Quelle: Universität Bern 15. April 2024.

15. April 2024 – Das Forschungsteam ist das erste, dem es gelungen ist, die ungewöhnliche Form mit numerischen Simulationen zu reproduzieren und sie auf einen riesigen und langsamen Einschlag aus einem schrägem Winkel zurückzuführen.

Seit die Kameras der NASA-Mission New Horizons im Jahr 2015 eine grosse herzförmige Struktur auf der Oberfläche des Zwergplaneten Pluto entdeckt haben, gibt dieses «Herz» Astrophysikerinnen und Astrophysikern aufgrund seiner einzigartigen Form, seiner geologischen Zusammensetzung und seiner Höhe Rätsel auf. Ein Team von Forschenden der Universität Bern, darunter mehrere Mitglieder des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS, und der University of Arizona in Tucson, hat mit numerischen Simulationen die Entstehung von Sputnik Planitia, dem westlichen, tropfenförmigen Teil von Plutos «Herz»-Oberfläche, untersucht. Ihren Untersuchungen zufolge wurde Plutos frühe Geschichte durch ein drastisches, plötzliches Ereignis geprägt, aus dem Sputnik Planitia hervorging: eine Kollision mit einem planetarischen Körper mit einem Durchmesser von etwa 700 Kilometern, was von Ost nach West ungefähr zweimal der Grösse der Schweiz entspricht. Die Ergebnisse des Teams, die soeben in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, deuten auch darauf hin, dass die innere Struktur von Pluto anders ist als bisher angenommen, was darauf hindeutet, dass es keinen unterirdischen Ozean gibt.

Ein geteiltes Herz
Das «Herz», auch bekannt als Tombaugh Regio, erregte sofort nach seiner Entdeckung die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit. Es weckte aber auch sofort das Interesse von Forschenden, weil es mit einem Material mit hohem Rückstrahlvermögen bedeckt ist, das mehr Licht reflektiert als seine Umgebung, wodurch seine weissere Farbe entsteht. Das «Herz» besteht jedoch nicht aus einem einzelnen Element. Der westliche Teil wird Sputnik Planitia genannt und umfasst eine Fläche von 1.200 mal 2.000 Kilometer, was einem Viertel der Fläche Europas oder der Vereinigten Staaten entspricht. Auffallend ist jedoch, dass diese Region drei bis vier Kilometer tiefer liegt als der grösste Teil der Oberfläche des Plutos. «Das helle Erscheinungsbild von Sputnik Planitia ist darauf zurückzuführen, dass es überwiegend mit weissem Stickstoff-Eis gefüllt ist. Das Eis bewegt sich, und es findet ein Strömungstransport statt, so dass die Oberfläche ständig geglättet wird. Dieser Stickstoff hat sich höchstwahrscheinlich nach dem Einschlag aufgrund der geringeren Höhe schnell angesammelt», erklärt Dr. Harry Ballantyne von der Universität Bern, Hauptautor der Studie. Der östliche Teil des «Herzens» ist ebenfalls von einer ähnlichen, aber viel dünneren Schicht aus Stickstoffeis bedeckt, deren Ursprung den Forschenden noch unklar ist, die aber wahrscheinlich mit Sputnik Planitia zusammenhängt.

Ein schräger Einschlag
«Die längliche Form von Sputnik Planitia deutet stark darauf hin, dass es sich nicht um einen direkten Frontalaufprall, sondern um einen Schrägaufprall handelte», betont Dr. Martin Jutzi von der Universität Bern, der die Studie initiiert hat. Deshalb hat das Team, wie mehrere andere auf der ganzen Welt, die Berner SPH-Simulationssoftware (Smoothed Particle Hydrodynamics) verwendet, um solche Einschläge digital nachzubilden und dabei sowohl die Zusammensetzung von Pluto und des Einschlagkörpers als auch dessen Geschwindigkeit und seinen Einschlagswinkel zu variieren. Diese Simulationen bestätigten die Vermutungen über den schrägen Einschlagswinkel und bestimmten die Zusammensetzung des Einschlagkörpers.

«Plutos Kern ist so kalt, dass das Gestein sehr hart blieb und trotz der Hitze des Einschlags nicht schmolz. Und dank des schrägen Einschlagwinkels und der geringen Geschwindigkeit sank der Kern des Einschlagkörpers nicht in Plutos Kern ein, sondern blieb auf ihm liegen», erklärt Harry Ballantyne. «Irgendwo unter Sputnik befindet sich der Restkern eines anderen massiven Körpers, den Pluto nie ganz verdaut hat», ergänzt Mitautor Erik Asphaug von der University of Arizona. Diese Härte des Kerns von Pluto und die relativ niedrige Geschwindigkeit des Einschlagkörpers waren der Schlüssel zum Erfolg der Simulationen: Eine geringere Stärke würde zu einer sehr symmetrischen Oberflächenstruktur führen, die nicht wie die von New Horizons beobachtete Tropfenform aussieht. «Wir sind daran gewöhnt, uns Planetenkollisionen als unglaublich intensive Ereignisse vorzustellen, bei denen man die Details ignorieren kann, mit Ausnahme von Dingen wie Energie, Impuls und Dichte. Aber im fernen Sonnensystem sind die Geschwindigkeiten so viel langsamer und das feste Eis so stark, dass man bei seinen Berechnungen viel genauer sein muss. Da fängt der Spass an», sagt Erik Asphaug. Die beiden Teams arbeiten seit langem zusammen und erforschen bereits seit 2011 die Idee planetarer «Splats», um zum Beispiel Merkmale auf der Rückseite des Mondes zu erklären. Nach unserem Mond und Pluto plant das Team der Universität Bern, ähnliche Szenarien für andere Körper des äusseren Sonnensystems zu erforschen, wie zum Beispiel für den Zwergplaneten Haumea.

Kein unterirdischer Ozean auf Pluto
Die aktuelle Studie wirft auch ein neues Licht auf Plutos innere Struktur. Tatsächlich ist es sehr viel wahrscheinlicher, dass ein riesiger Einschlag wie der simulierte sehr früh in Plutos Geschichte stattgefunden hat. Dies wirft jedoch ein Problem auf: Es ist anzunehmen, dass sich eine riesige Vertiefung wie Sputnik Planitia im Laufe der Zeit aufgrund der physikalischen Gesetze langsam in Richtung des Pols des Zwergplaneten bewegen würde, da sie ein Massendefizit aufweist. Doch sie befindet sich in der Nähe des Äquators. Die bisherige Theorie besagt, dass Pluto, wie mehrere andere Planeten im äusseren Sonnensystem, einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser besitzt. Gemäss dieser Theorie wäre die Eiskruste des Pluto in der Region Sputnik Planitia dünner, so dass sich der Ozean dort ausbeult, und da flüssiges Wasser dichter ist als Eis, entstünde ein Massenüberschuss, der eine Wanderung von Sputnik Planitia in Richtung Äquator bewirken würde.

Die neue Studie bietet jedoch eine alternative Perspektive. «In unseren Simulationen wird der gesamte ursprüngliche Mantel des Pluto durch den Einschlag ausgehöhlt, und wenn das Kernmaterial des Einschlagkörpers auf dem Kern des Pluto angelagert wird, entsteht ein lokaler Massenüberschuss, der die Wanderung in Richtung Äquator ohne einen unterirdischen Ozean, oder höchstens einen sehr dünnen, erklären kann», sagt Martin Jutzi. Dr. Adeene Denton von der University of Arizona, ebenfalls Mitautorin der Studie, führt derzeit ein neues Forschungsprojekt durch, um die Geschwindigkeit dieser Wanderung zu bestimmen. «Dieser neuartige und kreative Ansatz, den Ursprung von Plutos herzförmiger Struktur zu erklären, könnte zu einem besseren Verständnis von Plutos Ursprung führen», bemerkt sie abschliessend.

