Image Credit: NASA, Johns Hopkins Univ./APL, Southwest Research Institute
Passend zum momentan recht eisigen Winter zeigt diese Aufnahme eine Landschaft aus Eis, auf einer Welt, die so richtig kalt ist. Der Zwergplanet Pluto bekam am 14. Juli 2015 zum ersten und bislang einzigen Mal Besuch von einem Botschafter der Menschheit. Die Raumsonde New Horizons flog an diesem Tag an Pluto vorbei, blickte zurück und machte aus 18.000 Kilometern Entfernung zum Pluto diese Aufnahme.
Der Blick zurück in Richtung Sonne zeigt die zarte Atmosphäre Plutos. Mehrere Dunstschichten streuen das Sonnenlicht. Der Dunst besteht vermutlich aus chemischen Verbindungen, die Tholine genannt werden. Diese entstehen, wenn Methan- und Stickstoff-Moleküle vom UV-Licht der Sonne aufgebrochen werden und sich dann aus den Bruchstücken langkettige Moleküle bilden. Sie sind es, die das Sonnenlicht auf der Aufnahme streuen.
Wenn die Tholine auf dem Boden absinken, färbt sich dieser bräunlich. Entsprechend gefärbte Regionen konnte New Horizons sowohl auf Pluto als auch auf den Plutomond Charon fotografieren.
Der linke Teil des Bildes und der Horizont zeigen schroffe Berge, die bis zu 3.500 Meter hoch sind. Anders als die Berge hier auf der Erde bestehen sie aber nicht aus Gestein, sondern aus Eis. Bei einer Temperatur von 40 Kelvin (-233°C) ist Wassereis so hart, dass es als Baumaterial für Gebirge dienen kann.
Im rechten Teil des Bildes sehen wir hingegen eine glatte Ebene, Sputnik Planum genannt, die gletscherartige Fließstrukturen zeigt. Stickstoff- und Kohlenmonoxid-Eis könnte unter den Bedingungen auf Pluto weich genug werden, um zu fließen. Die Umlaufbahn Plutos um die Sonne ist stark elliptisch, so dass die Intensität des Sonnenlichts im Laufe eines Jahres variiert. Solche kleinen Temperaturänderungen könnten ausreichen, um die Beweglichkeit des Eis zu verändern. Auch interne Wärmequellen, wie zum Beispiel radioaktiver Zerfall könnten das Eis fließen lassen.
Das Bild zeigt einen etwa 380 Kilometer breiten Ausschnitt des 2.370 Kilometer durchmessenden Pluto. Der Zwergplanet Pluto ist im Mittel 40-mal so weit von der Sonne entfernt, wie unsere Erde. Aus seiner Perspektive ist die Sonne einfach ein besonders heller Stern. Der Pluto ist Himmelskörper in Kälte und Dunkelheit, in der für uns ungewohntes Baumaterial vertraute Landschaften formt.
Image Credit: NASA, Johns Hopkins Univ./APL, Southwest Research Institute
Raumsonden, die von der Menschheit zu den Planeten geschickt werden, zeigen diese nicht nur aus der Nähe, sondern auch aus ungewohnten Perspektiven. Dieses Bild zeigt die Nachtseite des Zwergplaneten Pluto, aufgenommen aus 21.000 Kilometern Entfernung von der Raumsonde New Horizons bei ihrem Vorbeiflug im Juli 2015.
Zur Sonne sind es 4,9 Milliarden Kilometer, das Sonnenlicht braucht 4,5 Stunden, um Pluto zu erreichen. Aus der Perspektive von Pluto ist unsere Erde eine Motte, die auf möglichst enger Bahn das helle Licht umkreist. Schauen wir in Richtung Pluto, sehen wir immer auf seine Tagseite, doch da der Zwergplanet nur einen Durchmesser von 2.400 Kilometern hat, war vor dem Vorbeiflug von New Horizons so gut wie nichts über die Oberfläche Plutos bekannt.
