein enormes Gewicht dar, jedenfalls genug, damit es im Zentrum des Zwergplaneten zu einer Massenverschiebung kam. Plutos Rotation verlangsamte sich aufgrund der Gravitationskräfte von Charon allmählich, so wie sich die Erd-Rotation aufgrund der Kräfte des Mondes verlangsamt. Da jedoch Charon so groß und so nah an Pluto ist, wurde der Prozess der zweifach gebundenen Rotation in wenigen Millionen Jahren vollzogen. Die große Masse von Sputnik Planitia würde sich dabei mir einer Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent entweder direkt zu Charon neigen oder sich so weit wie möglich wegdrehen.

„Es ist wie bei einem Spielautomaten mit nur zwei Möglichkeiten, und Sputnik Planitia endete in der letzteren Position, auf dem 175sten Längengrad zentriert“, sagte Hamilton.

„Plutos großes Herz wiegt schwer auf dem kleinen Planeten, was unweigerlich zu Depressionen führt“, sagte Hamilton und bemerkte, dass das gleiche Phänomen auf der Erde passiert: Grönlands Eisdecke schuf ein Becken und drückte die Kruste, auf der sie sitzt, nieder.

Während Hamiltons Modell sowohl Breite und Länge von Sputnik Planitia erklären kann, sowie die Tatsache, dass das Eis in einem Becken existiert, wurden auch mehrere andere Modelle am 1.Dezember 2016 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Eine dieser Arbeiten stammt von Francis Himmo, der Professor für Erd- und Planetenwissenschaften am UC Santa Cruz ist und auch von Hamilton und seinen Co-Autoren. Es betrifft ein anderes Modell, wie Sputnik Planitia sich gebildet haben könnte, indem sein Becken durch einen Aufprall verursacht wurde, der auch zur Entstehung Charons führte. Diese Ergebnisse zeigen, dass das Becken sich gebildete haben könnte, nachdem Pluto seine Rotation verlangsamt hat und das Becken nur wenig bis zu seinem jetzigen Standort wanderte. Wenn dieses späte Entstehungs-Szenario sich als richtig erweisen sollte, können die Eigenschaften von Sputnik Planitia auf das Vorhandensein eines unterirdischen Ozeans auf Pluto hindeuten.

„Jedes Modell ist unter den richtigen Bedingungen möglich“, sagte Hamilton. „Während wir nicht mit Gewissheit sagen können, dass es einen Ozean unter Plutos eisiger Schale gibt, können wir auch nicht sagen, dass es keinen gibt.“

Obwohl Pluto seinen Status als Planet verloren hat, ist seine Eiskappe eine überraschend erdähnliche Eigenschaft. Tatsächlich ist Pluto – nach Erde und Mars – das dritte bekannte Objekt im Sonnensystem, das eine Eiskappe besitzt.


2. Dezember 2016/SP
Verein Kuffner-Sternwarte