Plutos Monde purzeln in chaotischem Tanz

Wenn Sie auf einem von Plutos kleinen Monden Nix oder Hydra lebten, würden Sie es schwer haben, Ihren Wecker zu stellen. Denn man konnte nicht genau wissen, wann oder in welche Richtung die Sonne aufgehen würde. Dieses überraschende Ergebnis isteiner von mehreren über Plutos Monde, die heute veröffentlicht wurden(4. Juni 2015) im JournalNatur, und es wird durch die obige Computeranimation veranschaulicht. In der Animation ändert Plutos Mond Nix seine Drehung unvorhersehbar, während er sich durch den Weltraum bewegt und dieDoppelweltPluto und sein größter Mond Charon. Die Ansicht ist von der Oberfläche von Pluto, während Nix das Pluto-Charon-System umkreist. Dies ist eine Zeitrafferansicht des Mondes, die vier Jahre Bewegung in zwei Minuten komprimiert, mit einer vollständigen Umlaufbahn von Pluto-Charon alle zwei Sekunden (im Gegensatz zur tatsächlichen Umlaufdauer von 24,9 Tagen).


Die Animation kommt nach einer umfassenden Analyse aller verfügbaren Daten des Hubble-Weltraumteleskops, die zeigen, dass zwei von Plutos Monden, Nix und Hydra, unvorhersehbar wackeln.

Wissenschaftler glauben, dass sich die anderen beiden kleinen Monde Kerberos und Styx wahrscheinlich in einer ähnlichen Situation befinden, bis weitere Untersuchungen anstehen.


Dieses Bild vom Hubble-Weltraumteleskop zeigt Pluto und seine fünf bekannten Monde. Das New Horizons-Team plant, die Monde während des Pluto-Vorbeiflugs im Juli zu untersuchen. L. Frattare / STScI / NASA / ESA

Dieses Bild des Hubble-Weltraumteleskops zeigt Pluto und seine fünf bekannten Monde. Die Raumsonde New Horizons wird die Monde von Pluto während ihres Vorbeiflugs im Juli 2015 untersuchen. Bild über L. Frattare / STScI / NASA / ESA.

John Grunsfeld ist stellvertretender Administrator des Science Mission Directorate der NASA in Washington, D.C. Er sagte:

Hubble bietet einen neuen Blick auf Pluto und seine Monde und enthüllt einen kosmischen Tanz mit einem chaotischen Rhythmus. Wenn die Raumsonde New Horizons im Juli durch das Pluto-System fliegt, haben wir die Möglichkeit, diese Monde aus nächster Nähe zu sehen.

Warum das Chaos? Wissenschaftler sagen, es liegt daran, dass die Monde in einem eingebettet sindsich dynamisch verschiebendes Gravitationsfeldverursacht durch die beiden zentralen Körper des Systems, Pluto und Charon, die umeinander wirbeln. Das variable Gravitationsfeld induziert Drehmomente, die die kleineren Monde auf unvorhersehbare Weise zum Taumeln bringen. Dieses Drehmoment wird durch die Tatsache verstärkt, dass die Monde eher fußballförmig als kugelförmig sind.




Mark Showalter vom SETI Institute in Mountain View, Kalifornien, und Doug Hamilton von der University of Maryland im College Park führten die Studie durch. Showalter sagte:

Vor den Hubble-Beobachtungen wusste niemand die komplizierte Dynamik des Pluto-Systems zu schätzen. Unser Bericht enthält wichtige neue Einschränkungen für die Abfolge von Ereignissen, die zur Bildung des Systems geführt haben.

Hubbles Überwachung der vier äußeren Monde von Pluto hat auch ergeben, dass drei von ihnen, Nix, Styx und Hydra, derzeit in Resonanz miteinander verbunden sind, wo ein genaues Verhältnis zwischen ihren Umlaufzeiten besteht. Hamilton sagte:

Dies verbindet ihre Bewegung auf ähnliche Weise wie die von drei großen Jupitermonden. Wenn Sie auf Nix sitzen würden, würden Sie sehen, dass Styx Pluto zweimal für jeweils drei von Hydra gemachte Umlaufbahnen umkreist.


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Hubble liefert Beobachtungsbeweise dafür, dass die Satelliten auch chaotisch umkreisen. Showalter sagte:

Das bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass das System kurz vor dem Auseinanderfliegen steht. Wir müssen noch viel mehr über das System wissen, bevor wir sein langfristiges Schicksal bestimmen können.

In dem, was Showalter als „provozierendes Ergebnis“ bezeichnete, zeigten die Hubble-Daten auch, dass der Mond Kerberos so dunkel wie ein Holzkohlebrikett ist, während die anderen Pluto-Satelliten so hell wie weißer Sand sind.