Schon seit den 1980ziger Jahren weiß man aber, dass Pluto eine Atmosphäre aus Stickstoff mit Spuren von Methan und Kohlenmonoxid hat. In dem Bild oben wird diese Atmosphäre sichtbar. Sie streut das Sonnenlicht und verrät sich so im Gegenlicht durch den silbrigen Kranz um die Nachtseite des Zwergplaneten.
Die Bahn des Pluto um die Sonne hat eine hohe Exzentrizität (e=0,25). Das bedeutet, dass die Bahn nicht kreisförmig ist, sondern eine deutliche Ellipse. Wenn Pluto den Bereich der größten Sonnennähe, sein Perihel, erreicht, sublimiert das Eis an der Oberfläche und bildet die Atmosphäre aus. Dadurch kühlt sich Pluto ab, ähnlich wie uns das Schwitzen im Sommer kühlt. Pluto erreicht so eine Temperatur von -220° Celsius, während die Atmosphäre "nur" -180° C kalt ist. Das Methan in der Atmosphäre bildet unter Einwirkung der UV-Strahlung der Sonne komplexere Kohlenwasserstoffverbindungen, die Dunstschichten ausbilden. Diese konnten mit New Horizons nachgewiesen werden.
Entfernt sich Pluto auf seiner elliptischen Bahn von der Sonne, friert die Atmosphäre wieder aus. Der Stickstoff bildet weißen Schnee, der Dunst fällt als Tholine zu Boden und färbt die Oberfläche dunkel. Dieser Zyklus wiederholt sich in jedem Plutojahr, wobei ein Plutojahr 248 irdische Jahre entsprechen.
Pluto ist einer von derzeit fünf bekannten Zwergplaneten unseres Sonnensystems. Die anderen sind Ceres, Haumea, Makemake und Eris. Allerdings hat Pluto einen Mond, der so groß ist, dass der gemeinsame Schwerpunkt außerhalb des Plutos liegt. Dieser Mond namens Charon bildet mit Pluto ein Doppelsystem und es wäre eigentlich nur konsequent, auch Charon als Zwergplaneten zu bezeichnen.
Seit dem Vorbeiflug von New Horizons an Pluto und Charon erfreuen sich die beiden jedenfalls einer gewissen Beliebtheit:
Wer über 1,5 Stunden Zeit übrig hat, sollte sich diesen Vortrag von Dr. Jeff Moore (NASA Ames Research Center) anschauen. In seinem Vortrag spricht Jeff Moore über die äußeren Objekte unseres Sonnensystems, Himmelskörper weit jenseits der Bahn des Gasriesen Neptuns. Dieses Thema hat unter anderem durch den Erfolg der Raumsonde New Horizons und den Gerüchten über einen neunten Planeten große Aktualität.
Eigentlich poste ich nur ungern komplette Vorträge, da sie meistens schlechte Bild- und Tonqualität haben. Bei diesem Vortrag ist es aber anders.
Seit dem 02.12.2011 kann die Raumsonde New Horizons einen neuen Rekord für sich verbuchen: Kein Raumfahrzeug war bisher näher an Pluto. Das ist natürlich kein Zufall, New Horizons ist auf dem Weg zu dem eisigen Himmelskörper, der jenseits des Neptuns seine Bahn zieht. Als die Sonde startete, war Pluto noch ganz offiziell ein Planet, jetzt ist New Horizons zu einem Zwergplaneten unterwegs, den sie 2015 erreichen soll. Grund für diese Änderung in der Himmelskörperhierarchie war, dass Pluto diese ferne Himmelsregion nicht für sich alleine hat, sondern vielmehr ein Stellvertreter für eine ganze Klasse von neu entdeckten eisigen Welten ist.