Publikation:
Sputnik Planitia as an impactor remnant indicative of an ancient rocky mascon in an oceanless Pluto by H. Ballantyne et al. is published in Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-024-02248-1
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02248-1
pdf: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02248-1.pdf

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• Plutoid Pluto

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Pluto ist eine beliebte Welt. Spätestens seit am 14. Juli 2015 die NASA-Raumsonde New Horizons an dem Zwergplaneten vorbeigerauscht war, flogen ihm die Herzen vieler Menschen zu. Es zeigte sich auch, dass auf seiner Oberfläche selbst ein Herz sitzt, wenn auch ein sehr kaltes. Denn die mittlere Temperatur auf Plutos Oberfläche mit seinem gewaltigen herzförmigen Gletscher aus Stickstoffeis liegt bei gerade einmal minus 229 °C.

Karl taucht in dieser Folge des Podcasts in die Geologie des Plutos ein. Schon lange vor dem Vorbeiflug von New Horizons gab es einige Kenntnisse über die ferne Welt. Doch erst die Daten der Sonde zeigten, wie dynamisch sich der Zwergplanet im Laufe eines 248 Erdjahre langen Sonnenumlaufs verändert. Gleich vier Eissorten spielen dabei eine wesentliche Rolle: Sie gleiten als Gletscher über die Oberfläche, sublimieren in eine dünne Atmsphäre, bilden steile Berghänge oder brechen aus Kryovulkanen als eisige Lava empor.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Das transneptunische Objekt Arrokoth, auch genannt Ultima Thule, an dem die NASA-Raumsonde New Horizons am Neujahrstag 2019 vorbeiflog, könnte seine Form in den ersten 100 Millionen Jahren seit seiner Entstehung stark verändert haben. In der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Astronomy schlagen Forschende unter Leitung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen vor, dass Arrokoths aktuelle Gestalt, die an einen zerquetschten Schneemann erinnert, erst nach und nach durch das Verdunsten leichtflüchtiger Gase entstanden ist. Die Rechnungen könnten helfen zu verstehen, was der aktuelle Zustand von Körpern vom äußeren Rand des Sonnensystems über ihre ursprünglichen Eigenschaften aussagt.

Die vielen Millionen Brocken, die den Kuipergürtel jenseits der Umlaufbahn des Neptuns bevölkern, haben bisher noch nicht viele ihrer Geheimnisse preisgegeben. In den 1980er-Jahren durchquerten zwar die Raumsonden Pioneer 1 und 2 sowie Voyager 1 und 2 diese Region – allerdings ohne Kameras an Bord. Erst die NASA-Raumsonde New Horizons sendete Bilder vom äußersten Rand des Sonnensystems zur Erde: im Sommer 2015 vom Zwergplaneten Pluto und dreieinhalb Jahre später vom etwa 30 Kilometer großen transneptunischen Objekt Arrokoth. Noch nicht offiziell benannt, trug der Körper damals den Spitznamen Ultima Thule in Anlehnung an den gleichnamigen nördlichsten Landpunkt der Erde. Schließlich ist der transneptunische Brocken der am weitesten von der Sonne entfernte Körper, der je von einer Raumsonde besucht und abgelichtet wurde.

Besonderes Aufsehen erregte in den Tagen nach dem Vorbeiflug die sonderbare Gestalt von Arrokoth. Der Körper besteht aus zwei miteinander verbundenen Teilen – wahrscheinlich als Ergebnis eines langsamen Zusammenstoßes –, von denen der kleinere leicht, der größere stark abgeflacht ist. So entsteht der Eindruck eines zerquetschten Schneemanns. In ihrer aktuellen Veröffentlichung gehen die Forscherinnen und Forscher aus China, Deutschland und den USA der Frage nach, wie es zu dieser Form kommen konnte. Eine auffällige Zweiteilung ist zwar auch von einigen Kometen bekannt. Für die pfannkuchenartige Abflachung von Arrokoth hingegen gibt es bisher kein weiteres Beispiel. Sah Arrokoth bereits von Anfang an so aus? Oder hat sich seine Form erst nach und nach entwickelt?

„Wir stellen uns den Kuipergürtel gerne als Region vor, in der die Zeit seit der Geburt des Sonnensystems weitestgehend stillgestanden hat“, sagt Ladislav Rezac vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, einer der beiden Erstautoren der aktuellen Veröffentlichung. Mehr als vier Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt, haben die Bewohner des Kuipergürtels seitdem sozusagen tiefgekühlt und unverändert überdauert, so die gängige Auffassung. Die Aufnahmen von Arrokoth stellen diese Vorstellung auf eine harte Probe – sowohl wegen seiner offenbar glatten Oberfläche ohne Hinweise auf viele Einschlagskrater, als auch wegen seiner sonderbar flachen Form. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass das Sonnensystem vor 4,6 Milliarden Jahren aus einer Scheibe aus Staub entstand: Die Teilchen ballten sich zu immer größeren Klumpen zusammen; diese stießen zusammen und verschmolzen zu noch größeren Körpern. „Es gibt bisher keine Erklärung, wie aus diesem Prozess ein solch flacher Körper wie Arrokoth hervorgehen könnte“, so Rezac.

Eine andere Möglichkeit wäre, dass Arrokoth in seiner Geburtsstunde eine gewöhnlichere Gestalt hatte: ein zusammengesetztes Gebilde aus einem kugelförmigen und einem leicht abgeflachten Körper. Frühere Studien deuten darauf hin, dass in der Region, in der sich Arrrokoth befindet, während der Entstehung des Sonnensystems flüchtige Stoffe wie Kohlenmonoxid und Methan auf Staubkörnern gefroren und diese dann größere Brocken bildeten. Nach der Entstehung Arrokoths, als sich der Staub gelichtet hatte, ermöglichte die Sonneneinstrahlung höhere Temperaturen; die gefrorenen, flüchtigen Stoffe sublimierten rasch von den entstandenen Brocken.

„Damit ein Körper seine Form so extrem verändern kann wie Arrokoth, muss seine Rotationsachse in einer besonderen Weise ausgerichtet sein“, sagt Rezac. Im Gegensatz zur Rotationsachse der Erde liegt die von Arrokoth fast parallel zur Bahnebene. Während des 298 Jahre dauernden Umlaufs ist so jeweils eine Polarregion des Körpers fast die Hälfte der Zeit ununterbrochen der Sonne zugewandt, während die andere der Sonne abgewandt ist. Die Regionen am Äquator und in den unteren Breitengraden hingegen sind das ganze Jahr über von tageszeitlichen Schwankungen geprägt.

„Dadurch heizen sich die Pole am stärksten auf, sodass gefrorene Gase von dort am effizientesten entweichen. Das führt zu einem starken Massenverlust“, sagt Yuhui Zhao vom Purple Mountain Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Der Abflachungsprozess begann höchstwahrscheinlich schon früh in Arrokoths Evolutionsgeschichte und verlief vergleichsweise rasch auf einer Zeitskala von etwa einer bis 100 Millionen Jahren. Danach dürfte sich der Vorrat an sehr leichtflüchtigen Stoffen in den oberflächennahen Schichten erschöpft haben. Darüber hinaus wiesen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach, dass die in dieser Phase induzierten Drehmomente die Rotationseigenschaften von Arrokoth nicht wesentlich verändert haben dürften.

Wie viele weitere „abgeflachte Schneemänner“ sich im Kuipergürtel befinden, ist unklar. „Das hängt in erster Linie davon ab, ob die Rotationsachse eines Körpers ähnlich geneigt ist wie die von Arrokoth, und von der Menge leichtflüchtiger Stoffe in der Nähe der Oberfläche“, so Ladislav Rezac. Es ist anzunehmen, dass selbst Objekte wie Arrokoth beträchtliche Mengen an superflüchtigen Stoffen enthielten. Beispielsweise enthält Pluto aufgrund seiner Größe und stärkeren Schwerkraft auch heute noch Kohlenmonoxid, Stickstoff und Methan. Bei kleineren Körpern wären diese flüchtigen Stoffe längst ins All entwichen.

