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Der Fürst der kalten Welten

Von Ulf von Rauchhaupt

13.07.2015. Am Dienstag bekommt endlich auch der Pluto Besuch von der Nasa. Der ist zwar nicht mehr der neunte Planet,aber dafür das Schaufenster einer bislang kaum erforschten Zone des Sonnensystems.

Über Felsen aus gefrorenem Stickstoff wölbt sich ein schwarzer Himmel. Ein riesiger grauer Mond steht dort unbeweglich immer an derselben Stelle. Die Sonne dagegen, 33 Mal weiter entfernt als von der Erde, ist nicht mehr als ein auffälliger Stern, der kaum noch Wärme spendet. Minus 233°C ist es kalt. Und doch fällt noch so viel Licht auf die rötlich verfärbten Eisfelder wie bei uns in den Momenten der Dämmerung. Wer wissen möchte, wie hell es gerade auf der sonnenzugewandten Seite des Pluto ist, muss nur nach Sonnenuntergang zu einer bestimmten Minute kurz ins Freie treten.


Die Website zur Berechnung dieser „Pluto Time“ (http://solarsystem.nasa.gov/plutotime/) hat die amerikanische Weltraumorganisation Nasa aufgesetzt, um den kommenden Dienstag zu feiern, wenn die Menschheit den ersten – und für lange Zeit einzigen – Blick auf die oben imaginierten Landschaften werfen wird. Allerdings nur für ein paar Stunden und aus einer mindestens 16 Mal größeren Entfernung als etwa die, aus der der kürzlich gestartete Erdbeobachtungssatellit Sentinel-2 unseren Heimatplaneten mustert.


Denn die Nasa-Sonde „New Horizons“ wird am Pluto nur vorbeifliegen, mit der 35-fachen Geschwindigkeit einer Pistolenkugel. Sie wird nicht in einen Orbit einschwenken und erst recht kein Landegerät auf der Oberfläche absetzen. Dazu hätte sie Bremstriebwerke vom Ausmaß einer Mondrakete mit ins äußere Sonnensystem nehmen müssen oder einen nuklear-elektrischen Antrieb, den es erst auf dem Papier gibt. Trotzdem ist dieser Vorbeiflug etwas ganz Besonderes. Besonderer noch als die ersten Vorbeiflüge an Jupiter und Saturn in den 1970ern oder an Uranus und Neptun in den 1980ern. Denn dann kam nur noch Pluto. Erst 1930 entdeckt und mit einer Umlaufbahn, auf der er sich zeitweise weiter von der Sonne entfernt als Neptun, war er der letzte, der äußerste, der neunte Planet.

© F.A.Z.; Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Das war noch so, als New Horizons im Januar 2006 zu seiner neuneinhalb Jahre langen Reise aufbrach. Doch sieben Monate später, am 24. August 2006, wurde Pluto degradiert. Auf ihrer damaligen Vollversammlung in Prag beschloss die Internationale Astronomische Union, Pluto fortan nicht mehr als Planet zu führen. Die Debatte war heftig, und die unterlegene Fraktion leckt ihre Wunden bis heute, darunter der vielleicht leidenschaftlichste Anhänger Plutos, des Planeten: Alan Stern vom Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, der Initiator und leitende Wissenschaftler der New-Horizons-Mission. Dabei hatte sich diese Deklassierung lange angekündigt. Es begann Anfang der 1990er Jahre. Digitale Lichtdetektoren, wie sie heute in jeder Handykamera verbaut sind, verbesserten die Sensitivität der Instrumente an den Teleskopen, und die immer effizienteren Computer erleichterten die systematische Suche nach extrem lichtschwachen Himmelsobjekten. 1992 wurde erstmals ein Objekt entdeckt, das die Sonne in noch größerer Entfernung umrundet als Pluto. Allerdings hatte bereits 1979 die Entdeckung von Plutos Mond Charon ahnen lassen, dass die Gefilde jenseits des Neptun weniger einsam sind als gedacht, und die alte, unter anderem von dem Astronomen Gerard Kuiper 1951 diskutierte Theorie bestärkt, es könnte dort draußen einen ganzen Ring aus eisigen Welten geben, den sogenannten Kuipergürtel.

