Pluto – Wikipedia

Zwergplanet im Kuipergürtel des Sonnensystems

Pluto

Nordhalbkugel von Pluto in Echtfarben, aufgenommen von NASAs Neue Horizonte Sonde im Jahr 2015[a]
Entdeckt von	Clyde W. Tombaugh
Entdeckungsseite	Lowell-Observatorium
Entdeckungsdatum	18. Februar 1930
Bezeichnung	(134340) Pluto
Aussprache
Benannt nach	Pluto
Adjektive	Plutonisch [1]
Epoche J2000
Frühester Vorsorgetermin	20. August 1909
Aphelion	49.305 AU (7,37593 Milliarden km) Februar 2114
Perihel	29.658 AU (4,43682 Milliarden km)[2] (5. September 1989)[3]
	39.482 AU (5.90638 Milliarden km)
Exzentrizität	0,2488
	366,73 Tage[2]
	4,743 km/s[2]
	14,53 Grad
Neigung	17.16° (11,88° zum Sonnenäquator)
	110.299°
	113.834°
Bekannte Satelliten	5
Maße	2.376.6±1,6 km (Beobachtungen im Einklang mit einer Kugel, vorhergesagte Abweichungen zu klein, um beobachtet zu werden)[5]
Mittlerer Radius
Abflachen	<1%[7]
	1.779×107 km2[c] 0,035 Erden
Volumen	(7.057±0,004)×109 km3[d] 0,00651 Erden
Masse
	1.854±0,006 g/cm²3[6][7]
	1.212 km/s[f]
	−6.38680 d −6 Tage, 9 Stunden, 17 Minuten, 00 Sekunden (synodisch; Sonnentag)[8]
	−6,387230 d −6 Tage, 9 Stunden, 17 Minuten, 36 Sekunden
Äquatoriale Rotationsgeschwindigkeit	47,18 km/h
	122,53° (umkreisen)[2]
	132,993°[9]
	−6,163°[9]
Albedo	0,49 bis 0,66 (geometrisch, variiert um 35 %)[2][10]
Oberflächentemp. Mindest bedeuten max Kelvin 33 K 44 K (−229 °C) 55 K
	13.65[2] bis 16,3[11] (Mittelwert ist 15.1)[2]
	−0,7[12]
	0,06″ bis 0,11″[2][g]
	1,0 Pa (2015)[7][14]
Zusammensetzung nach Volumen	Stickstoff, Methan, Kohlenmonoxid[13]

Pluto (Kleinplanetenbezeichnung: 134340 Pluto) ist ein Zwergplanet im Kuipergürtel, einem Ring von Körpern jenseits der Neptunbahn. Es war das erste und größte Kuipergürtel-Objekt, das entdeckt wurde. Nachdem Pluto 1930 entdeckt wurde, wurde er zum neunten Planeten der Sonne erklärt. Ab den 1990er Jahren wurde sein Status als Planet in Frage gestellt, nachdem mehrere Objekte ähnlicher Größe im Kuipergürtel und der Streuscheibe entdeckt wurden, darunter der Zwergplanet Eris. Dies veranlasste die Internationale Astronomische Union (IAU) im Jahr 2006, den Begriff „Planet“ formell zu definieren – Pluto auszuschließen und ihn als Zwergplanet neu zu klassifizieren.

Pluto ist das neuntgrößte und zehntgrößte bekannte Objekt, das die Sonne direkt umkreist. Es ist das größte bekannte transneptunische Objekt nach Volumen, 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. Es hat eine mäßig exzentrische und geneigte Umlaufbahn, während der es zwischen 30 und 49 astronomischen Einheiten oder AE (4,4-7,4 Milliarden km) von der Sonne entfernt liegt. Dies bedeutet, dass Pluto der Sonne periodisch näher kommt als Neptun, aber eine stabile Orbitalresonanz mit Neptun verhindert, dass sie kollidieren. Das Licht von der Sonne benötigt 5,5 Stunden, um Pluto in seiner durchschnittlichen Entfernung (39,5 AE) zu erreichen.

Pluto hat fünf bekannte Monde: Charon (der größte mit einem Durchmesser von etwas mehr als der Hälfte des Pluto), Styx, Nix, Kerberos und Hydra. Pluto und Charon werden manchmal als Doppelsternsystem betrachtet, weil der Schwerpunkt ihrer Umlaufbahnen nicht innerhalb eines der beiden Körper liegt.

Das Neue Horizonte Die Raumsonde führte am 14. Juli 2015 einen Vorbeiflug an Pluto durch und war damit die erste und bisher einzige Raumsonde, die dies tat. Während seines kurzen Vorbeiflugs Neue Horizonte führte detaillierte Messungen und Beobachtungen von Pluto und seinen Monden durch. Im September 2016 gaben Astronomen bekannt, dass die rotbraune Kappe des Nordpols von Charon aus Tholinen besteht, organischen Makromolekülen, die Bestandteile für die Entstehung von Leben sein können, und aus Methan, Stickstoff und anderen Gasen hergestellt werden, die aus der Atmosphäre von Pluto . freigesetzt werden und übertrug 19.000 km (12.000 Meilen) zum umlaufenden Mond.

Geschichte

Entdeckung

Entdeckungsfotos von Pluto

Clyde Tombaugh in Kansas

In den 1840er Jahren verwendete Urbain Le Verrier die Newtonsche Mechanik, um die Position des damals unentdeckten Planeten Neptun vorherzusagen, nachdem er Störungen in der Umlaufbahn von Uranus analysiert hatte.^[15] Nachfolgende Beobachtungen von Neptun im späten 19. Jahrhundert ließen Astronomen spekulieren, dass die Umlaufbahn von Uranus neben Neptun von einem anderen Planeten gestört wurde.

1906 startete Percival Lowell – ein wohlhabender Bostoner, der 1894 das Lowell Observatory in Flagstaff, Arizona – gegründet hatte, ein umfangreiches Projekt auf der Suche nach einem möglichen neunten Planeten, den er „Planet X“ nannte.^[16] Bis 1909 hatten Lowell und William H. Pickering mehrere mögliche Himmelskoordinaten für einen solchen Planeten vorgeschlagen.^[17] Lowell und sein Observatorium führten seine Suche bis zu seinem Tod im Jahr 1916 durch, jedoch ohne Erfolg. Lowell wusste nicht, dass seine Vermessungen am 19. März und 7. April 1915 zwei schwache Bilder von Pluto aufgenommen hatten, aber sie wurden nicht als das erkannt, was sie waren.^[17][18] Es gibt vierzehn weitere bekannte Beobachtungen zur Vorbereitung, wobei die früheste am 20. August 1909 vom Yerkes-Observatorium gemacht wurde.^[19]

Percivals Witwe Constance Lowell führte einen zehnjährigen Rechtsstreit mit dem Lowell-Observatorium über das Erbe ihres Mannes, und die Suche nach Planet X wurde erst 1929 wieder aufgenommen. Vesto Melvin Slipher, der Direktor des Observatoriums, gab den Auftrag, Planet X zu finden an den 23-jährigen Clyde Tombaugh, der gerade am Observatorium angekommen war, nachdem Slipher von einer Probe seiner astronomischen Zeichnungen beeindruckt war.