Originalveröffentlichung
Y. Zhao, L. Rezac et al.:
Sublimation as an effective mechanism for flattened lobes of (486958) Arrokoth,
Nature Astronomy, 5. Oktober 2020

Video
Entwicklung von Arrokoth
Diese numerische Simulation zeigt, wie sich Arrokoth durch sublimationsbedingten Massenverlust verändert haben könnte. Die Farbe repräsentiert die Temperatur, die verschiedene Teile des Körpers erfahren, gemittelt über einen Umlauf um die Sonne. Rot steht für warme und blau für kühlere Temperaturen. (Quelle: PMO/MPS)

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• New Horizons Mission

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Quelle: DLR.

Vor fünf Jahren flog am 14. Juli 2015 die kleine US-Raumsonde New Horizons durch das entfernte Pluto-Charon-System. Während der Passage führte sie einzigartige wissenschaftliche Messungen durch und sandte aufsehenerregende Bilder zur Erde, die eine bewegte Vergangenheit und unerwartet dynamische Entwicklung des sonnenfernen Binärkörpersystems enthüllten. Ein Anlass, zum fünften Jahrestag des Plutovorbeiflugs eine Rückschau auf diese einzigartige raumfahrttechnische Meisterleistung und die wissenschaftlichen Erkenntnisse einer herausragenden Mission zur Erforschung von eisigen Himmelskörpern am äußeren Rand des Sonnensystems zu halten. Beim Radioexperiment REX auf New Horizons sind deutsche Planetenwissenschaftler beteiligt.

Als am 18. Februar 1930 der amerikanische Junior Astronom Clyde Tombaugh (1906-1997) am Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona, ein lang gesuchtes Objekt, den suspekten Planeten X, jenseits des Neptun fand, hatte er die Entdeckung seines Lebens gemacht. Dieser neue, der neunte ‚Planet‘ und mit einem Durchmesser von knapp 2.400 Kilometern relativ kleine Himmelskörper, der bald darauf den Namen Pluto bekam, war jetzt gewissermaßen der planetare Außenposten unseres Sonnensystems – eine Rolle, die seit 1846 bisher Neptun innehatte. Und dies blieb Pluto bis zum Jahre 1992, als man auf dem hawaiianischen Mauna-Kea-Observatorium mit (15760) Albion ein noch weiter als Pluto entferntes transneptunisches Objekt (TNO) aufspürte, einen kleinen unregelmäßig geformten Körper mit nur 100 bis 150 Kilometer Durchmesser. In rascher Folge entdeckte man weitere TNOs, deren Zahl bis heute auf mehr als tausend angewachsen ist und die für Planetenforscher aufschlussreiche naturgeschichtliche Archive darstellen, aber auch zahlreiche neue Fragen zur Entstehungsgeschichte und Entwicklung des Sonnensystems aufwerfen.

Der lange Weg der NASA-Mission New Horizons vor dem Start und bis ans Ziel
Seit Plutos Entdeckung dauerte es rund ein halbes Jahrhundert, bis die NASA ins Auge fasste, den (Zwerg-)Planeten am Rande des Sonnensystems mit einer kleinen Raumsonde anzufliegen und zu erkunden. Dafür mit ausschlaggebend war gewiss auch die Entdeckung des Plutomondes Charon, der dem amerikanischen Astronomen James W. Christy am US Naval Observatory im Juni 1978 auf hochauflösenden Fotografien als eine Ausbuchtung des Plutoscheibchens auffiel und die periodisch in 6,4 Tagen um das Bildzentrum wanderte. Charon ist mit einem Durchmesser von 1.212 Kilometern und einem Achtel der Masse Plutos ein vergleichsweise großer und massereicher Trabant seines ‚Planeten‘, weshalb häufig vom Doppelkörpersystem Pluto-Charon gesprochen wird.

Doch erst im Dezember 2000 hatte sich ein Missionsvorschlag soweit konsolidiert, dass nicht nur in den Köpfen, sondern auch ‚mechanisch‘ eine Sonde fertig gebaut wurde: New Horizons – ein Name, der dem Leiter der Mission, Alan Stern, während einer Gebirgswanderung einfiel, als er seinen Blick von einem Berg zum Horizont schweifen ließ. Nach gut weiteren fünf Jahren war es dann soweit: New Horizons wurde am 19. Januar 2006 von Cape Canaveral aus zum Pluto gestartet. Im Juli 2015 erreichte die Sonde schließlich ihr Ziel; ein Start, knapp einen Monat später, hätte die Ankunft der Sonde um fünf Jahre (!) verzögert.

Masse, Beschleunigung, Astronomie: ein Wettlauf gegen die Zeit
Die unzähligen Schritte der Überzeugungsarbeit und vielfältigen Entscheidungen, bis eine Mission an der Spitze einer Trägerrakete auf dem Startplatz steht und der Countdown gezählt wird, sind meist schwieriger zu meistern, als die Planung und technische Umsetzung der wissenschaftlichen Experimente. Am Ende war es ein astronomischer Aspekt, der New Horizons schon am Boden ‚beschleunigte‘: Pluto hat eine stark exzentrische Sonnenumlaufbahn, deren sonnennächster Punkt bei 4,5 Milliarden Kilometern Entfernung liegt. Diesen hatte der Himmelskörper 1989 durchlaufen und sich seither wieder vom Zentralgestirn entfernt. Ihr sonnenfernster Punkt befindet sich nämlich in einer Distanz von 7,4 Milliarden Kilometern, und für einen Sonnenumlauf benötigt Pluto 248 Jahre. Eine weitere Verzögerung hätte also eine immer längere Reisezeit zu Pluto bedeutet, aber auch wissenschaftliche Einbußen mit sich gebracht. Denn mit zunehmender Entfernung zur Sonne wäre die hauchdünne Atmosphäre Plutos kondensiert und als Eis auf die Oberfläche gerieselt, hätte also nicht mehr untersucht werden können.

Um Pluto überhaupt erreichen zu können, durfte die Sonde nur sehr wenig Masse haben. Inklusive Treibstoff waren es keine 500 Kilogramm. Darüber hinaus wurde die Atlas-Trägerrakete mit einer zusätzlichen Schubstufe versehen, die New Horizons auf eine Fluchtgeschwindigkeit von 16,21 Kilometern pro Sekunde (58.356 km/h) beschleunigte, der höchsten Geschwindigkeit, mit der eine Raumsonde je die Erde verlassen hatte. Nach der neuneinhalb Jahre langen Reise, mit einem Swingby-Manöver am Riesenplaneten Jupiter zur weiteren Beschleunigung der Sonde, flog New Horizons dann vor fünf Jahren am 14. Juli 2015 um 13.50 Uhr MESZ, etwa 4,8 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt, in einer Distanz von weniger als einem Erddurchmesser über Plutos Oberfläche hinweg und an seinen Monden vorbei.