Weniger als 1,5 Milliarden Kilometer sind es noch bis Pluto und damit hat New Horizons den Rekord der Sonde Voyager 1 aus dem Jahre 1986 eingstellt. Gestartet ist New Horizons am 19. Januar 2006. Da Pluto fast vierzigmal so weit von der Sonne entfernt ist, wie unsere Erde, dauert der Flug noch bis zum 14. Juli 2015. Dann wird New Horizons in 12.500 Kilometern Entfernung an Pluto vorbeirauschen, mit 55.500 Kilometer pro Stunde. Diese Grafik verdeutlicht nochmals die aktuellen Verhältnisse und gibt die Entfernungen in Astronomischen Einheiten (AU), also der mittleren Entfernung von Erde und Sonne, wieder.
Credit: NASA
Diese Aufnahme aus dem Jahre 2007 zeigt Pluto gesehen mit dem Kamerauge von New Horizons. Seit dieser Aufnahme wird der Punkt immer größer.
Credit: NASA
Zwar wurde die Planetensonde New Horizons zur Zwergplanetensonde dekradiert, doch dafür wurde ihr Ziel immer attraktiver. Pluto ist nämlich nicht allein, sondern von Monden umzingelt. Einer davon ist offiziell erst seit dem 20. Juli diesen Jahres bekannt und hat noch nicht mal einen Namen. Er wird noch ganz unprosaisch als S/2011 (134340) 1 bezeichnet.
Ist die Sonde New Horizons an dieser eisigen Familie angekommen, rauscht sie einfach daran vorbei. Um eine Sonde in einen Orbit einschwenken zu lassen, benötigt man Treibstoff, denn nur durch Gegenschub kann man im luftleeren Raum bremsen. Diesen Treibstoff und die damit verbundene höhere Startmasse von New Horizons hat man sich aber gespart. New Horizons saust also vorbei, macht Bilder und Messungen und das war's dann. Alan Stern, der leitende Wissenschaftler der Mission drückt das so aus:
“I wonder how long it will be until the next Pluto spacecraft — perhaps a future orbiter or lander — crosses this distance marker? It could be decades.”
Bleibt die Frage, was mit New Horizons passieren soll, nachdem die Sonde an Pluto vorbei ist? Das können wir mitentscheiden! Ein bisschen steuern lässt sich New Horizons nämlich durchaus noch und mit dem Citizen-Science-Projekt Ice Hunters soll ein Ziel für New Horizons für die Zeit nach der Pluto-Begegnung gesucht werden. Mehr dazu im dem Post Wir jagen Eis.
Hier nun noch ein Video, dass das alles noch mal hübsch zusammenfasst:
Schon seit Januar 2006 ist die Raumsonde New Horizons auf dem Weg zum äußersten Planeten unseres Sonnensystems, zu Pluto. Dies ist der einzige Planet, der noch nie Besuch von einer irdischen Raumsonde bekommen hat. Wir haben keine Ahnung, wie Pluto aussieht.
Seit dem Start von New Horizons ist einiges passiert: Pluto ist kein Planet mehr! New Horizon ist die erste Raumsonde, die zu einem Planeten gestartet ist, aber bei einem Zwergplaneten ankommt. Auslöser der Neudefinition des Begriffs Planet und der dabei auch neu entstandenen Kategorie Zwergplanet, war die Entdeckung neuer Himmelskörper jenseits der Neptunbahn. Statt also die Zahl der Planeten aufzublähen, hat man lieber die Kriterien verschärft, die ein Körper erfüllen muss, um als Planet zu gelten.
Hier ein kleines Video, dass die Mission in verspielt-reißerischer NASA-Manier kurz zusammenfasst:
Am Rande sei hier kurz erwähnt, dass Pluto nicht alleine ist, sondern eine Familie aus Monden um sich hat, wie dieses tolle Bild des Weltraumteleskop Hubble zeigt:
Credit: H. Weaver (JHU/APL), A. Stern (SwRI), and the HST Pluto Companion Search Team
Wenn die Raumsonde New Horizons im Juli 2015 Pluto bis auf 12.500 Kilometer erreicht haben wird, ist sie zu schnell und führt nicht genug Treibstoff mit, um in einem Orbit um Pluto einschwenken zu können. Die Sonde ist also jahrelang unterwegs, um für ein paar Tage Schnappschüsse und Messungen im Vorbeiflug zu machen. Aber was dann? Die Region, in der Pluto seine Bahn zieht, ist nicht leer - das hat ihn ja seinen Planetenstatus gekostet. Vergleichbar dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter befindet sich auch jenseits des Neptuns ein Gürtel kleiner Himmelskörper, der nach dem Astronomen Gerard Kuiper benannt wurde. Dieser Kuipergürtel ist ein Kometen-Reservoir. Das bedeutet, man vermutet viele schmutzige Schneebälle (oder eisige Schmutzbälle) in dieser Entfernung zur Sonne. Als klassische Kometen mit Schweif nehmen wir diese Körper erst war, wenn sie in Richtung Sonne stürzen.