Tombaughs Aufgabe bestand darin, den Nachthimmel systematisch in Paaren von Fotografien abzubilden, dann jedes Paar zu untersuchen und festzustellen, ob irgendwelche Objekte ihre Position verschoben hatten. Mit einem Blinzelkomparator wechselte er schnell zwischen den Ansichten jeder der Platten hin und her, um die Illusion der Bewegung von Objekten zu erzeugen, die zwischen den Fotografien ihre Position oder ihr Aussehen verändert hatten. Am 18. Februar 1930, nach fast einem Jahr Suche, entdeckte Tombaugh ein mögliches sich bewegendes Objekt auf fotografischen Platten, die am 23. und 29. Januar aufgenommen wurden. Ein Foto von geringerer Qualität, das am 21. Januar aufgenommen wurde, half, die Bewegung zu bestätigen. Nachdem das Observatorium weitere Bestätigungsfotos erhalten hatte, wurde die Nachricht von der Entdeckung am 13. März 1930 an das Harvard College Observatory telegrafiert.^[17]

Pluto hat seit seiner Entdeckung noch keinen vollständigen Umlauf um die Sonne abgeschlossen, da ein Pluton-Jahr 247,68 Jahre lang ist.^[22]

Name

Mosaik der bestaufgelösten Bilder von Pluto aus verschiedenen Blickwinkeln

Die Entdeckung machte weltweit Schlagzeilen.^[23] Das Lowell Observatory, das das Namensrecht für das neue Objekt hatte, erhielt mehr als 1.000 Vorschläge aus aller Welt, von Atlas bis Zymal.^[24] Tombaugh drängte Slipher, schnell einen Namen für das neue Objekt vorzuschlagen, bevor es jemand anderes tat.^[24] Constance Lowell vorgeschlagen Zeus, dann Perzival und schlussendlich Konstanz. Diese Vorschläge wurden ignoriert.^[25]

Der Name Pluto, nach dem römischen Gott der Unterwelt, wurde von Venetia Burney (1918–2009), einem elfjährigen Schulmädchen in Oxford, England, vorgeschlagen, das sich für die klassische Mythologie interessierte.^[26] Sie schlug es in einem Gespräch mit ihrem Großvater Falconer Madan vor, einem ehemaligen Bibliothekar der Bodleian Library der Universität Oxford, der den Namen an den Astronomieprofessor Herbert Hall Turner weitergab, der ihn an Kollegen in den Vereinigten Staaten weiterleitete.^[26]

Jedes Mitglied des Lowell-Observatoriums durfte über eine Auswahlliste mit drei möglichen Namen abstimmen: Minerva (was bereits der Name für einen Asteroiden war), Cronus (der durch den Vorschlag des unbeliebten Astronomen Thomas Jefferson Jackson See an Ansehen verloren hatte) , und Pluto. Pluto erhielt eine einstimmige Stimme. Der Name wurde am 1. Mai 1930 bekannt gegeben.^[26][28] Nach der Ankündigung gab Madan Venetia 5 Pfund (entspricht 300 GBP oder 450 USD im Jahr 2014).^[29] als eine Belohnung.^[26]

Die endgültige Namenswahl wurde unter anderem dadurch begünstigt, dass die ersten beiden Buchstaben von Pluto sind die Initialen von Percival Lowell. Plutos astronomisches Symbol (, Unicode U+2647, ♇) wurde dann als Monogramm aus den Buchstaben “PL” erstellt.^[30] Das astrologische Symbol von Pluto ähnelt dem von Neptun (), hat aber einen Kreis anstelle der mittleren Zinke des Dreizacks ().

Der Name wurde bald von einer breiteren Kultur angenommen. 1930 ließ sich Walt Disney anscheinend davon inspirieren, als er für Mickey Mouse einen Hundebegleiter namens Pluto vorstellte, obwohl Disney-Animator Ben Sharpsteen nicht bestätigen konnte, warum der Name gegeben wurde.^[31] 1941 benannte Glenn T. Seaborg das neu geschaffene Element Plutonium nach Pluto, in Anlehnung an die Tradition der Benennung von Elementen nach neu entdeckten Planeten, nach Uran, das nach Uranus benannt wurde, und Neptunium, das nach Neptun benannt wurde.^[32]

Die meisten Sprachen verwenden den Namen “Pluto” in verschiedenen Transliterationen.^[h] Auf Japanisch schlug Houei Nojiri die Übersetzung vor Meiōsei (冥王星, “Stern des Königs (Gott) der Unterwelt”), und dies wurde ins Chinesische, Koreanische und Vietnamesische entlehnt (das stattdessen “Sao Diêm Vương” verwendet, das vom chinesischen Begriff 閻王 (Yánwáng) abgeleitet wurde, da “minh” ein Homophon für die chinesisch-vietnamesischen Wörter für “dunkel” ist ” (冥) und “hell” (明)).^[33][34][35] Einige indische Sprachen verwenden den Namen Pluto, aber andere, wie Hindi, verwenden den Namen von Yama, der Gott des Todes in der hinduistischen und buddhistischen Mythologie.^[34]Polynesische Sprachen neigen auch dazu, den indigenen Gott der Unterwelt zu verwenden, wie in Māori Whiro.^[34]

Planet X widerlegt

Sobald Pluto gefunden wurde, ließen seine Schwäche und das Fehlen einer auflösbaren Scheibe Zweifel an der Idee aufkommen, dass es sich um Lowells Planet X handelte.^[16] Schätzungen von Plutos Masse wurden im Laufe des 20. Jahrhunderts nach unten korrigiert.^[36]

Astronomen berechneten seine Masse zunächst anhand der vermuteten Wirkung auf Neptun und Uranus. Im Jahr 1931 wurde Pluto als ungefähr die Masse der Erde berechnet, mit weiteren Berechnungen im Jahr 1948 wurde die Masse ungefähr auf die des Mars reduziert.^[38][40] 1976 berechneten Dale Cruikshank, Carl Pilcher und David Morrison von der University of Hawaii zum ersten Mal Plutos Albedo und stellten fest, dass sie mit der von Methaneis übereinstimmt; das bedeutete, dass Pluto für seine Größe außergewöhnlich leuchtend sein musste und daher nicht mehr als 1 Prozent der Masse der Erde betragen durfte. (Plutos Albedo ist 1,4–1,9 mal das der Erde.^[2])

1978 ermöglichte die Entdeckung von Plutos Mond Charon zum ersten Mal die Messung von Plutos Masse: ungefähr 0,2% der Masse der Erde und viel zu klein, um die Diskrepanzen in der Umlaufbahn von Uranus zu erklären. Nachfolgende Suchen nach einem alternativen Planeten X, insbesondere von Robert Sutton Harrington,^[44] gescheitert. 1992 verwendete Myles Standish Daten von data Reise 2′s Vorbeiflug von Neptun im Jahr 1989, der die Schätzungen der Masse von Neptun um 0,5% nach unten korrigiert hatte – ein Betrag, der mit der Masse des Mars vergleichbar ist –, um seine Gravitationswirkung auf Uranus neu zu berechnen. Mit den neuen Zahlen verschwanden die Diskrepanzen und damit die Notwendigkeit eines Planet X.^[45] Heute sind sich die meisten Wissenschaftler einig, dass Planet X, wie Lowell ihn definiert hat, nicht existiert.^[46] Lowell hatte 1915 eine Vorhersage der Umlaufbahn und Position von Planet X gemacht, die ziemlich nahe an Plutos tatsächlicher Umlaufbahn und seiner Position zu dieser Zeit lag; Ernest W. Brown kam bald nach Plutos Entdeckung zu dem Schluss, dass dies ein Zufall war.^[47]

Einstufung

Ab 1992 wurden viele Körper entdeckt, die im selben Volumen wie Pluto kreisten, was zeigt, dass Pluto Teil einer Population von Objekten ist, die als Kuipergürtel bezeichnet werden. Dies machte seinen offiziellen Status als Planet umstritten, und viele fragten sich, ob Pluto zusammen mit oder getrennt von seiner umgebenden Bevölkerung betrachtet werden sollte. Museums- und Planetariumsdirektoren sorgten gelegentlich für Kontroversen, indem sie Pluto aus den Planetenmodellen des Sonnensystems wegließen. Im Februar 2000 zeigte das Hayden Planetarium in New York City ein Sonnensystemmodell von nur acht Planeten, das fast ein Jahr später Schlagzeilen machte.^[48]