© NASA / Illustrationen: Daniel Röttele

Nach der Entdeckung des Pluto im Jahr 1930 glaubte man mehr als 60 Jahre lang, er zöge am Rande des Sonnensystems einsam seine Kreise. In Wahrheit teilt er sich diese Sphäre mit anderen Zwergplaneten (hier eine Auswahl in Orange) und mindestens tausend kleineren Angehörigen des sogenannten Kuipergürtels (blau). Weiter draußen gibt es noch die sehr viel größere sogenannte Oortsche Wolke (links), aus der sich immer mal wieder Objekte lösen und als Kometen (gelb) ins innere Sonnensystem gelangen. Die Grafik zeigt die Stellung der Himmelskörper im April 2015 (sie hat sich seither nur minimal verändert). Die Entfernungen sind in Astronomischen Einheiten (AE) angegeben. Eine AE entspricht dem mittleren Abstand von der Sonne zur Erde, das sind knapp 150 Millionen Kilometer.



Und so ist es. Nach 1992 wurden immer mehr Kuipergürtel-Objekte entdeckt; bereits 1993 eines, das wie Pluto die Sonne während zweier Neptunumläufe genau dreimal umrundet. Pluto ist also nicht nur aufgrund seiner geringen Größe von zwei Dritteln des Erdmondes ein Sonderling und auch nicht wegen seiner viel elliptischeren und deutlich gegen die anderen Planetenorbits geneigten Umlaufbahn um die Sonne.

newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Der Kuipergürtel besteht aus Objekten, die jenseits der Neptunbahn nicht sehr weit entfernt von der Ebene der Planeten kreisen (orange), sowie den sogenannten Plutinos (rot), die sich in einer „2:3 Resonanz“ mit dem Neptun befinden: Während zweier Neptunumläufe umkreisen sie die Sonne genau drei Mal. Wie der Name verrät, gehört auch der Pluto dazu. Darüber hinaus gibt es aber auch noch Körper mit stark gekippten und gestreckten Bahnen, welche die sogenannte Scattered Disk (gestreute Scheibe) bilden. Die Zentauren sind Körper mit Bahnen zwischen denen von Jupiter und Neptun.

Nein, wie sich jetzt zeigte, ist er nicht einmal allein in seiner Zone, so, wie es die acht anderen Planeten sind, die seit der Entstehung des Sonnensystems mit ihren Schwerefeldern alle Nebenbuhler entweder geschluckt oder woandershin gekickt haben.

