Plutos emsige Eismassen

Im Juli 2015 flog die NASA-Raumsonde New Horizons am Zwergplaneten Pluto vorbei und nahm unter anderem dieses Bild des Himmelskörpers auf: Es zeigt Plutos 1200 Kilometer weite und von Kratern unversehrte Eisebene "Sputnik Planum". Seither grübeln Forscher über die Entstehung der frostigen Fläche, denn ihre Struktur ist ziemlich ungewöhnlich. Sie setzt sich aus circa 20 bis 30 Kilometer großen Schollen zusammen, die sich in der Mitte nach oben wölben.

Umwälzungen im Stickstoff-Eis

Wie diese Strukturen zustande kamen, haben nun gleich zwei Forscherteams unabhängig voneinander erkundet – eines um Jay Melosh von der Purdue University und eines um William McKinnon von der Washington University. Ihr übereinstimmendes Fazit: Die Messdaten von New Horizons legen nahe, dass das Eis in Sputnik Planum neben Wasser, Methan- und Kohlenmonoxid vor allem aus gefrorenem Stickstoff besteht. Sowohl das Wasser als auch der Stickstoff im Eis kommen als Festkörper vor, doch das Stickstoff-Eis ist strukturell schwächer, es kann sich leichter verformen als das sehr viel härtere gefrorene Wasser. Beide Teile haben also eine unterschiedliche Fließfähigkeit.

Nun folgern die Forscher, dass die Schollen durch Umwälzungen im Stickstoff-Eis gebildet wurden – das trotz der eisigen Temperaturen von minus 236 Grad auf Pluto "fließen" kann. Die nötige Energie für die Strömungsbewegungen liefert ein Temperaturunterschied zwischen der Oberfläche und dem Planeteninneren, errechneten die Forscher. Radioaktive Elemente, die Pluto bei seiner Entstehung schluckte, vermuten sie als Ursprung für die Wärme aus dem Inneren.

Wie Haferbrei

Wie genau entstehen nun die Schollen: Laut Jay Melosh lassen sich die physikalischen Prozesse am besten mit einem kochenden Haferbrei vergleichen. "Der bereits erwärmte Haferbrei steigt dabei im Topf nach oben und der noch kalte Brei wird nach unten gedrückt. Das passiert im gesamten Topf in mehreren Bereichen und lässt eine schollenartige Oberfläche wie auf Pluto entstehen", erklärt Melosh und sagt weiter: "Dort vollzieht sich dieser Prozess allerdings nicht so schnell, sondern die Umwälzung geschieht mit einer Geschwindigkeit von vielleicht zwei Zentimetern pro Jahr."

Beide Wissenschaftlerteams befassten sich auch damit, das Alter der Eisfläche zu berechnen. Mehr dazu in "Pluto: Umwälzströmung im Eis".

Fotos: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

 

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