Das Kamel schießt durchs Nadelöhr: Durch die Bahnebene der Plutomonde
New Horizons musste fast senkrecht durch die Ebene fliegen, in der die Monde Charon, Nix, Hydra, Kerberos und Styx Pluto umkreisen. Bei der Planung war dies ein Aspekt großer Unsicherheit: Denn es hätten sich weitere, noch unentdeckte Monde oder Eis- und Gesteinsringe in dieser Ebene befinden können, die teleskopisch nicht entdeckt und zur Gefahr werden konnten. Beobachtungen wenige Tage vor dem Flyby sorgten für Erleichterung: Die Aufnahmen zeigten keine neuen Hindernisse. Für den Vorbeiflug war in jahrelanger Programmierarbeit jede Beobachtung und Messung auf die Sekunde festgelegt: Binnen weniger Stunden kamen sieben wissenschaftliche Bordexperimente zum Einsatz. Neben drei optischen Geräten, dem UV-Spektrometer ‚Alice‘ sowie den hochauflösenden Kamerasystemen LORRI und ‚Ralph‘, nahmen die beiden Plasma-Instrumente PEPSSI und SWAP, der Staubdetektor ‚Venetia‘ und das Radioexperiment REX eingehende Messungen an dieser fernen, eiskalten Welt vor. REX ist das einzige Instrument auf New Horizons, an dem mit den deutschen Planetenforschern des Rheinischen Instituts für Umweltforschung an der Universität zu Köln deutsche Wissenschaftler beteiligt sind (siehe Kasten). Finanziell gefördert wurde ihre Beteiligung vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

Ein Herz aus Eis, schlammiger Bodenbelag, Kristalleisgebirge und ein Putzmittel
Pluto und sein Mondsystem entpuppten sich vor den Augen der Bordkameras als eine bizarre Welt mit einer bewegten Vergangenheit und vielleicht sogar dynamischen Gegenwart – ein Resultat, mit dem in diesem Ausmaß kein Wissenschaftler zuvor gerechnet hatte und welches ihren Puls buchstäblich beschleunigte: Unter Planetenforschern legendär ist Alan Sterns Ausbruch an Begeisterung, als er die ersten Nahaufnahmen auf dem Bildschirm zu sehen bekam. Jahrzehntelang hatten die Forscher darauf gewartet. Bekannt war von Pluto und Charon bis dato nicht viel, zu klein ist diese ferne Welt selbst für das Hubble-Weltraumteleskop, das nur schemenhaft Helligkeitsunterschiede auf zwei winzigen Lichtscheibchen erkennen ließ. Im Schnitt kommen dort nur fünf Zehntausendstel des Sonnenlichts an, das auf die Erde fällt, die Tagestemperatur beträgt minus 234 Grad Celsius.

Bei diesen Temperaturen frieren die meisten Gase aus. Pluto ist daher von einem Gemisch aus Wasser-, Stickstoff-, Methan-, Kohlenmonoxid-, Kohlendoxid- und Ammoniakeis bedeckt und gegenwärtig, noch in ‚Sonnennähe‘, von einer hauchdünnen Atmosphäre umgeben. Diese besteht aus Stickstoff (mit etwas Kohlenmonoxid und Methan); sie ist – das zeigten die neuen, gegen den Horizont aufgenommenen Bilder – geschichtet und reicht bis in eine Höhe von 1.600 Kilometern. Die mittlere Dichte von Pluto beträgt 1.860 Kilogramm pro Kubikmeter: Daraus lässt sich ableiten, dass Pluto zu mehr als zwei Dritteln aus Gestein und zu 30 Prozent aus Eis verschiedener Zusammensetzung besteht. Das bedeutet, dass die Gesteinsmasse groß genug ist, um nach der Entstehung des Zwergplaneten durch den Zerfall radioaktiver Elemente im Inneren ausreichend Wärme zu erzeugen, so dass sich im Zentrum ein Gesteinskern bilden konnte, der von einer mächtigen Eisschicht umgeben ist. Mehr noch, es könnte genügend Energie vorhanden sein, um auch heute noch dynamische Prozesse in der Eisschicht antreiben zu können.

Tatsächlich blickten die Wissenschaftler zum einen zwar auf eine dunkle Oberfläche, die voller Einschlagskrater war und vermutlich schon vor vier Milliarden Jahren erstarrte; aber auch auf riesige helle kraterfreie Flächen aus blankem Eis, die seit weniger als 100 Millionen Jahren existieren oder teils sogar erst vor kurzer Zeit entstanden sind. Zahlreiche Polygone, die ein wabenartiges Muster in die Eisebene Sputnik Planum zeichnen, werden als erstarrte Konvektionszellen interpretiert, in denen flüssiges oder plastisches Material an die Oberfläche gelangte und ausfror. Und als ob die Natur wüsste, wie eine Landschaft medienwirksam auszusehen hat, gestaltete sie diese über eintausend Kilometer große Eisfläche mit den Umrissen eines Herzens, der man nach dem Entdecker Plutos den Namen Tombaugh Regio gab.

Eine weitere Überraschung war die Entdeckung gewaltiger hochgebirgsartiger Landschaften mit den Norgay und Hillary Montes, Bergen von bis zu 3.500 Metern Höhe, die jedoch nicht aus Stein und Fels bestehen, sondern aus einer Tieftemperatur-Modifikation von Wassereis extremer Härte, die verhindert, dass diese Eisriesen an der Basis durch das Eigengewicht in sich zusammenschmelzen. Das dunkle, rötlich-braune Material im Norden Plutos, das sich auch auf Charon findet, besteht vermutlich aus einer komplexen Mischung organischer Moleküle wie Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff, die sich in der Atmosphäre von Gasplaneten, Monden oder Kometen unter der Einwirkung ultravioletter Strahlung und den Partikeln des Sonnenwindes aus dem Oberflächenmaterial bilden. Sie werden „Tholine“ (griechisch für „schlammig“) genannt. Auf Charon identifizierten die Wissenschaftler außerdem Wassereiskristalle, die auch Spuren von Ammoniumhydroxid (NH4OH) enthalten – im Haushalt als Putzmittel unter dem Begriff Salmiakgeist bekannt.

Der zweite Streich: Vorbeiflug am 30 Kilometer großen Arrokoth an Neujahr 2019
Nach dem perfekten und wissenschaftlich so ergiebigen Vorbeiflug am Pluto setzte New Horizons seinen Flug durch den Kuipergürtel fort. Diese die acht Planetenbahnen umgebende schlauchförmige Region, gelegentlich auch als Kuiper-Edgeworth-Gürtel bezeichnet, ist die kosmische Heimat eisiger, teils extrem primitiver Körper von wenigen Kilometern Größe bis hin zu mehreren tausend Kilometern Durchmesser. Zwergplaneten wie Pluto, Eris, Makemake und Haumea zählen als bekannte Objekte dazu. Der Kuipergürtel schließt unmittelbar an den äußeren Planeten Neptun an und erstreckt sich ungefähr bis in eine Sonnenentfernung von 18 Milliarden Kilometern. Er ist zugleich das Reservoir für die meisten kurzperiodischen Kometen. Alle Objekte des Kuipergürtels zusammengenommen machen nur einen Bruchteil der Masse der Erde aus.

Bereits vor der Ankunft am Pluto hatte man mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops ein weiteres transneptunisches Objekt erspäht, das für einen relativ nahen Vorbeiflug nach New Horizons Rendezvous mit Pluto geeignet erschien. Anfangs erhielt das neue Objekt die Kennzeichnung 1110113Y und im Mai 2015, nachdem seine Bahn hinreichend genau bestimmt worden war, die offizielle Bezeichnung 2014 MU69. Im März 2018 wählte das New-Horizons-Team aus eingereichten Vorschlägen „Ultima Thule“ als vorläufigen Namen aus, angelehnt an den nördlichsten Landpunkt der Erde an der Nordspitze Grönlands, ein Ort, um den sich seit der Antike ähnlich viele Geschichten rankten wie um Atlantis. Inzwischen wurde er in „Arrokoth“ umbenannt, was in der Sprache der Algonkin „Himmel“ bedeutet. Arrokoth umkreist die Sonne in einer Distanz zwischen 6,4 und knapp 7,0 Milliarden Kilometern und ist derzeit rund 44 Astronomische Einheiten (1 AE = 150 Millionen Kilometer) von ihr entfernt.