Unhaltbar wurde der bisherige Begriff dessen, was als Planet zu gelten hat, dann im Jahr 2005 mit der Entdeckung eines Objekts, das später „Eris“ getauft wurde und das etwa so groß ist wie Pluto, aber 27 Prozent mehr Masse besitzt. Wenn Pluto ein Planet ist, dann musste Eris auch einer sein und ebenfalls alle anderen Transneptun-Objekte, die groß genug sind, um von ihrer eigenen Schwerkraft in eine Kugelgestalt gebracht zu werden. Von solchen aber wurden bereits etliche entdeckt (siehe „Dicke Zwerge“), und es könnte insgesamt mehrere hundert davon geben. Entweder man gewährt ihnen allen die Planetenwürde, oder man nimmt sie dem Pluto weg. Die Astronomen entschieden sich in Prag mehrheitlich für Letzteres. Um Pluto aber nicht zu irgendeinem Weltraumbrösel herabzustufen, wurde gleichzeitig die Kategorie des Zwergplaneten eingeführt. Als ein solcher gilt fortan alles Kugelförmige, was ohne einen eigenen leergeräumten Korridor um die Sonne kreist. Darunter fallen dann aber nicht nur Pluto, Eris und die anderen Transneptune größeren Kalibers, sondern auch Ceres (siehe unten „Noch ein Ex-Planet) im Asteroidengürtel. „In gewisser Weise ähnelt der Kuipergürtel dem Asteroidengürtel“, sagt Bill McKinnon von der Washington University in Saint Louis. „Allerdings gibt es da jenseits des Neptun viel mehr Zeug – es ist eine ganz neue Zone des Sonnensystems.“ Tatsächlich sind heute mehr als tausend Transneptun-Objekte bekannt. Ihre Durchmesser reichen von einigen 10 bis 2300 Kilometern bei Pluto und Eris. Die meisten sind kleiner als 300 Kilometer und daher wohl nicht rund, sondern kartoffelförmig oder so irregulär wie der Komet 67/P Tschurjumow-Gerassimenko, der seit 2014 von der europäischen Raumsonde Rosetta umkreist wird. Wie dieser sind viele der kleineren Transneptune recht dunkle Objekte, und sie bestehen wahrscheinlich weniger aus Gestein als aus tiefgefrorenem Kondensat leichterer Stoffe, die nach der Entstehung des Sonnensystems aus einer interstellaren Wolke übrig geblieben sind. So fanden sich in den Spektren des von ihnen reflektierten Lichts die Signaturen von gefrorenem Wasser, Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan. Außerdem scheint es dort hochmolekulare Kohlenstoffverbindungen von schwarz-gräulicher oder rötlicher Farbe zu geben. Solche Stoffe waren ebenfalls schon in der Urwolke enthalten, können aber auch durch die Einwirkung von ultra-violettem Sonnenlicht oder kosmischen Strahlen gebildet worden sein.


Allerdings sind die Farben sehr unterschiedlich, ebenso das Rückstrahlvermögen. Die Erde etwa reflektiert 30 Prozent des einfallenden Sonnenlichts, der Erdmond knapp 14, der Komet 67/P nur sechs Prozent. Bei den Transneptun-Objekten findet man alle möglichen Werte zwischen drei und nahe hundert Prozent. Die höheren Werte finden sich dabei meist bei den Zwergplaneten. Wenn ihre Eisoberflächen also frischer und sauberer erscheinen, dann vielleicht deswegen, weil sie in ihrem Inneren noch über genügend Wärme verfügen, so dass immer mal wieder Geysire aus flüssigem Stickstoff und anderen Gasen durch Spalten aufsteigen und an der Oberfläche ausfrieren.

Größenvergleich

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  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Sedna (inuit) entfernt sich schätzungsweise 30 Mal weiter von der Sonne als Pluto. Sie gehört daher nicht mehr zum Kuipergürtel. Niemand weiß, ob sie ein Sonderfall ist oder zu einer völlig neuen Klasse von Objekten gehört.
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Eris (griechisch) ist, etwas regelwidrig, nach der Göttin der Zwietracht benannt. Denn an der Entdeckung dieses bisher massivsten transneptunischen Objekts entzündete sich der Streit um den Planetenstatus des Pluto. Eris‘ Mond heißt Dysnomia („Gesetzlosigkeit“).
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele 2007 OR10 kreist nicht im Kuipergürtel, sondern in der „Scattered Disc“. Es ist der größte Himmelskörper ohne einen richtigen Namen. Sein Entdecker kam noch nicht dazu. Von 2017 an darf jeder einen Namen vorschlagen.
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Makemake (Osterinsel) ist das hellste Objekt des Kuipergürtels nach Pluto. Wie dieser bildet er wahrscheinlich am sonnennächsten Abschnitt seiner Bahn eine dünne Atmosphäre aus, die wieder ausfriert, wenn er sich von der Sonne entfernt.
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Quaoar (indianisch) ist nach einer Gottheit des einst im Gebiet von Los Angeles ansässigen Stammes der Tongva benannt. Er wurde schon 2002 entdeckt und ist damit der nach Ceres und Pluto am längsten bekannte Zwergplanet.
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Haumea (hawaiianisch) rotiert schneller als jeder andere Planet oder Zwergplanet und ist daher vermutlich stark abgeplattet. Ihre beiden Monde heißen nach Haumeas Töchtern Namaka und Hi‘iakia.
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Pluto (römisch) hat vier kleine Trabanten und den im Verhältnis zur eigenen Masse größten Mond überhaupt: Charon. Er und Pluto kreisen um einen Schwerpunkt, der außerhalb von Plutos Kugel liegt.
  • newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele Orcus (etruskisch) kreist wie Pluto auf einer resonanten Bahn mit Neptun und hat einen Mond namens Vanth.
  • newhorizon © NASA Ceres ist nach der römischen Agrargöttin benannt, sie gilt seit der Reform des Planetenbegriffs 2006 als Zwergplanet.

