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Astronomie+Physik

Ausdehnung von Plutos Atmosphäre überrascht Astronomen

Pluto, der äußerste Planet unseres Sonnensystems, rast derzeit auf seiner Ellipsen-Bahn rapide von der Sonne weg. Erwarteten Astronomen, dass dadurch die Temperatur auf der Oberfläche des kleinen im Radius knapp 1.200 Kilometer messenden Sonnentrabanten falle und sich die Atmosphäre zusammenziehe, werden sie nun eines Besseren belehrt. Vergleichende Messungen von 1988 und 2002 zeigen zur Überraschung der Forscher, dass sich der Atmosphärendruck in den letzten 14 Jahren sogar verdoppelt hat und zu einer Expansion der dünnen Stickstoffhülle führte. Diese Ergebnisse mehrerer Observatorien rund um den Erdball präsentieren nord- und südamerikanische sowie europäische Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature (Bd. 424, S. 165, 168, 137).

Möglich wurden diese detaillierten Atmosphärenmessungen, als Pluto im letzten Sommer erstmals nach 14 Jahren gleich zweimal vor Sternen (P126 und P131.1) vorbeiwanderte und dabei kurzzeitig deren Licht aus der Erdperspektive verdeckte. Solche Okkultationen ? eine Sonnenfinsternis ist nichts anderes als die entsprechende Verdeckung der Sonne durch den vorbeiwandernden Mond ? bieten vor erfolgreichen Reisen von Raumsonden zum Planeten die besten Voraussetzungen, um die Atmosphäre Plutos zu untersuchen. So richteten die Astronomen tragbare und fest installierte Telekope in Südamerika, im Westen der USA und auf Hawaii auf dieses seltene Himmelspektakel.

Über das während der Okkultation aufgefangene Licht im sichtbaren und infraroten Bereich, konnten die Astronomen auf Zusammensetzung, Druck, Temperatur und Ausdehnung der Plutoatmosphäre schließen. Denn während des Durchlaufs Plutos durch das Sternenlicht verschwand das Licht nicht schlagartig, sondern wurde langsam schwächer. Spektralanalysen dieses Lichts offenbaren die Eigenschaften der Atmosphäre, die neben dem Hauptanteil Stickstoff Spuren von Methan und Kohlenmonoxid enthält.

„Wir fanden, dass sich während der vergangenen 14 Jahre der Atmosphärendruck offenbar verdoppelt hat“, berichten Bruno Sicardy vom Observatoire de Paris in Meudon und seine zahlreichen Kollegen von deutschen, amerikanischen, chilenischen, brasilianischen und argentinischen Instituten. Im Vergleich zu den Messungen während der letzten Okkultation 1988 mit dem Kuiper Airborne Observatory (KAO) nahm der mittlere Atmosphärendruck auf Pluto von rund 2,33 millionstel Bar (µbar) in 1.215 Kilometer Höhe auf rund 5 µbar zu.

Auf dem ersten Blick könnte die Ursache in einer höheren Oberflächentemperatur liegen. „Denn Plutos von dem Element Stickstoff dominierte Atmosphäre steht im Dampfdruckgleichgewicht mit der vereisten Oberfläche. Als Konsequenz können große Änderungen im Druck durch kleine Änderungen der Oberflächeneistemperaturen auftreten“, erklärt James L. Elliot, an den Messungen beteiligter Astronom vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.

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Doch die Messergebnisse des letzten Sommers sprechen eine andere Sprache. „Unsere Beobachtungen zeigten keine signifikante Temperaturdifferenz in der Region über 1.220 Kilometer Höhe“, so Sicardy und Kollegen. Dazu kommt, dass eine in den letzten Jahren zunehmende Entfernung Plutos von der Sonne die Temperaturen und damit den Atmophärendruck eigentlich fallen lassen sollte.

Betrachtet man jedoch die möglichen Abläufe auf Pluto mit ausgefeilten Modellen zum Stickstoffkreislauf genauer, könnte eine deutliche Verzögerung des vor 1988 durch eine größere Sonnennähe stattgefundene Aufwärmung erst nach vielen Jahren seine Auswirkungen in der oberen Atmosphäre zeigen. Auch ein Einfluss der methanreichen Gebiete rund um den Südpol Plutos ziehen die Astronomen für eine Erklärung des höheren Drucks bei in etwa konstanter Temperatur als mögliche Erklärung heran.

Jan Oliver Löfken
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