Ceres, Pallas, Juno und Vesta verloren nach der Entdeckung vieler anderer Asteroiden ihren Planetenstatus. In ähnlicher Weise wurden in der Region des Kuipergürtels Objekte entdeckt, die Pluto immer näher kommen. Am 29. Juli 2005 gaben Astronomen des Caltech die Entdeckung eines neuen transneptunischen Objekts bekannt, Eris, das wesentlich massereicher als Pluto und das massereichste Objekt war, das seit Triton im Jahr 1846 im Sonnensystem entdeckt wurde. Seine Entdecker und die Presse zunächst nannte ihn den zehnten Planeten, obwohl es zu dieser Zeit keinen offiziellen Konsens darüber gab, ob man ihn einen Planeten nennen sollte.^[49] Andere in der astronomischen Gemeinschaft hielten die Entdeckung für das stärkste Argument für die Neuklassifizierung von Pluto als Kleinplanet.^[50]

IAU-Klassifizierung

Die Debatte spitzte sich im August 2006 mit einer IAU-Resolution zu, die eine offizielle Definition für den Begriff “Planet” schuf. Gemäß dieser Resolution gibt es drei Bedingungen, damit ein Objekt im Sonnensystem als Planet angesehen werden kann:

1. Das Objekt muss sich im Orbit um die Sonne befinden.
2. Das Objekt muss massiv genug sein, um durch seine eigene Schwerkraft abgerundet zu werden. Genauer gesagt sollte es seine eigene Schwerkraft in eine durch das hydrostatische Gleichgewicht definierte Form ziehen.
3. Es muss die Nachbarschaft um seine Umlaufbahn geräumt haben.^[51][52]

Pluto erfüllt die dritte Bedingung nicht.^[53] Seine Masse ist wesentlich geringer als die Gesamtmasse der anderen Objekte in seiner Umlaufbahn: 0,07-mal im Gegensatz zur Erde, die das 1,7-Millionen-fache der verbleibenden Masse in seiner Umlaufbahn (ohne Mond) beträgt.^[54][52] Die IAU entschied weiter, dass Körper, die wie Pluto die Kriterien 1 und 2 erfüllen, aber nicht die Kriterien 3 erfüllen, als Zwergplaneten bezeichnet werden. Im September 2006 nahm die IAU Pluto und Eris und seinen Mond Dysnomia in ihren Kleinplanetenkatalog auf und verlieh ihnen die offiziellen Kleinplanetenbezeichnungen „(134340) Pluto“, „(136199) Eris“ und „(136199) Eris I Dysnomie”.^[55] Wäre Pluto bei seiner Entdeckung im Jahr 1930 enthalten gewesen, hätte es wahrscheinlich die Bezeichnung 1164 erhalten, nach 1163 Saga, das einen Monat zuvor entdeckt wurde.^[56]

Innerhalb der astronomischen Gemeinschaft gab es einen gewissen Widerstand gegen die Neuklassifizierung.^[57][58][59]Alan Stern, leitender Ermittler der NASA NASA Neue Horizonte Mission nach Pluto, verspottete die IAU-Resolution und erklärte, dass “die Definition aus technischen Gründen stinkt”.^[60] Stern behauptete, dass nach den Begriffen der neuen Definition Erde, Mars, Jupiter und Neptun, die alle ihre Umlaufbahnen mit Asteroiden teilen, ausgeschlossen würden.^[61] Er argumentierte, dass alle großen kugelförmigen Monde, einschließlich des Mondes, ebenfalls als Planeten betrachtet werden sollten.^[62] Er erklärte auch, dass die Entscheidung nicht repräsentativ für die gesamte astronomische Gemeinschaft sei, da weniger als fünf Prozent der Astronomen dafür gestimmt hätten.^[61]Marc W. Buie, damals am Lowell Observatory, legte eine Petition gegen die Definition ein.^[63] Andere haben die IAU unterstützt. Mike Brown, der Astronom, der Eris entdeckte, sagte: “Durch dieses ganze verrückte, zirkusähnliche Verfahren wurde irgendwie die richtige Antwort gefunden. Es hat lange gedauert. Die Wissenschaft korrigiert sich schließlich selbst, selbst wenn starke Emotionen im Spiel sind. “^[64]

Die öffentliche Aufnahme der IAU-Entscheidung war gemischt. Eine in der California State Assembly eingebrachte Resolution bezeichnete die IAU-Entscheidung scherzhaft als “wissenschaftliche Häresie”.^[65] Das Repräsentantenhaus von New Mexico verabschiedete eine Resolution zu Ehren von Tombaugh, einem langjährigen Einwohner dieses Staates, die erklärte, dass Pluto immer als Planet am Himmel von New Mexico betrachtet wird und dass der 13. März 2007 Pluto Planet Day war.^[66][67] Der Senat von Illinois verabschiedete 2009 einen ähnlichen Beschluss auf der Grundlage, dass Clyde Tombaugh, der Entdecker von Pluto, in Illinois geboren wurde. In der Resolution heißt es, Pluto sei von der IAU “unfairerweise zu einem ‘Zwergplaneten’ herabgestuft worden”.^[68] Einige Mitglieder der Öffentlichkeit haben die Änderung ebenfalls abgelehnt, indem sie die Meinungsverschiedenheiten innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu diesem Thema anführten oder aus sentimentalen Gründen behaupteten, dass sie Pluto immer als Planeten gekannt haben und dies unabhängig von der IAU-Entscheidung weiterhin tun werden.^[69]

Im Jahr 2006 wählte die American Dialect Society in ihrer 17. jährlichen Wahl zu den Wörtern des Jahres plutoed als Wort des Jahres. “Pluto” bedeutet, “jemanden oder etwas herabzusetzen oder abzuwerten”.^[70]

Forscher beider Seiten der Debatte versammelten sich im August 2008 im Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University zu einer Konferenz, die aufeinanderfolgende Gespräche über die aktuelle IAU-Definition eines Planeten beinhaltete.^[71] Unter dem Titel “The Great Planet Debate”,^[72] Die Konferenz veröffentlichte eine Pressemitteilung nach der Konferenz, aus der hervorgeht, dass die Wissenschaftler keinen Konsens über die Definition des Planeten erzielen konnten.^[73] Im Juni 2008 hatte die IAU in einer Pressemitteilung angekündigt, dass der Begriff “Plutoid” fortan für Pluto und andere planetarische Objekte verwendet werden würde, deren Orbitalhalbachse größer als die von Neptun ist, obwohl der Begriff keinen nennenswerten Nutzen gesehen.^[74][75][76]

Orbit

Pluto wurde 1930 in der Nähe des Sterns δ Geminorum entdeckt und überquerte zu diesem Zeitpunkt nur zufällig die Ekliptik. Pluto bewegt sich pro Jahrzehnt um etwa 7 Grad nach Osten mit einer kleinen scheinbaren rückläufigen Bewegung von der Erde aus gesehen. Pluto war zwischen 1979 und 1999 näher an der Sonne als Neptun.