Ein solcher „kalter Vulkanismus“ wurde auf dem Saturnmond Enceladus sowie auf Triton beobachtet, Neptuns größtem Mond. Der ähnelt auch sonst dem Pluto, weswegen vermutet wird, dass es sich bei Triton um einen einstigen Zwergplaneten aus dem Kuipergürtel handelt, den sich der Neptun irgendwann eingefangen hat. Mit Triton – und dem 400 Kilometer großen Saturnmond Phoebe, bei dem Ähnliches vermutet wird – hat man also möglicherweise bereits zwei Kuipergürtel-Objekte kennengelernt.


Um mehr über die neuentdeckte Außenzone des Sonnensystems zu erfahren, gibt es zwei Wege. Zum einen den der systematischen Durchmusterung möglichst vieler dieser Brocken. Auf diese Weise hat man mit dem europäischen Weltraumteleskop Herschel eine Zweiteilung entdeckt: Die hellen Objekte sind rötlich, während die dunkleren eher zu Grau tendieren. Dabei sind Letztere öfter auf dynamisch weniger stabilen Umlaufbahnen zu finden, was daran liegen könnte, dass sie ursprünglich weiter innen im Sonnensystem entstanden und dann nach außen gewandert sind. Der Grund dafür war vermutlich eine schwere Störung der Planetenbahnen vor 3,8 bis vier Milliarden Jahren, bei der auch Uranus und Neptun aus sonnennäheren Bezirken nach außen wanderten. Der zweite Weg zur Erforschung des Kuipergürtels besteht darin, sich einige seiner Mitglieder aus nächster Nähe anzusehen. Das ist die Aufgabe von „New Horizons“. Die Sonde mit dem Gewicht und der ungefähren Form eines Konzertflügels vermisst am Dienstag das am längsten bekannte Kuipergürtel-Objekt. Genauer gesagt, sie hat längst damit angefangen. Seit Mitte Juni übertreffen ihre Bilder vom Pluto selbst die Aufnahmen des Weltraumteleskops „Hubble“. Neben zwei Kameras hat die Sonde auch Detektoren zur Untersuchung von Plutos dünner Atmosphäre dabei. Was ihr indes fehlt, ist ein Magnetometer. „Es ist extrem unwahrscheinlich, dass Pluto ein eigenes Magnetfeld hat“, sagt Fran Bagenal von der University of Colorado und führendes Mitglied im New-Horizons-Team. Dazu bedürfe es eines strömenden elektrisch leitenden Mediums im Inneren, etwa einer Schicht salzigen Wassers, das durch die innere Wärme des Objekts flüssig gehalten wird. „Dazu sind Pluto und Charon wohl zu klein“, sagt Bagenal. „Das kleinste Objekt, bei dem man von einem solchen inneren Dynamo weiß, ist der Jupitermond Ganymed – und Pluto ist weniger als halb so groß.“

newhorizon © NASA / Illustrationen: Daniel Röttele, Grafikvorlage: „Sterne und Weltraum“, Juli 2015 Der Plan für den 14. Juli: Die Sonde wird den Pluto innerhalb der Bahn Charons passieren und anschließend durch die Schatten beider Himmelskörper fliegen, um ihre Atmosphären im Gegenlicht zu sehen.