In den Jahren 2017 und 2018 ergaben sich anhand der Beobachtung von Sternbedeckungen durch Arrokoth erste Anhaltspunkte, dass das Objekt möglicherweise aus zwei Körpern besteht, die sich umkreisen. Entscheidend beteiligt an diesen Messungen war auch das Flugzeugobservatorium SOFIA des DLR und der NASA. Die vielversprechenden Voruntersuchungen bestätigten sich, als New Horizons am 1. Januar 2019 mit 14,3 Kilometern pro Sekunde (51.500 km/h) nur 3.000 km entfernt an Arrokoth vorbeisauste und Bilder lieferte, die an die Gestalt des Kerns des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko erinnerten, auf dem die europäische Rosetta-Landesonde Philae gut fünf Jahre zuvor gelandet war.

Doch erst eine genaue Analyse offenbarte die Andersartigkeit: Während der Kometenkern im Ganzen doch eine gewisse räumliche Tiefe aufweist, sind die beiden Teile Arrokoths von ziemlich flacher Struktur und, wie allerdings auch 67P, kraterarm. Letzteres ist ein starkes Indiz, das uns die Oberfläche einen manifesten Einblick in die Anfangszeit unseres Sonnensystem erlaubt, weil es kaum Veränderungen durch chemische Reaktionen infolge Sonnenlicht oder die bei Einschlägen freigesetzte Energie gab. Und in der Tat zeigen sich bei einer genauen geologischen Analyse der Aufnahmen jene Formationen, von denen man annimmt, dass sie die allerersten „building blocks“ bei der Entstehung der beiden Einzelkörper waren, genau so, wie es die Planetologen schon lange vermuteten.

Die Bilder, die man während des Vorbeiflugs gewann, zeigten, dass Arrokoth zwar aus zwei Einzelkörpern besteht, die aber entlang ihrer Längsachsen zu einer 31 Kilometer großen ‚Erdnuss‘ zusammengewachsen sind, zu einem sogenannten ‚contact binary‘: einem Körper, der sich durch Kontakt mit einem zweiten Körper verbunden hat. Vermutlich ist dies ein im äußeren Sonnensystem häufig ablaufender Prozess, denn auch der von der Rosetta-Sonde der ESA besuchte Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko entstand, wie Analysen nahelegen, durch einen sanften Kontakt zweier kleinerer Ursprungskörper. Farblich besteht zwischen den beiden rostbraun getönten Einzelkörpern kein Unterschied, lediglich der gerade noch auszumachende ‚Nacken‘ in der Kontaktzone ist deutlich heller. Die rötliche Färbung beruht Spektralmessungen zufolge auf den Verbindungen Methanol (CH3OH), Blausäure (HCN), Wassereis und einiger Kohlenwasserstoffverbindungen. Wegen New Horizons großer Entfernung ist die Übertragung der Daten vom Vorbeiflug an Arrokoth zur Erde auch nach anderthalb Jahren nicht abgeschlossen und wird noch bis Ende 2020 andauern. Erst dann wird es endgültige Ergebnisse geben.

Erste Fixstern-Parallaxenmessung mit einer Raumsonde
Erst jüngst hat New Horizons einen weiteren Rekord gebrochen. Jenseits von Arrokoths Umlaufbahn hat die Sonde in einer Distanz von rund 47 AE zwei nahe Fixsterne angepeilt und so die erste interplanetare Parallaxenmessung ermöglicht, dessen Resultat am 11. Juni bekannt gegeben wurde.

Am 22. und 23. April dieses Jahres machte die Raumsonde fern von Erde und Sonne Aufnahmen zweier Sterne, die unserem Sonnensystem relativ nah stehen, Proxima Centauri und Wolf 359 im Sternbild des Löwen. Vergleicht man die Bilder der Sonde mit denen, die zur gleichen Zeit von der Erde aus im gleichen Sternfeld gewonnen wurden, erkennt man deutlich, wie die beiden Sterne in Bezug auf die mehr als 100fach weiter entfernten Hintergrundsterne jeweils eine geringfügig andere Position einnehmen. Astronomisch bezeichnet man das als Parallaxeneffekt.

„Das trigonometrische Parallaxenverfahren spielte und spielt in der Astronomie eine entscheidende Rolle, denn damit lässt sich gut die Entfernung naher Sterne in einem Umkreis von etwa 100 Lichtjahren bestimmen“, erläutert Dr. Manfred Gaida, Astronom und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). „Dieses Verfahren zur stellaren Entfernungsbestimmung ist gleichsam die erste Stufe auf der kosmischen Entfernungsleiter.“

Das Grundprinzip der Messmethode ist dabei denkbar einfach und lässt sich mit dem Hin- und Herspringen des Daumens einer ausgestreckten Hand vor einer Wand vergleichen, wenn er abwechselnd mal mit dem linken und mal mit dem rechten Auge anvisiert wird. Was im Gesicht der Abstand der Pupillenmitten ist, ist bei den Astronomen der doppelte Erdbahnhalbmesser, also zweimal die große Halbachse der Erdbahnellipse oder zwei Astronomische Einheiten (AE), das heißt rund 300 Millionen Kilometer. Misst man die Position eines relativ nahen Sterns von zwei weit auseinanderliegenden Positionen auf der Erdbahn, z.B. im Frühjahr und im Herbst, lässt sich trigonometrisch die Distanz zu dem Stern ermitteln.

Stellarer Parallaxeneffekt mit einer Basislinie von sieben Milliarden Kilometern
Mit New Horizons konnte nun die Basislinie von 1 AE auf gut 47 AE vergrößert werden. Dadurch „springen“ Proxima Centauri und Wolf 359 bei wechselnder Betrachtung der Erd- und Raumsondenaufnahmen auffallend vor den Fixsternen im Hintergrund hin und her – eine erst- und einmalige Visualisierung des stellaren Parallaxeneffekts, die vorher so nicht möglich war. Dem Projektleiter von New Horizons, Alan Stern, und seinem Team ist damit eine Meisterleistung in der experimentellen Astronomie gelungen.

Da Parallaxenwinkel sehr klein sind, d.h. bezogen auf den Erdbahnhalbmesser weniger als eine Bogensekunde betragen und der parallaktische Effekt von vielen anderen physikalischen Effekten wie zum Beispiel von der Aberration und der Eigenbewegung des Sterns überlagert wird, hat es lange gedauert, bis die erste Bestimmung einer Fixsternparallaxe glückte und dadurch die Tiefendimension des Kosmos erschlossen werden konnte. Viele Abschätzungen wurden jahrhundertelang unternommen, die Entfernung der Sterne auszuloten, doch erst ab dem Jahr 1835 kam der Durchbruch: Nahezu gleichzeitig und unabhängig voneinander führten die drei Astronomen Friedrich Georg Wilhelm von Struve (1819-1905), Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) und Thomas Henderson (1791-1844) Parallaxenmessungen durch: Struve von der Sternwarte Dorpat aus an dem hellen Stern Wega im Sternbild Leier, Bessel von Königsberg aus an dem Stern 61 Cygni im Sternbild Schwan und Henderson am Cape Observatorium an α Centauri. Bessel hatte dabei mit 61 Cygni einen Stern ausgewählt, der durch eine hohe tangentiale Eigenbewegung von 5,2 Bogensekunden pro Jahr auffiel und es daher plausibel erschien, dass dieser Stern relativ sonnennah war. Bessel war es schließlich auch, dem man später die erste von der umfangreichen Datenlage her verlässliche Bestimmung einer Fixsternparallaxe zuschrieb, ohne dass es mit Struve oder Hendersen zu einem Prioritätenstreit über die Erstentdeckung kam.