Animation von Pluto‘s Umlaufbahn von 1900 bis 2100
Sonne · Saturn · Uranus · Neptun · Pluto

Die Umlaufzeit von Pluto beträgt derzeit etwa 248 Jahre. Seine Bahneigenschaften unterscheiden sich wesentlich von denen der Planeten, die fast kreisförmigen Bahnen um die Sonne nahe einer flachen Bezugsebene, der Ekliptik, folgen. Im Gegensatz dazu ist die Umlaufbahn von Pluto gegenüber der Ekliptik mäßig geneigt (über 17°) und mäßig exzentrisch (elliptisch). Diese Exzentrizität bedeutet, dass eine kleine Region von Plutos Umlaufbahn näher an der Sonne liegt als die von Neptun. Das Baryzentrum Pluto-Charon erreichte am 5. September 1989 das Perihel.^[3][i] und war zuletzt zwischen dem 7. Februar 1979 und dem 11. Februar 1999 näher an der Sonne als Neptun.^[77]

Auf lange Sicht ist die Umlaufbahn von Pluto chaotisch. Computersimulationen können verwendet werden, um seine Position für mehrere Millionen Jahre vorherzusagen (sowohl zeitlich vorwärts als auch rückwärts), aber nach Intervallen, die länger als die Lyapunov-Zeit von 10–20 Millionen Jahren sind, werden Berechnungen spekulativ: Pluto reagiert empfindlich auf unermesslich kleine Details der Sonnensystem, schwer vorherzusagende Faktoren, die die Position von Pluto in seiner Umlaufbahn allmählich ändern werden.^[78][79]

Die Haupthalbachse von Plutos Umlaufbahn variiert zwischen etwa 39,3 und 39,6 AE mit einer Periode von etwa 19.951 Jahren, was einer Umlaufperiode zwischen 246 und 249 Jahren entspricht. Die Haupthalbachse und Periode werden derzeit länger.^[80]

Umlaufbahn von Pluto – Ekliptikansicht. Diese “Seitenansicht” von Plutos Umlaufbahn (in Rot) zeigt seine große Neigung zur Ekliptik.

Umlaufbahn von Pluto – Polaransicht. Diese “Ansicht von oben” zeigt, wie die Umlaufbahn von Pluto (in Rot) weniger kreisförmig ist als die von Neptun (in Blau) und wie Pluto manchmal näher an der Sonne ist als Neptun. Die dunkleren Abschnitte beider Bahnen zeigen, wo sie unterhalb der Ebene der Ekliptik verlaufen.

Beziehung zu Neptun

Obwohl Plutos Umlaufbahn bei direkter Betrachtung die von Neptun zu kreuzen scheint, sind die Umlaufbahnen der beiden Objekte so ausgerichtet, dass sie niemals kollidieren oder sich sogar nähern können.

Die beiden Bahnen schneiden sich nicht. Wenn Pluto der Sonne am nächsten und damit von oben gesehen der Umlaufbahn von Neptun am nächsten ist, befindet er sich auch am weitesten über Neptuns Bahn. Die Umlaufbahn von Pluto liegt etwa 8 AE über der von Neptun und verhindert eine Kollision.^[81][82][83]

Dies allein reicht nicht aus, um Pluto zu schützen; Störungen von den Planeten (insbesondere Neptun) könnten Plutos Umlaufbahn (wie seine Umlaufbahnpräzession) über Millionen von Jahren so verändern, dass eine Kollision möglich sein könnte. Pluto ist jedoch auch durch seine 2:3-Umlaufresonanz mit Neptun geschützt: Für alle zwei Umlaufbahnen, die Pluto um die Sonne macht, macht Neptun drei. Jeder Zyklus dauert etwa 495 Jahre. Dieses Muster ist so, dass in jedem 495-Jahres-Zyklus, wenn Pluto zum ersten Mal in der Nähe des Perihels ist, Neptun über 50° hinter Pluto liegt. Bei Plutos zweitem Perihel wird Neptun weitere anderthalb seiner eigenen Umlaufbahnen absolviert haben und damit fast 130° vor Pluto liegen. Der Mindestabstand von Pluto und Neptun beträgt über 17 AE, was größer ist als der Mindestabstand von Pluto von Uranus (11 AE).^[83] Die minimale Trennung zwischen Pluto und Neptun tritt tatsächlich in der Nähe von Plutos Aphel auf.^[80]

Die 2:3-Resonanz zwischen den beiden Körpern ist hochstabil und über Jahrmillionen erhalten geblieben.^[84] Dadurch wird verhindert, dass sich ihre Bahnen relativ zueinander ändern, sodass die beiden Körper niemals nahe aneinander vorbeikommen können. Selbst wenn Plutos Umlaufbahn nicht geneigt wäre, könnten die beiden Körper niemals kollidieren.^[83] Die Langzeitstabilität der Mean-Motion-Resonanz ist auf den Phasenschutz zurückzuführen. Wenn Plutos Periode etwas kürzer als 3/2 von Neptun ist, wird seine Umlaufbahn relativ zu Neptun driften, was dazu führt, dass er sich der Umlaufbahn von Neptun nähert. Die starke Anziehungskraft zwischen den beiden bewirkt, dass der Drehimpuls auf Neptuns Kosten auf Pluto übertragen wird. Dies bewegt Pluto in eine etwas größere Umlaufbahn, wo er sich nach dem dritten Keplerschen Gesetz etwas langsamer bewegt. Nach vielen solchen Wiederholungen ist Pluto ausreichend verlangsamt und Neptun ausreichend beschleunigt, so dass Plutos Umlaufbahn relativ zu Neptun in die entgegengesetzte Richtung driftet, bis der Prozess umgekehrt wird. Der gesamte Prozess dauert etwa 20.000 Jahre.^[83][84][85]

Andere Faktoren

Numerische Studien haben gezeigt, dass sich die allgemeine Natur der Ausrichtung zwischen den Umlaufbahnen von Pluto und Neptun über Millionen von Jahren nicht ändert.^[81][80] Es gibt mehrere andere Resonanzen und Wechselwirkungen, die die Stabilität von Pluto verbessern. Diese entstehen hauptsächlich durch zwei zusätzliche Mechanismen (neben der 2:3-Mean-Motion-Resonanz).

Erstens, Plutos Argument des Perihels, des Winkels zwischen dem Punkt, an dem es die Ekliptik schneidet, und dem Punkt, an dem es der Sonne am nächsten ist, beträgt etwa 90 °.^[80] Dies bedeutet, dass Pluto, wenn er der Sonne am nächsten ist, sich am weitesten über der Ebene des Sonnensystems befindet, was Begegnungen mit Neptun verhindert. Dies ist eine Folge des Kozai-Mechanismus,^[81] die die Exzentrizität einer Umlaufbahn mit ihrer Neigung zu einem größeren Störkörper in Beziehung setzt – in diesem Fall Neptun. Relativ zu Neptun beträgt die Librationsamplitude 38°, sodass der Winkelabstand von Plutos Perihel zur Umlaufbahn von Neptun immer größer als 52° . ist (90°–38°). Der engste Winkelabstand tritt alle 10.000 Jahre auf.^[84]

Zweitens stimmen die Längengrade der aufsteigenden Knoten der beiden Körper – die Punkte, an denen sie die Ekliptik kreuzen – nahezu mit der obigen Libration überein. Wenn die beiden Längengrade gleich sind – das heißt, wenn man eine gerade Linie durch beide Knoten und die Sonne ziehen könnte – liegt Plutos Perihel genau bei 90° und kommt daher der Sonne am nächsten, wenn sie am höchsten über der Neptunbahn steht. Dies ist bekannt als die 1:1 Superresonanz. Alle Jupiter-Planeten, insbesondere Jupiter, spielen eine Rolle bei der Entstehung der Superresonanz.^[81]