Die Astronomen rund um das New-Horizons-Projekt hoffen, dass sie die Sonde nach dem Vorbeiflug an Pluto noch an bis zu zwei dieser Kuipergürtelobjekte, kurz KBOs genannt, vorbeifliegen lassen können. Vorausgesetzt, man findet geeignete Kandidaten. Hier kommt das Citizen-Science-Projekt IceHunters ins Spiel. Mit zwei großen Teleskopen, nämlich den 8-Meter-Subaru-Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii und dem 6,5-Meter-Magellan-Teleskop in Chile, haben die Astronomen unzählige Aufnahmen der Himmelsregion gemacht, die von New Horizons nach der Pluto-Passage durchflogen werden kann. Die KBOs verraten sich dadurch, dass man zwei Bilder derselben Region nimmt, die in ein paar Tagen Abstand voneinander aufgenommen wurden. Diese Bilder werden dann voneinander subtrahiert. Unbewegliche Objekte, also die Sterne, müssten dann theoretisch auf den durch die Subtraktion errechneten Bilder verschwinden. Bewegliche Objekte, wie die KBOs, aber auch Asteroiden hingegen bleiben sichtbar. Theoretisch! In der Praxis sieht so ein subtrahiertes Bild eher wie dieses Beispiel aus:
Die Subtraktion gelingt bei weitem nicht perfekt, zum Beispiel weil sich die Sichtbedingungen durch die Atmosphäre zwischen den beiden Aufnahmen verändert haben. Außerdem schauen wir ausgerechnet in Richtung des Sternbild Sagittarius, also Richtung Zentrum der Milchstraße, wo sehr sehr sehr viele Sterne stehen. Dennoch stechen die nicht subtrahierten Objekte hervor. In dem Bild unten sind sie markiert: Die beiden Kreise markieren zwei helle Punkte. Dies sind die gesuchten KBOs, das sind also heiße Kandidaten für Kometen jenseits des Neptun im Kuipergürtel. Sie haben sich etwas bewegt zwischen den beiden Aufnahmen - zu viel, um subtrahiert zu werden, aber doch wenig genung, um noch als runder Fleck zu erscheinen.
Der grüne Stern in dem Bild unten markiert hingegen eine Linie. Es handelt sich um ein recht schnelles Objekt, das sich relativ weit bewegt hat, zwischen den Tagen, an denen die beiden Bilder gemacht wurden. Schnell beduetet in diesem Fall relativ nah. Es handelt sich vermutlich um einen Asteroiden. Der Citizen Scientist ist aufgefordert, in den Bildern auch diese Objekte zu markieren. Die Profiastronomen schauen sich dann die Kandidaten für KBOs und Asteroiden genauer an.
Was die Astronomen um das New-Horizons-Projekt nicht interessiert, sind zwei andere Signale, die man mit KBOs verwechseln kann. Zum einen variable Sterne, also Sterne, die ihre Helligkeit zwischen den Aufnahmen ändern und daher nicht ordentlich subtrahiert werden können und zum anderen Spuren durch kosmische Strahlung, die einzelne Pixel ausleuchten.
Wie man also nun konkret mit IceHunters arbeitet, zeigt dieses Projektvideo:
Dass es Spaß macht, kann man mir gerne glauben oder es einfach selbst ausprobieren.