Von Königsberg aus, der Heimatstadt Immanuel Kants, begann Bessel seine Untersuchungen im August 1837. Als Beobachtungsinstrument diente ihm dabei ein Heliometer des bayrischen Technikers Joseph von Utzschneider (1763-1840) und des berühmten Münchner Optikers Joseph von Fraunhofer (1787-1826), mit dessen Hilfe kleine Winkelabstände zwischen 61 Cyg und zweier benachbarter Sterne sehr genau gemessen werden konnten. Bis Oktober 1838 hatte Bessel insgesamt 183 Anschlüsse an den Positionen der beiden Nachbarsterne vorgenommen und konnte damit für 61 Cyg eine Parallaxe von 0,3136 ± 0,0202 Bogensekunden bestimmen, ein Wert, der bis heute auf 0,2859 ± 0,0001 Bogensekunden verbessert wurde. Ihm entspricht eine Distanz von 3,5 Parsec, dem Kehrwert des Bogensekundenwertes, oder von knapp 11 Lichtjahren von der Sonne. Damit gehört 61 Cygni zu den 20 sonnennächsten Sternen.

Elf Lichtjahre entsprechen unvorstellbaren 104 Billionen Kilometern. Die Distanz zu dem der Sonne nächstgelegenen Stern, Proxima Centauri, ist etwas geringer und beträgt „nur“ 4,2 Lichtjahre oder 40 Billionen Kilometer, und zu dem Stern Wolf 359 sind es auch nur knapp acht Lichtjahre. Im Vergleich zum Durchmesser der Milchstraße von hunderttausend Lichtjahren sind diese Distanzen winzig klein, gemessen an den Abständen im Sonnensystem aber riesig.

Proxima Centauri am Südsternhimmel kann von Europa aus nicht beobachtet werden, sondern nur von Standorten aus, die südlicher als der 27. nördliche Breitengrad liegen. Der Stern hat eine geringe scheinbare Helligkeit elfter Größenklasse und wurde im Jahr 1915 von Robert Innes (1861-1933) in Johannesburg mit Hilfe eines Astrographen entdeckt. Innes fand heraus, dass die Eigengeschwindigkeit des neuentdeckten Sterns nahezu dieselbe ist wie bei α Centauri und schloss daraus, dass beide Sterne gravitativ zusammengehören. Er vermutete auch, dass Proxima Centauri der Sonne noch ein wenig näher stünde als α Centauri, der selber ein Doppelstern ist. Nachgewiesen wurde dies allerdings erst später durch den amerikanischen Astronomen Harold Lee Alden (1890-1964); nach ihm ist ein Krater auf der Mondrückseite benannt. Seit dem Jahre 2016 ist auch bekannt, dass Proxima Centauri von einem erdgroßen, planetaren Begleiter in elf Tagen umrundet wird.

Wolf 359 am nördlichen Fixsternhimmel, auch als CN Leonis oder Gliese 406 bekannt, ist ein roter Zwergstern mit einer scheinbaren Helligkeit der 13,5ten Größenklasse. Sein Name geht auf den Heidelberger Astronomen Max Wolf (1863-1932) zurück, der im Juni 1919, in demselben Jahr, in dem Albert Einstein durch den Nachweis der Lichtablenkung am Sonnenrand berühmt wurde, einen „Katalog von 1053 stärker bewegten Fixsternen“ in den Veröffentlichungen der Badischen Sternwarte zu Heidelberg publizierte. Der darin aufgeführte 359. Stern ist derjenige, der jetzt, nachdem er bereits durch Raumschiff Enterprise bekannt wurde, von New Horizons erneut in das Licht der Öffentlichkeit gerückt ist.

Während man bei einer erdgebundenen Parallaxenbestimmung im Laufe eines halben oder ganzen Jahres viele zeitlich aufeinanderfolgende Positionsmessungen an einem bestimmten Stern durchführt, um aus der „Widerspiegelung“ der Erdbahnellipse an der Himmelsphäre seine Entfernung zu berechnen, liegen bei der jetzigen interplanetaren Parallaxenmessung praktisch nur zwei gleichzeitig gewonnene Messpunkte vor, die jedoch 47 Astronomische Einheiten voneinander entfernt liegen. Da ein Parsec die Distanz ist, von der aus der Erdbahnhalbmesser (1 AE) unter einem Winkel von einer Bogensekunde erscheint, beträgt dieser Winkel, übertragen auf die Basislänge Sonne-New Horizons in erster Näherung nun das 47fache. Bezogen auf 1 AE beträgt für Wolf 359 die Parallaxe 0,415 und für Proxima Centauri 0,769 Bogensekunden. Im Unterschied zum Erdbahnwert wurden jetzt 16 Bogensekunden für Wolf 359 und für Proxima Centauri 32 Bogensekunden gemessen.

Auch wenn New Horizons Parallaxenmessungen keine Verbesserung der bereits bekannten Entfernungswerte liefern, sondern vor allem verdeutlichen sollen, wie sich der uns gewohnte Anblick des Sternenhimmels in größerer Distanz von der Erde perspektivisch verändert, so eröffnen sie doch langfristig neue Anwendungsmöglichkeiten – die interstellare Navigation. Mit einem Sternkatalog an Bord eines Raumschiffes, der als Referenz die erdbasierten Sternörter enthält, könnten anhand solcher Messungen Raumsonden sicher durch interstellare Weiten navigieren, wie einst die Seefahrer anhand der Gestirne über unbekannte Meere. Aber auch die Idee, die auf den berühmten amerikanischen Physiker Freeman Dyson (1923-2020) zurückgeht, Raumschiffe systematisch für stellare Parallaxenmessungen mit einer größeren Basis als die Astronomische Einheit zu verwenden, erfährt durch New Horizons Messungen eine Renaissance. Clyde Tombaugh, von dessen Asche der Sonde etwas mitgegeben wurde, wäre zweifellos über die Verwirklichung solcher Pläne sehr angetan. Die kleine Raumsonde New Horizons hat zweifellos ihrem Namen alle Ehre gemacht und uns allen wahrhaft neue Horizonte eröffnet.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: NASA.

Ein langer Weg zur Erde
Rund 5,5 Milliarden Kilometer legten die Daten auf ihrem Weg von der Sonde zu Erde zurück. Von New Horizons´ 2,1-m-Parabol-Hochgewinnantenne (High Gain Antenna, HGA) ausgestrahlt und mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs benötigten sie für die Strecke eine Zeit von rund fünf Stunden und acht Minuten.

Die letzten Datenpakete mit vom bildgebenden Instrument Ralph/LEISA gesammelten Informationen erreichten das Johns Hopkins Labor für angewandte Physik (Applied Physics Laboratory, APL) in Laurel im US-amerikanischen Bundesstaat Maryland um 11:48 Uhr MESZ am 25. Oktober 2016. Als Empfangsantenne für die Daten vom Infrarotspektrometer LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array) kam eine des US-amerikanischen Tiefraumnetzwerks (Deep Speace Network, DSN) bei Canberra in Australien zum Einsatz.

Aus dem Pluto-Charon-System gelangten damit zum jetzigen Zeitpunkt insgesamt über 50 Gigabyte Informationen zur Erde. Sie wurden von New Horizons in einem Zeitraum von rund 15 Monaten zur Erde übertragen. Zu über 400 verschiedenen wissenschaftlichen Fragestellungen wurden Daten erfasst, die es jetzt auszuwerten gilt. Die Daten dürften in jeder Hinsicht einzigartig sein, insbesondere auch angesichts der Tatsache, dass heute überhaupt nicht abzusehen ist, wann wieder ein von der Erde geschicktes Raumfahrzeug im Pluto-Charon-System arbeiten wird.

Das Wichtigste zuerst
Wegen der hohen Vorbeifluggeschwindigkeit am Pluto-Charon-System, und weil man nur einen Versuch hatte, wurde New Horizons darauf programmiert, in kurzer Zeit so viel Daten aufzuzeichnen wie möglich. Dabei entstand eine Datenmenge, von der man annehmen musste, dass sie mehr als das einhundertfache der Menge betragen würde, die sich vor einem Weiterflug übertragen lassen würde.