Quasi-Satellit

Im Jahr 2012 wurde die Hypothese aufgestellt, dass 15810 Arawn ein Quasi-Satellit von Pluto sein könnte, einer bestimmten Art von koorbitaler Konfiguration.^[86] Nach der Hypothese wäre das Objekt für etwa 350.000 Jahre in jeder Zwei-Millionen-Jahres-Periode ein Quasi-Satellit des Pluto.^[86][87] Messungen durch die Neue Horizonte Raumsonde im Jahr 2015 ermöglichte es, die Umlaufbahn von Arawn genauer zu berechnen.^[88] Diese Berechnungen bestätigen die in der Hypothese beschriebene Gesamtdynamik.^[89] Es ist jedoch unter Astronomen nicht einig, ob Arawn aufgrund dieser Bewegung als Quasi-Satellit des Pluto klassifiziert werden soll, da seine Umlaufbahn hauptsächlich von Neptun kontrolliert wird und nur gelegentlich kleinere Störungen durch Pluto verursacht werden.^[90][88][89]

Drehung

Die Rotationsperiode des Plutos, sein Tag, beträgt 6.387 Erdentage.^[2][91] Wie Uranus dreht sich Pluto auf seiner “Seite” in seiner Orbitalebene mit einer axialen Neigung von 120°, und daher ist seine jahreszeitliche Variation extrem; zu seinen Sonnenwenden befindet sich ein Viertel seiner Oberfläche im ständigen Tageslicht, während ein weiteres Viertel in ständiger Dunkelheit liegt.^[92] Der Grund für diese ungewöhnliche Ausrichtung ist umstritten. Untersuchungen der University of Arizona haben ergeben, dass dies an der Art und Weise liegen kann, wie sich die Drehung eines Körpers immer anpasst, um die Energie zu minimieren. Dies könnte bedeuten, dass sich ein Körper neu ausrichtet, um Fremdmasse in die Nähe des Äquators zu bringen und Regionen ohne Masse zu den Polen neigen. Das nennt man Polar wandern.^[93] Laut einem von der University of Arizona veröffentlichten Papier könnte dies durch Massen von gefrorenem Stickstoff verursacht werden, die sich in schattigen Gebieten des Zwergplaneten ansammeln. Diese Massen würden dazu führen, dass sich der Körper neu ausrichtet, was zu seiner ungewöhnlichen axialen Neigung von 120° führt. Die Ansammlung von Stickstoff ist auf die große Entfernung von Pluto von der Sonne zurückzuführen. Am Äquator können die Temperaturen auf –240 °C (–400,0 °F; 33,1 K) sinken, wodurch Stickstoff gefriert, wie Wasser auf der Erde gefrieren würde. Der gleiche Effekt, der auf Pluto beobachtet wurde, würde auf der Erde beobachtet werden, wenn der antarktische Eisschild um ein Vielfaches größer wäre.^[94]

Geologie

Oberfläche

Hochauflösendes MVIC-Bild von Pluto in verbesserter Farbe, um Unterschiede in der Oberflächenzusammensetzung hervorzuheben

Regionen, in denen Wassereis erkannt wurde (blaue Regionen)

Die Ebenen auf Plutos Oberfläche bestehen zu mehr als 98 Prozent aus Stickstoffeis mit Spuren von Methan und Kohlenmonoxid.^[95]Stickstoff und Kohlenmonoxid sind auf der Anti-Charon-Flanke von Pluto am häufigsten (etwa 180 °, wo sich der westliche Lappen von Tombaugh Regio, Sputnik Planitia, befindet), während Methan in der Nähe von 300 ° östlich am häufigsten vorkommt.^[96] Die Berge bestehen aus Wassereis.^[97] Die Oberfläche von Pluto ist sehr unterschiedlich, mit großen Unterschieden in Helligkeit und Farbe.^[98] Pluto ist einer der kontrastreichsten Körper im Sonnensystem, mit so viel Kontrast wie Saturnmond Iapetus.^[99] Die Farbe variiert von Anthrazitschwarz bis Dunkelorange und Weiß.^[100] Plutos Farbe ist der von Io ähnlicher, mit etwas mehr Orange und deutlich weniger Rot als Mars.^[101]Bemerkenswerte geografische Merkmale sind Tombaugh Regio oder das “Herz” (ein großer heller Bereich auf der Seite gegenüber von Charon), Cthulhu Macula,^[6] oder der “Wal” (ein großer dunkler Bereich auf der hinteren Hemisphäre) und die “Brass Knuckles” (eine Reihe von äquatorialen dunklen Bereichen auf der vorderen Hemisphäre).

Sputnik Planitia, der westliche Lappen des “Herzens”, ist ein 1.000 km breites Becken aus gefrorenem Stickstoff- und Kohlenmonoxid-Eis, das in polygonale Zellen unterteilt ist, die als Konvektionszellen interpretiert werden, die schwimmende Blöcke aus Wassereiskruste und Sublimationsgruben in Richtung ihre Margen;^{[102][103][104]} Es gibt deutliche Anzeichen von Gletscherflüssen sowohl in das Becken als auch aus diesem heraus.^[105][106] Es hat keine Krater, die für Sie sichtbar waren Neue Horizonte, was darauf hinweist, dass seine Oberfläche weniger als 10 Millionen Jahre alt ist.^[107] Neueste Studien haben gezeigt, dass die Oberfläche ein Alter von 180000+90000
-40000 Jahre.^[108]
Das Wissenschaftsteam von New Horizons fasste die ersten Ergebnisse wie folgt zusammen: „Pluto weist eine überraschend große Vielfalt geologischer Landformen auf, einschließlich solcher, die aus glaziologischen und Oberflächen-Atmosphäre-Wechselwirkungen sowie Impakt-, tektonischen, möglichen kryovulkanischen und massenverschwendenden Prozessen resultieren.“^[7]

Verteilung von über 1000 Kratern jeden Alters im nördlichen Anti-Charon-Quadranten von Pluto. Die Variation der Dichte (in Sputnik Planitia wurde keine gefunden) weist auf eine lange Geschichte unterschiedlicher geologischer Aktivitäten hin. Das Fehlen von Kratern links und rechts auf der Karte ist auf die niedrig aufgelöste Abdeckung dieser Regionen unterhalb von Charon zurückzuführen.

Sputnik Planitia ist mit aufgewühlten Stickstoff-Eis-“Zellen” bedeckt, die geologisch jung sind und sich durch Konvektion umdrehen.

In den westlichen Teilen von Sputnik Planitia gibt es Querdünenfelder, die durch die Winde gebildet werden, die aus dem Zentrum von Sputnik Planitia in Richtung der umliegenden Berge wehen. Die Dünenwellenlängen liegen im Bereich von 0,4–1 km und bestehen wahrscheinlich aus Methanpartikeln mit einer Größe von 200–300 μm.^[109]

Interne Struktur

Modell der inneren Struktur von Pluto^[110]

• Wassereiskruste
• Flüssiges Wasser Ozean
• Silikatkern

Plutos Dichte ist 1.860±0,013 g/cm²³.^[7] Da der Zerfall radioaktiver Elemente das Eis schließlich so stark erhitzen würde, dass sich das Gestein von ihnen trennt, erwarten die Wissenschaftler, dass die innere Struktur von Pluto differenziert ist, wobei sich das Gesteinsmaterial in einem dichten Kern niedergelassen hat, der von einem Mantel aus Wassereis umgeben ist. Die Vor-Neue Horizonte Schätzung für den Durchmesser des Kerns ist 1700 km, 70 % des Pluto-Durchmessers.^[110] Pluto hat kein Magnetfeld.^[111]

Es ist möglich, dass diese Erwärmung bis heute andauert und ein unterirdischer Ozean aus flüssigem Wasser entsteht 100 bis 180 km dick an der Kern-Mantel-Grenze.^{[110][112][113]} Im September 2016 simulierten Wissenschaftler der Brown University den Einschlag, von dem angenommen wird, dass er Sputnik Planitia gebildet hat, und zeigten, dass er das Ergebnis von flüssigem Wasser gewesen sein könnte, das nach der Kollision von unten nach oben quillt, was auf die Existenz eines unterirdischen Ozeans von mindestens 100 km Tiefe schließen lässt.^[114] Im Juni 2020 berichteten Astronomen über Beweise dafür, dass Pluto bei seiner Entstehung möglicherweise einen unterirdischen Ozean hatte und folglich bewohnbar war.^[115][116]

Masse und Größe

Der Durchmesser von Pluto ist 2376.6±3,2 km^[5] und seine Masse ist (1.303±0,003)×10²² kg, 17,7% des Mondes (0,22% des der Erde).^[124] Seine Oberfläche beträgt 1.779×10⁷ km², oder ungefähr die gleiche Fläche wie Russland. Seine Oberflächenschwerkraft beträgt 0,063 G (im Vergleich zu 1 G für Erde und 0.17 G für den Mond).