Die NASA-Sonde New Horizons, die im Juli 2015 am Pluto-Charon-System vorbeifliegen wird, könnte helfen, die Frage zu klären, warum ein Mond asphalt-schwarzer Mond ist, sowie die anderen von Hubble aufgedeckten Merkwürdigkeiten. Diese neuen Entdeckungen werden in der wissenschaftlichen Planung für die Beobachtungen von New Horizons verwendet.

Das Chaos im Pluto-Charon-System bietet Einblicke in das Verhalten von Planeten, die einen Doppelstern umkreisen. Hamilton sagte:

Wir lernen, dass Chaos ein gemeinsames Merkmal binärer Systeme sein kann. Es könnte sogar Konsequenzen für das Leben auf Planeten in solchen Systemen haben.

Das Weltraumobservatorium Kepler der NASA hat mehrere Planetensysteme entdeckt, die Doppelsterne umkreisen.

Hinweise auf das Pluto-Chaos kamen zum ersten Mal, als Astronomen Variationen des von den beiden Monden Nix und Hydra reflektierten Lichts maßen. Ihre Helligkeit veränderte sich unvorhersehbar. Showalter sagte:

Die Daten waren verwirrend; sie machten überhaupt keinen Sinn. Wir hatten eine Ahnung, dass etwas faul war.

Sein Team analysierte Hubble-Bilder von Pluto, die zwischen 2005 und 2012 aufgenommen wurden. Sie verglichen die unvorhersehbaren Veränderungen des Reflexionsvermögens der Monde mit dynamischen Modellen von rotierenden Körpern in komplexen Gravitationsfeldern.

Praktisch alle großen Monde sowie kleine Monde in nahen Umlaufbahnen halten eine Hemisphäre ihrem Mutterplaneten zugewandt. Das bedeutet, dass die Rotation des Satelliten perfekt an die Umlaufzeit angepasst ist. Dies ist kein Zufall, sondern die Folge vonGravitationswellen zwischen Mond und Planet. (Hyperion, das Saturn umkreist, ist das einzige andere Beispiel für chaotische Rotation im Sonnensystem; es ist auf die kombinierten Gravitationsschleppen des Planeten und seines größten Mondes Titan zurückzuführen).

Es wird angenommen, dass Plutos Monde durch eine Kollision zwischen Pluto und einem anderen ähnlich großen Körper zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems entstanden sind. Das Zertrümmern könnte Material geschleudert haben, das zu der Familie der Satelliten verschmolzen ist, die heute um Pluto herum beobachtet werden.

Plutos großer binärer Begleiter Charon wurde 1978 entdeckt. Das Objekt ist fast halb so groß wie Pluto. Hubble entdeckte Nix und Hydra im Jahr 2005, Kerberos im Jahr 2011 und Styx im Jahr 2012. Diese kleinen Monde mit einem Durchmesser von nur zehn Kilometern wurden im Rahmen einer Hubble-Suche nach potenziellen Gefahren für das Vorbeiflug der Raumsonde New Horizons gefunden.

Pluto und Charon heißen aDoppelweltweil sie einen gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen, der sich im Raum zwischen den Körpern befindet. Manche betrachten das Erde-Mond-System auch als Doppelplanet, obwohl der Schwerpunkt im Erde-Mond-System unter der Erdoberfläche liegt. Unser Mond hat 1/80 der Erdmasse. Charon hat nur 1/8 von Plutos Masse.

Forscher sagen, dass eine Kombination aus Überwachungsdaten von Hubble, der kurzen Nahaufnahme von New Horizons und schließlich Beobachtungen mit dem James Webb-Weltraumteleskop dazu beitragen wird, viele Geheimnisse des Pluto-Charon-Systems zu lösen. Noch keine bodengestützten Teleskope konnten die kleinsten Monde erkennen. Showalter sagte:

Pluto wird uns weiterhin überraschen, wenn New Horizons im Juli daran vorbeifliegt. Unsere Arbeit mit dem Hubble-Teleskop gibt uns nur einen Vorgeschmack auf das, was auf uns zukommt.

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Diese Abbildung zeigt den Maßstab und die vergleichbare Helligkeit der Kleinsatelliten von Pluto. Die Oberflächenkrater dienen nur der Veranschaulichung und stellen keine echten Bilddaten dar. Bildnachweis: NASA/ESA/A. Feld (STScI)

Diese Abbildung zeigt den Maßstab und die vergleichbare Helligkeit der Kleinsatelliten von Pluto. Die Oberflächenkrater dienen nur der Veranschaulichung und stellen keine echten Bilddaten dar. Bildnachweis: NASA/ESA/A. Feld (STScI)

Fazit: Plutos kleine Monde Nix und Hydra befinden sich in einem chaotischen Taumel, während sie Pluto und seinen großen Mond Charon umkreisen.