Die wichtigsten Daten werden ohnehin die optischen sein. Wo sich Pluto der Sonde am Punkt ihrer größten Annäherung zuwenden wird, können noch Strukturen von 35 Meter Größe aufgelöst werden. Diese Daten dann zur Erde zu bringen ist ein Projekt für sich. Empfangen werden sie vom Deep Space Network der Nasa, mit Antennenschüsseln in Kalifornien, Spanien und Australien. „Das sind dreizehn Antennen“, erklärt Missionsmanagerin Alice Bowman. „Davon wird New Horizons während des Vorbeifluges am Pluto sieben nutzen. Ich glaube nicht, dass je eine Raumsonde jemals so viele Antennen gleichzeitig belegt hat.“ Dennoch sollte man sich in Geduld üben. Die Funksignale benötigen zur Erde 4,5 Stunden, und die Datenübertragungsrate liegt bei gerade einmal 1024 Bit pro Sekunde – weniger als bei einem alten Telefonmodem. Es wird daher Monate dauern, bis alle Daten zur Erde gefunkt sind.


Doch wenn einmal alle Daten geborgen sein werden, ist die Mission noch nicht zu Ende. Denn auf seinem Weg in den interstellaren Raum wird die Sonde Anfang 2019 noch an einem anderen, sehr viel kleineren Kuipergürtel-Objekt vorbeifliegen, im Abstand von ein paar tausend Kilometern. Ob es das 30 Kilometer große Trumm mit dem (vermutlich nur vorläufigen) Namen „P1“ sein wird oder das 50 Kilometer große „P3“, wird im August entschieden, wenn die Bahnen der beiden mit dem Hubble-Teleskop hinreichend genau bestimmt sind.


In vier Jahren also werden damit von (wenn man Phoebe und Triton mitzählt) fünf Angehörigen des Kuiper-Clubs Nahaufnahmen vorliegen. Vielleicht ergibt sich dabei ja doch etwas, das Pluto aus den anderen Objekten heraushebt. Zu einer Wiederaufnahme in den Kreis der Planeten wird es aber auch dann kaum kommen. Die Debatte um einen neunten Planeten könnte allerdings wieder aufflammen, wenn sich erhärtet, dass der Kuipergürtel jenseits von etwa 50 Astronomischen Einheiten plötzlich aufhört, wie es im Moment den Anschein hat. Tatsächlich kann niemand ausschließen, dass in der Leere dahinter noch ein bis zu erdgroßes Objekt kreist, das dann zwingend als Planet anzusprechen wäre. Pluto aber wird nie wieder der neunte Planet sein, er bleibt (nach Ceres) der zweite Zwergplanet. Fran Bagenal will nicht recht einleuchten, was daran schlimm sein soll. „Zwergwüchsige Menschen sind doch auch Menschen. Oder etwa nicht?“

Noch ein Ex-Planet

Die Metalle Uran, Neptunium und Plutonium sind nach Planeten benannt. Doch Cer und Palladium sind es ebenfalls, was daran erinnert, dass auch Ceres und Pallas nach ihrer Entdeckung 1801 beziehungsweise 1807 ein halbes Jahrhundert lang als Planeten galten. Dann hatte sich herausgestellt, dass die beiden zwischen Mars und Jupiter kreisenden Himmelskörper nur die größten in einem Schwarm Hunderttausender Objekte sind, dem sogenannten Asteroidengürtel. Doch nur Ceres ist groß genug, um Kugelgestalt anzunehmen. Benannt nach der römischen Agrargöttin, gilt sie daher seit der Reform des Planetenbegriffs 2006 als Zwergplanet und ist damit das einzige Objekt dieser Kategorie im inneren Sonnensystem. Im Moment steht auch Ceres unter Beobachtung. Seit März 2015 umkreist sie die amerikanische Sonde „Dawn“ und verwirrt die Forscher insbesondere durch eine Gruppe gleißend heller Flecken und einem fünf Kilometer hohen pyramiden-förmigen Berg. Für beides haben die Planetologen noch keine abschließende Erklärung.



F.A.Z.-Multimedia: Carsten Feig
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Quelle: F.A.Z.

Veröffentlicht: 13.07.2015 16:29 Uhr