Die Entdeckung des Pluto-Satelliten Charon im Jahr 1978 ermöglichte eine Bestimmung der Masse des Pluto-Charon-Systems durch Anwendung von Newtons Formulierung des dritten Keplerschen Gesetzes. Beobachtungen von Pluto in Bedeckung mit Charon ermöglichten es Wissenschaftlern, den Durchmesser von Pluto genauer zu bestimmen, während die Erfindung der adaptiven Optik es ihnen ermöglichte, seine Form genauer zu bestimmen.^[125]

Mit weniger als 0,2 Mondmassen ist Pluto viel weniger massiv als die terrestrischen Planeten und auch weniger massiv als sieben Monde: Ganymed, Titan, Callisto, Io, der Mond, Europa und Triton. Die Masse ist viel geringer als gedacht, bevor Charon entdeckt wurde.

Pluto hat mehr als den doppelten Durchmesser und die zwölffache Masse von Ceres, dem größten Objekt im Asteroidengürtel. Er ist weniger massiv als der Zwergplanet Eris, ein transneptunisches Objekt, das 2005 entdeckt wurde, obwohl Pluto einen größeren Durchmesser von 2376,6 km . hat^[5] verglichen mit dem ungefähren Durchmesser von Eris von 2326 km.^[126]

Die Bestimmung der Größe von Pluto war durch seine Atmosphäre erschwert worden.^[120] und Kohlenwasserstoffdunst.^[118] Im März 2014 haben Lellouch, de Bergh et al. veröffentlichte Ergebnisse zu Methan-Mischungsverhältnissen in der Atmosphäre von Pluto, die mit einem Pluton-Durchmesser von mehr als 2360 km übereinstimmen, mit einer “besten Schätzung” von 2368 km.^[122] Am 13. Juli 2015 wurden Bilder von NASAs Neue Horizonte Mission Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) bestimmt zusammen mit Daten von anderen Instrumenten den Durchmesser von Pluto auf 2.370 km (1.470 Meilen),^[126][127] die später am 24. Juli auf 2.372 km (1.474 Meilen) revidiert wurde,^[123] und später zu 2374±8 km.^[7] Verwendung von Funkbedeckungsdaten aus dem Neue Horizonte Radio Science Experiment (REX) wurde festgestellt, dass der Durchmesser 2376.6±3,2 km.^[5]

Atmosphäre

Ein nahezu farbechtes Bild, aufgenommen von Neue Horizonte nach seinem Vorbeiflug. Zahlreiche blaue Dunstschichten schweben in Plutos Atmosphäre. Entlang und in der Nähe des Asts sind Berge und ihre Schatten sichtbar.

Aufnahme von Pluto in Röntgenstrahlen von Chandra X-ray Observatory (blauer Fleck). Die Röntgenstrahlen werden wahrscheinlich durch die Wechselwirkung der Gase, die Pluto umgeben, mit dem Sonnenwind erzeugt, obwohl Einzelheiten über ihre Herkunft nicht klar sind.

Pluto hat eine schwache Atmosphäre aus Stickstoff (N₂), Methan (CH₄) und Kohlenmonoxid (CO), die mit ihrem Eis auf der Oberfläche von Pluto im Gleichgewicht stehen.^[128][129] Nach den Messungen von Neue Horizonte, der Flächendruck beträgt ca. 1 Pa (10 µbar),^[7] etwa eine Million bis 100.000 Mal weniger als der atmosphärische Druck der Erde. Es wurde ursprünglich angenommen, dass seine Atmosphäre allmählich an der Oberfläche gefrieren sollte, wenn sich Pluto von der Sonne entfernt; Studium von Neue Horizonte Daten und bodengestützte Bedeckungen zeigen, dass die atmosphärische Dichte von Pluto zunimmt und dass sie wahrscheinlich während der gesamten Umlaufbahn von Pluto gasförmig bleibt.^[130][131]Neue Horizonte Beobachtungen zeigten, dass der atmosphärische Stickstoffaustritt 10.000 Mal geringer ist als erwartet.^[131] Alan Stern hat behauptet, dass selbst ein kleiner Anstieg der Oberflächentemperatur von Pluto zu einem exponentiellen Anstieg der atmosphärischen Dichte von Pluto führen kann; von 18 hPa bis zu 280 hPa (das Dreifache des Mars- bis zu einem Viertel des Erdvolumens). Bei solchen Dichten könnte Stickstoff als Flüssigkeit über die Oberfläche fließen.^[131] So wie Schweiß den Körper kühlt, wenn er von der Haut verdunstet, kühlt die Sublimation von Plutos Atmosphäre seine Oberfläche.^[132] Die Anwesenheit von atmosphärischen Gasen wurde bis zu 1670 Kilometer hoch verfolgt; die Atmosphäre hat keine scharfe obere Grenze.

Das Vorhandensein von Methan, einem starken Treibhausgas, in der Atmosphäre von Pluto führt zu einer Temperaturinversion, wobei die durchschnittliche Temperatur seiner Atmosphäre zehn Grad wärmer als seine Oberfläche ist.^[133] obwohl Beobachtungen von Neue Horizonte haben gezeigt, dass die obere Atmosphäre von Pluto viel kälter ist als erwartet (70 K im Gegensatz zu etwa 100 K).^[131] Die Atmosphäre von Pluto ist in etwa 20 gleichmäßig verteilte Dunstschichten bis zu 150 km Höhe unterteilt,^[7] Es wird angenommen, dass es das Ergebnis von Druckwellen ist, die durch den Luftstrom über die Berge von Pluto erzeugt werden.^[131]

Satelliten

Eine Schrägansicht des Pluto-Charon-Systems, die zeigt, dass Pluto einen Punkt außerhalb seiner selbst umkreist. Die beiden Körper sind gegenseitig durch Gezeiten gesperrt.