Es war Aufgabe der Sonde, die mit der höchsten Priorität zu behandelnden Daten auszuwählen und zügig vor und sehr bald nach der größten Annäherung an das Pluto-Charon-System Richtung Erde auszustrahlen. Mit der Übertragung der verbliebenen – größeren – Restdatenmenge begann New Horizons im September 2015. Alice Bowman (Mission Operations Manager, MOM) vom Missionsbetrieb beim APL freut sich offensichtlich sehr über das erzielte Ergebnis. Sie wird von der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) mit folgenden Worten zitiert: „Wir haben unseren Topf voll Gold“. New Horizons hat seine Primärmission erfolgreich absolviert!

Bereits ausgewertete Daten sorgten bereits für interessante Erkenntnisse: In der außerordentlich dünnen Atmosphäre von Pluto könnte es Wolken geben. Möglicherweise handelt es sich bei dem gesichteten Phänomen aber auch um einen Art Nebel – oder etwas ganz anderes. Gleichzeitig sind die Verluste von Plutos Atmosphäre um den Faktor von etwa 100 geringer als vor dem Einsatz von New Horizons erwartet.

Geologische, wahrscheinlich auf Konvektion zurückgehende Aktivität sorgt für Veränderung in der Oberflächengestalt von Pluto. Dabei steigt Material von unten an die Oberfläche des Kleinplaneten. Ein riesiges annähernd herzförmiges Gebiet an der Oberfläche Plutos ist möglicherweise Folge solcher Aktivität.

Auf Plutos Begleiter Charon wurde in einem Canyon ein Phänomen beobachtet, bei dem es sich um alte Hangrutschungen handeln könnte. Auf Pluto fand man bisher keine Anzeichen für vergleichbare Hangrutschungen. Beide Himmelskörper kreisen um ein gemeinsames Baryzentrum. Methan aus Plutos Atmosphäre wird von Charon gravitationsbedingt eingefangen. In Charons Polregionen entsteht durch die Bestrahlung von Methaneis mit Sonnenlicht bzw. dessen UV-Anteil Tholin, welches auf Charon rötlich erscheinende Flächen hervorruft. Diese Flächen werden sichtbar, weil tauendes Methan sich nach einem über einhundert Jahre dauernden Winter nicht dauerhaft an der Oberfläche halten kann, die schweren Tholin-Moleküle aber schon.

Es gibt noch viel zu entdecken
Bevor die beiden digitalen, jeweils rund acht Gigabyte fassenden Datenaufzeichnungsgeräte an Bord von New Horizons vor der Speicherung neuer Daten gelöscht werden, wird man sie auf ihre Zuverlässigkeit hin überprüfen. Die nächste Beobachtungsaufgabe für New Horizons steht bereits fest – und ist rund 1,6 Milliarden Kilometer entfernt von Plutos Orbit um die Sonne. Am 1. Januar 2019 soll New Horizons einen kleinen, 2014 MU69 genannten, am 28. Juni 2014 im Rahmen der Suche nach einem geeigneten Ziel entdeckten Himmelskörper im Kuipergürtel in nur rund 3.000 Kilometern Abstand passieren (der geringste Abstand zwischen Pluto und der Sonde betrug etwa 12.500 Kilometer).

Beim Vorbeiflug an 2014 MU69 mit einem vermuteten Durchmesser zwischen 20 und 40 Kilometern will man im Rahmen der KEM für Kuiper Belt Extended Mission genannten Missionserweiterung Daten sammeln. Das Objekt könnte Überbleibsel der sogenannten primordialen Staub- und Gasscheibe sein, aus der sich unser Sonnensystem vor etwa 4,55 Milliarden Jahren gebildet hat. Dafür sprechen teleskopische Beobachtungen im Bereich des (für den Menschen) sichtbaren Lichts. Die Masse von 2014 MU69 liegt nach aktuellen Abschätzungen im Bereich des tausendfachen des Kometen 67P / Tschurjumow-Gerassimenko – etwa einem Zehntausendstel der Masse Plutos.

Im sogenannten Kuipergürtel gibt es nach aktuellem Forschungsstand vermutlich einige 100.000 Objekte, die sich im Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in Entfernungen zwischen 30 bis 50 Astronomischen Einheiten bewegen (eine Astronomische Einheit (AE) ist der mittlere Abstand zwischen Erde und Sonne, rund 149,6 Millionen Kilometer). Die Objekte werden daher als Kuiper-Belt-Objects (KBOs) bezeichnet.

Kurs gesetzt, Mission genehmigt
Zunächst bis 2021 ist der Betrieb von New Horizons finanziert. Ende Juni 2016 hatte die NASA grünes Licht für die Missionserweiterung bekommen. Notwendige Anpassungen ihrer Flugbahn hatte New Horizons bereits vorher abgeschlossen. Im Oktober 2015 begannen die Manöver, die die Sonde schließlich im November 2015 auf Kurs Richtung 2014 MU69 brachten. Die entsprechenden Triebwerkseinsätze erfolgten am 22., 25. und 28. Oktober 2015 sowie am 4. November 2015 und sorgten zusammen für eine Geschwindigkeitsänderung um rund 206 Kilometer pro Stunde.

Wenn beim Flug Richtung 2014 MU69 alles gut geht, und New Horizons dann wie bisher betriebsfähig ist, könnte Ende September 2018 eine 100 Tage dauernde Phase wissenschaftlicher Untersuchungen des KBOs beginnen, die bis in die erste Januarwoche 2019 andauern soll. Die Übertragung der dabei erfassten Daten zur Erde wird voraussichtlich rund 20 Monate dauern und Ende des Jahres 2020 abgeschlossen werden.

Alan Stern, Leiter der New-Horizons-Forschungsgruppe am US-amerikanischen Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder im Bundesstaat Colorado, hatte mitgeteilt, dass man New Horizons im Dezember 2016 abschalten werde, wenn die Missionserweiterung nicht genehmigt werden würde. Dazu aber wird es zur Freude der Wissenschaftler und einer interessierten Öffentlichkeit jedoch so bald nicht kommen. Blicken wir gespannt nach vorne und freuen wir uns auf Daten aus dem Kuipergürtel!

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Ein Beitrag von Andreas Morlok. Quelle: Andreas Morlok.

Die auf dem Gebiet der Planetologie wohl wichtigste Tagung ist die alljährliche Lunar and Planetary Science Conference (LPSC). Diese findet seit 1970 in Houston statt. Ort, Name und Datum weisen auf den Ursprung der Tagung hin. Diese sollte eigentlich nur für die Präsentation der ersten Ergebnisse aus den Untersuchungen der Apollo-Proben stattfinden. Aber über die Jahre ist die Tagung stetig gewachsen, schon lange ist sie (leider) zu groß für den ersten Veranstaltungsort, bis 2001 im Johnson Space Center bei Houston (inzwischen im malerischen Woodlands weit im Norden der Stadt).

So eine große Tagung ist natürlich auch ganz praktisch für weitere, kleinere Treffen im Dunstkreis. So findet traditionell am Wochenende vor der LPSC das Micro Symposium statt. Dieses wird gemeinsam von der Brown University in Providence und dem Vernadsky Institut in Moskau veranstaltet. Die Wurzeln des Treffens reichen bis in die Zeit des kalten Krieges, als der wissenschaftliche Austausch zwischen den politischen Blöcken nicht ganz so einfach war. So organisierten Jim Head (dieses Mal mit einem leidenschaftlichen Plädoyer für die russische Raumfahrt) und Hal Masursky (USGS) 1985 das erste Symposium, um Venusforscher von beiden Seiten in einer informellen Umgebung zusammenzubringen.

Die Vorträge sind etwas länger (30 Minuten), und werden intensiver (aber in freundlicher Atmosphäre) diskutiert. Und da können sich sogar Leute daran beteiligen, die mal auf einer ausgedehnteren Exkursion vor Ort gewesen sind (dieses Mal wieder Harrison Schmitt, auf dem Mond mit Apollo 17 Anno 1972).