Pluto hat fünf bekannte natürliche Satelliten. Am nächsten zu Pluto ist Charon. Charon wurde erstmals 1978 vom Astronomen James Christy identifiziert und ist der einzige Mond des Pluto, der sich möglicherweise im hydrostatischen Gleichgewicht befindet; Die Masse von Charon reicht aus, um zu bewirken, dass der Schwerpunkt des Pluto-Charon-Systems außerhalb von Pluto liegt. Jenseits von Charon gibt es vier viel kleinere zirkumbinäre Monde. In der Reihenfolge der Entfernung von Pluto sind sie Styx, Nix, Kerberos und Hydra. Nix und Hydra wurden beide 2005 entdeckt.^[134]Kerberos wurde 2011 entdeckt,^[135] und Styx wurde 2012 entdeckt.^[136] Die Umlaufbahnen der Satelliten sind kreisförmig (Exzentrizität < 0,006) und koplanar zum Pluto-Äquator (Neigung < 1°),^[137][138] und daher ungefähr 120° relativ zur Umlaufbahn von Pluto geneigt. Das plutonische System ist sehr kompakt: Die fünf bekannten Satelliten kreisen innerhalb der inneren 3% der Region, in der prograde Umlaufbahnen stabil wären.^[139]

Die Umlaufperioden aller Pluto-Monde sind in einem System von Umlaufresonanzen und Nahresonanzen verbunden.^[138][140] Wenn die Präzession berücksichtigt wird, stehen die Umlaufzeiten von Styx, Nix und Hydra in einem genauen Verhältnis von 18:22:33.^[138] Es gibt eine Reihe von ungefähren Verhältnissen, 3:4:5:6, zwischen den Perioden von Styx, Nix, Kerberos und Hydra mit der von Charon; die Verhältnisse werden genauer, je weiter die Monde entfernt sind.^[138][141]

Das Pluto-Charon-System ist eines der wenigen im Sonnensystem, dessen Schwerpunkt außerhalb des Primärkörpers liegt; das Patroklos-Menoetius-System ist ein kleineres Beispiel, und das Sonne-Jupiter-System ist das einzige größere.^[142] Die Ähnlichkeit in der Größe von Charon und Pluto hat einige Astronomen dazu veranlasst, ihn einen doppelten Zwergplaneten zu nennen.^[143] Das System ist unter Planetensystemen auch insofern ungewöhnlich, als jedes von den Gezeiten aneinander gekoppelt ist, was bedeutet, dass Pluto und Charon immer dieselbe Hemisphäre haben, die sich gegenübersteht. Von jeder Position auf einem der Körper ist der andere immer an derselben Position am Himmel oder immer verdeckt.^[144] Dies bedeutet auch, dass die Rotationsperiode von jedem gleich der Zeit ist, die das gesamte System benötigt, um sich um seinen Schwerpunkt zu drehen.^[91]

Im Jahr 2007 deuteten Beobachtungen des Gemini-Observatoriums von Flecken von Ammoniakhydraten und Wasserkristallen auf der Oberfläche von Charon auf das Vorhandensein aktiver Kryo-Geysire hin.^[145]

Es wird angenommen, dass Plutos Monde durch eine Kollision zwischen Pluto und einem ähnlich großen Körper zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems entstanden sind. Bei der Kollision wurde Material freigesetzt, das sich in den Monden um Pluto verfestigte.^[146]

Ursprung

Plot der bekannten Kuipergürtel-Objekte, gegen die vier Riesenplaneten

Plutos Herkunft und Identität hatten Astronomen lange Zeit verwirrt. Eine frühe Hypothese war, dass Pluto ein entflohener Mond von Neptun oder Jupiter war.^[148] von Neptuns größtem aktuellen Mond Triton aus der Umlaufbahn geworfen. Diese Idee wurde schließlich verworfen, nachdem dynamische Studien gezeigt hatten, dass dies unmöglich ist, da Pluto sich Neptun in seiner Umlaufbahn nie nähert.^[149]

Plutos wahrer Platz im Sonnensystem begann sich erst 1992 zu offenbaren, als Astronomen begannen, kleine eisige Objekte jenseits von Neptun zu finden, die Pluto nicht nur in der Umlaufbahn, sondern auch in Größe und Zusammensetzung ähnlich waren. Es wird angenommen, dass diese transneptunische Population die Quelle vieler kurzperiodischer Kometen ist. Pluto gilt heute als das größte Mitglied des Kuiper-Gürtels.^[j] ein stabiler Gürtel von Objekten, der sich zwischen 30 und 50 AE von der Sonne entfernt befindet. Ab 2011 waren die Vermessungen des Kuiper-Gürtels bis zur Magnitude 21 fast abgeschlossen, und es wird erwartet, dass alle verbleibenden Objekte von Pluto-Größe mehr als 100 AE von der Sonne entfernt sind.^[150] Wie andere Kuiper-Gürtel-Objekte (KBOs) teilt Pluto Merkmale mit Kometen; zum Beispiel bläst der Sonnenwind die Oberfläche von Pluto allmählich ins All.^[151] Es wurde behauptet, dass Pluto, wenn er so nahe an der Sonne wie die Erde wäre, einen Schweif entwickeln würde, wie es Kometen tun.^[152] Diese Behauptung wurde mit dem Argument bestritten, dass die Fluchtgeschwindigkeit von Pluto dafür zu hoch ist.^[153] Es wurde vermutet, dass sich Pluto als Ergebnis der Agglomeration zahlreicher Kometen und Kuipergürtel-Objekte gebildet haben könnte.^[154][155]

Obwohl Pluto das größte entdeckte Kuipergürtel-Objekt ist,^[118] Neptuns Mond Triton, der etwas größer als Pluto ist, ähnelt ihm sowohl geologisch als auch atmosphärisch und gilt als gefangenes Objekt des Kuipergürtels.^[156]Eris (siehe oben) hat ungefähr die gleiche Größe wie Pluto (wenn auch massiver), wird aber nicht streng als Mitglied der Kuipergürtel-Population angesehen. Vielmehr wird es als Mitglied einer verbundenen Population angesehen, die als Streuscheibe bezeichnet wird.

Eine große Anzahl von Kuipergürtel-Objekten, wie Pluto, befinden sich in einer 2:3-Umlaufresonanz mit Neptun. KBOs mit dieser Orbitalresonanz werden nach Pluto “Plutinos” genannt.^[157]

Wie andere Mitglieder des Kuiper-Gürtels gilt Pluto als Restplanetesimal; eine Komponente 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 aktuelle Position einer plötzlichen Wanderung von Neptun zu Beginn der Entstehung des Sonnensystems verdankt. Als Neptun nach außen wanderte, näherte er sich den Objekten im Proto-Kuiper-Gürtel, versetzte eines in eine Umlaufbahn um sich selbst (Triton), sperrte andere in Resonanzen und schleuderte andere in chaotische Umlaufbahnen. Es wird angenommen, dass die Objekte in der Streuscheibe, einer dynamisch instabilen Region, die den Kuipergürtel überlappt, durch Wechselwirkungen mit Neptuns wandernden Resonanzen an ihre aktuellen Positionen gebracht wurden.^[158] Ein 2004 von Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d’Azur in Nizza erstelltes Computermodell deutete darauf hin, dass die Wanderung von Neptun in den Kuipergürtel möglicherweise durch die Bildung einer 1:2-Resonanz zwischen Jupiter und Saturn ausgelöst wurde, die ein Gravitationsschub, der sowohl Uranus als auch Neptun in höhere Umlaufbahnen trieb und dazu führte, dass sie die Plätze wechselten, was letztendlich die Entfernung von Neptun von der Sonne verdoppelte. Die daraus resultierende Vertreibung von Objekten aus dem Proto-Kuiper-Gürtel könnte auch das späte schwere Bombardement 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems und den Ursprung der Jupiter-Trojaner erklären.^[159] Es ist möglich, dass Pluto eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn von etwa 33 AE von der Sonne hatte, bevor die Wanderung von Neptun ihn in eine resonante Erfassung brachte.^[160] Das Modell von Nizza erfordert, dass sich in der ursprünglichen Planetesimalscheibe, zu der Triton und Eris gehörten, etwa tausend Pluto-große Körper befanden.^[159]

Beobachtung und Erkundung

Plutos Entfernung von der Erde macht seine eingehende Untersuchung und Erforschung schwierig. Am 14. Juli 2015 hat die NASA Neue Horizonte Raumsonde flog durch das Pluto-System und lieferte viele Informationen darüber.^[161]

Überwachung

Plutos visuelle scheinbare Helligkeit beträgt durchschnittlich 15,1 und hellt sich am Perihel auf 13,65 auf.^[2] Um es zu sehen, ist ein Teleskop erforderlich; eine Öffnung von etwa 30 cm (12 Zoll) ist wünschenswert.^[162] Es sieht selbst in großen Teleskopen sternförmig und ohne sichtbare Scheibe aus, denn sein Winkeldurchmesser beträgt nur 0,11″.

Die frühesten Karten von Pluto, die in den späten 1980er Jahren erstellt wurden, waren Helligkeitskarten, die aus genauen Beobachtungen von Sonnenfinsternissen durch seinen größten Mond Charon erstellt wurden. Es wurden Beobachtungen der Veränderung der durchschnittlichen Gesamthelligkeit des Pluto-Charon-Systems während der Finsternisse gemacht. Das Verdunkeln eines hellen Flecks auf Pluto bewirkt beispielsweise eine größere Gesamthelligkeitsänderung als das Verdunkeln eines dunklen Flecks. Die Computerverarbeitung vieler solcher Beobachtungen kann verwendet werden, um eine Helligkeitskarte zu erstellen. Mit dieser Methode können auch Helligkeitsänderungen über die Zeit verfolgt werden.^[163][164]

Bessere Karten wurden aus Bildern des Hubble-Weltraumteleskops (HST) erstellt, die eine höhere Auflösung boten und deutlich mehr Details zeigten.^[99] Auflösung von Variationen von mehreren hundert Kilometern Durchmesser, einschließlich Polarregionen und großen hellen Flecken.^[101] Diese Karten wurden durch eine komplexe Computerverarbeitung erstellt, die die am besten passenden projizierten Karten für die wenigen Pixel der Hubble-Bilder findet.^[165] Dies blieben die detailliertesten Karten von Pluto bis zum Vorbeiflug von Neue Horizonte im Juli 2015, da die beiden für diese Karten verwendeten Kameras am HST nicht mehr in Betrieb waren.^[165]

Erkundung

Die Teile von Plutos Oberfläche, die von Neue Horizonte (kommentiert)

Panoramablick auf Plutos eisige Berge und flache Eisebenen, abgebildet von, Neue Horizonte 15 Minuten nach seiner nächsten Annäherung an Pluto. Ausgeprägte Dunstschichten in Plutos Atmosphäre können von der Sonne im Gegenlicht gesehen werden.

Das Neue Horizonte Die Raumsonde, die im Juli 2015 an Pluto vorbeiflog, ist der erste und bisher einzige Versuch, Pluto direkt zu erkunden. Es wurde 2006 gestartet und nahm Ende September 2006 während eines Tests des Long Range Reconnaissance Imager seine ersten (fernen) Bilder von Pluto auf.^[166] Die Bilder, die aus einer Entfernung von etwa 4,2 Milliarden Kilometern aufgenommen wurden, bestätigten die Fähigkeit der Raumsonde, weit entfernte Ziele zu verfolgen, was für das Manövrieren in Richtung Pluto und andere Objekte des Kuipergürtels entscheidend ist. Anfang 2007 nutzte das Schiff eine Schwerkraftunterstützung von Jupiter.

Neue Horizonte Am 14. Juli 2015, nach einer 3.462-tägigen Reise durch das Sonnensystem, näherte sich Pluto am nächsten. Die wissenschaftlichen Beobachtungen von Pluto begannen fünf Monate vor der nächsten Annäherung und dauerten mindestens einen Monat nach der Begegnung. Die Beobachtungen wurden mit einem Fernerkundungspaket durchgeführt, das bildgebende Instrumente und ein radiowissenschaftliches Untersuchungsinstrument umfasste, sowie spektroskopische und andere Experimente. Die wissenschaftlichen Ziele von Neue Horizonte sollten die globale Geologie und Morphologie von Pluto und seinem Mond Charon charakterisieren, ihre Oberflächenzusammensetzung kartieren und die neutrale Atmosphäre von Pluto und ihre Fluchtrate analysieren. Am 25. Oktober 2016 um 17:48 Uhr ET wurde das letzte Datenbit (von insgesamt 50 Milliarden Datenbits; oder 6,25 Gigabyte) von empfangen Neue Horizonte von seiner engen Begegnung mit Pluto.^{[167][168][169][170]}

Seit der Neue Horizonte Vorbeiflug haben sich Wissenschaftler für eine Orbiter-Mission ausgesprochen, die zu Pluto zurückkehren würde, um neue wissenschaftliche Ziele zu erreichen.^[171] Dazu gehören die Kartierung der Oberfläche bei 9,1 m (30 ft) pro Pixel, Beobachtungen von Plutos kleineren Satelliten, Beobachtungen, wie sich Pluto bei seiner Drehung um seine Achse verändert, und topografische Kartierungen von Plutos Regionen, die aufgrund seiner Axiale Neigung. Das letzte Ziel konnte mit Laserpulsen erreicht werden, um eine vollständige topografische Karte von Pluto zu erstellen. Neue Horizonte Hauptermittler Alan Stern hat sich für eine Cassini-ähnlicher Orbiter, der um 2030 (dem 100. Jahrestag der Entdeckung von Pluto) starten und die Schwerkraft von Charon nutzen würde, um seine Umlaufbahn nach Bedarf anzupassen, um wissenschaftliche Ziele nach der Ankunft im Pluto-System zu erreichen.^[172] Der Orbiter könnte dann Charons Gravitation nutzen, um das Pluto-System zu verlassen und weitere KBOs zu untersuchen, nachdem alle wissenschaftlichen Ziele von Pluto abgeschlossen sind. Eine vom NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-Programm finanzierte konzeptionelle Studie beschreibt einen fusionsfähigen Pluto-Orbiter und -Lander, der auf dem Princeton-Reaktor mit umgekehrter Konfiguration basiert.^[173][174]

Sub-Charon-Hemisphäre

Die äquatoriale Region der Sub-Charon-Hemisphäre von Pluto wurde nur mit niedriger Auflösung abgebildet, da Neue Horizonte machte seine nächste Annäherung an die Anti-Charon-Hemisphäre.

Ein zusammengesetztes Bild der Sub-Charon-Hemisphäre von Pluto. Die Region innerhalb/unter der weißen Linie befand sich auf der anderen Seite von Pluto, als Neue Horizonte machte seine nächste Annäherung und wurde nur in den frühen Tagen des Vorbeiflugs (mit niedrigerer Auflösung) abgebildet. Schwarze Bereiche wurden überhaupt nicht abgebildet.

Der Bereich mit niedriger Auflösung, mit benannten Funktionen

Das Gebiet mit niedriger Auflösung, mit Merkmalen, die nach geologischem Typ klassifiziert sind

Südlichen Hemisphäre

Eine Karte von Pluto basierend auf Hubble-Bildern, zentriert auf der Anti-Charon-Hemisphäre (Sputnik Planitia), die die südliche Hemisphäre bis auf 75°S . abdeckt

Neue Horizonte die gesamte nördliche Hemisphäre des Plutos und die äquatorialen Regionen bis etwa 30° Süd abgebildet. Höhere südliche Breiten wurden nur mit sehr geringer Auflösung von der Erde aus beobachtet. Bilder des Hubble-Weltraumteleskops aus dem Jahr 1996 decken 85% von Pluto ab und zeigen große Albedo-Merkmale bis etwa 75° Süd. Dies reicht aus, um die Ausdehnung der Makulae der gemäßigten Zone zu zeigen. Spätere Bilder hatten aufgrund geringfügiger Verbesserungen der Hubble-Instrumentierung eine etwas bessere Auflösung, reichten aber nicht ganz so weit nach Süden.

Videos

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weiterlesen

Externe Links