Aber zurück zur LPSC. Thematisch umfasst die Tagung inzwischen auch weit mehr als den Mond. Thema sind die inneren, terrestrischen Körper des Sonnensystems, Eismonde, Asteroide und Kometen. Eigentlich alles außer den großen Gasplaneten. Will man aktiv teilnehmen, so findet das in Form eines Vortrages (10 Minuten + 5 Minuten Fragen) oder eines Posters statt. Da steht man in einer langen Reihe von Stellwänden in einer großen Halle vor einem etwa DIN A0 großen Poster über die eigene Forschung. Im Gegensatz zum Vortrag kann man da natürlich lange mit Leuten diskutieren, vorausgesetzt jemand interessiert sich für das mühsam erstellte Poster. Bei Vorträgen kriegt zumindest das anwesende Publikum die Präsentation mit.

Früher hatte die LPSC den Ruf einer ‚härteren‘ Tagung, wo nach Vorträgen noch intensiv nachgefragt wurde. Aber eigentlich hat sich das gelegt, der Umgang ist recht zivilisiert. Die Vorträge fanden dieses Jahr in bis zu 5 Sitzungen parallel statt, es war also schwierig, alles mit zu verfolgen.

Und Tagungen sind natürlich prima Gelegenheiten, mit der Kollegenschaft in Kontakt zu bleiben. Das geht dann in der Regel beim Icebreaker Sonntagabend los. Früher wurde da noch ziemlich feudal Essen und Flüssigkeit mit variablem Alkoholgehalt aufgetischt. Leider haben die vielen Kürzungen auch nicht bei der NASA halt gemacht, und da geht es bei dieser Veranstaltung jetzt deutlich bescheidener zu. Und der Austausch mit den Kollegen ist natürlich auch ein gewichtiger Punkt bei einer solchen Tagung – man bekommt nicht nur mit, was in wissenschaftlicher Hinsicht läuft, sondern auch was sonst so im Feld abgeht. Dazu gehören auch diverse Veranstaltungen im Umfeld, wie das NASA Headquarters Briefing. Da stellen sich die für Geld und Forschung zuständigen den Kollegen. Gerade in jüngerer Zeit wegen der Kürzungen gerne eine lautstarke Veranstaltung.

In den 15 Jahren in denen ich fast jährlich an der LPSC teilnehme, hat sich die Tagung ordentlich verändert – alleine schon von der Größe her. Aber auch inhaltlich: früher hielten sich in etwa die analytische Planetologie (also Laboruntersuchungen von extraterrestrischem Material, was ich so treibe) und planetare Geologie, eher Oberflächenstudien basierend auf Fernerkundungsdaten, in etwa die Waage. Dank der vielen Raumsonden-Missionen in der Zwischenzeit hat sich das Gewicht deutlichst zugunsten letzteren Feldes verschoben (auch wenn insgesamt die Beiträge für alle Gebiete gewachsen sind).

Dieses Mal war die LPSC wegen Ostern etwas verkürzt. Wohl ein Grund, weshalb die Tagung (zumindest gefühlt) deutlich ruhiger war als normalerweise. Aber immer noch ordentlich groß, es sollten wohl knapp zweitausend Teilnehmer gewesen sein.

Dieses Mal gab es zwei eindeutig dominierende Themen, die sich auch gut ergänzten – Ceres und natürlich Pluto. In beiden Fällen wurde die erste Runde an Daten inzwischen ordentlich verarbeitet, so dass sich allmählich ein Gesamtbild ergibt. Ceres ist die Endstation der Dawn-Sonde, nach dem außerordentlich erfolgreichen Besuch von Vesta. Also die erste echte interplanetare Raumsonde, die in eine Umlaufbahn um mehrere planetare Körper ging.

Was die Zusammensetzung des Kleinplaneten angeht, so scheint man sich auf einen Matsch aus ammoniakhaltigen Tonmineralen, Eisenoxiden, Karbonaten plus kohlenstoffhaltigem Zeug geeinigt zu haben. Ein zentraler Punkt bei der Mission war die Verbindung von Vesta und Ceres mit Meteoriten. Bei Vesta ist der schon zuvor vermutete Link zu den häufigen HED-Meteoriten (Howardite, Eukrite, Diogenite) dank Dawn wohl gesichert. Bei Ceres war es schon schwammiger, es gab zuvor viel Spekulation in Richtung kohlige Chondrite.
Der Vergleich von Infrarotspektren ergab jetzt zwar keine direkte Verbindung zu einer speziellen Meteoritengruppe. Das ist aber aufgrund der sich abzeichnenden Entstehungsgeschichte von Ceres gar nicht zu erwarten. Wie es aussieht, waren kohlige Chondrite wohl in etwa das Ausgangsmaterial. Dieses wurde in der Frühzeit durch Hitze aus kurzlebigen Isotopensystemen aufgeheizt, und regelrecht durchgeköchelt. Es wird davon ausgegangen, dass Ceres etwas spät gebildet wurde, weshalb er nur vergleichsweise wenig radioaktives Material abbekommen hat.

So sammelte sich das meiste flüchtige und flüssige Material in den oberen Schichten an, wo auch Silikate ordentlich in die Tonminerale umgewandelt (alteriert) wurden. Die inneren Schichten sind dann wohl deutlich Gesteinsreicher. Die Hypothese ist, dass es sich beim Material an der Oberfläche um noch höher alteriertes Material handelt, als in den Meteoritensammlungen Verfügbar – wo die CI-Chondrite vom Typ 1 bisher das Ende der Fahnenstange darstellen. Vielleicht das erste Vorkommen vom Typ 0?

Außerdem ist das Vorkommen von Wassereis auf Ceres jetzt wohl gesichert. Ceres ist wohl ein Zwischenglied zwischen Gesteinskörpern des inneren Sonnensystems und den Eiskugeln weiter außen. Eine interessante Idee ist, dass Ceres vielleicht selber etwas weiter außen gebildet wurde, um die Stabilität von Ammoniak zu erklären.

Die Reaction Wheels, notwendig um die Sonde für die hohe räumliche Auflösung zu stabilisieren, werden voraussichtlich bis 2017 durchhalten, also ist noch einiges an weiteren Daten zu erwarten. Was auch auffiel war das einige der Vortragenden bei den Fragen etwas ausweichend waren, einige Ergebnisse sind wohl unter Embargo bis zur Veröffentlichung. Bester Kommentar von Thomas McCord vom Bear Fight institute (zum weißen Fleck im Occator-Krater): „The dome looks like Mount St. Helens before it blew up“. Und in der Tat gibt es Hinweise, dass Ceres durchaus noch geologisch aktiv sein könnte.

Und dann Pluto. Von einer traurigen Anordnung an Pixeln zu einem kartographierten Körper innerhalb von knapp einem Jahr, dank der spektakulären New Horizons-Mission. Dass Team Pluto verdienterweise in außerordentlich ekstatischer Stimmung war, braucht wohl nicht extra betont zu werden. Entsprechend groß war auch der Andrang zu den Sessions, der Saal war in der Regel voll.

Die Ergebnisse wurden in der Presse wohl schon ausführlich behandelt – die Oberfläche wird durch Methan und Stickstoff dominiert, Wassereis spielt ein wenig die Rolle von Gestein.

Teile der Oberfläche sind jung, sehr jung – Teile der Sputnik Planum sind wohl jünger als 10 Millionen Jahre. Das erlaubt Spekulationen über heutige Aktivität auf Pluto.

Noch besser, selbst die sehr dünne Atmosphäre des nicht mehr ganz-Planeten scheint regelrechte Zirkulationsmuster zu zeigen. Ein weiteres spektakuläres Ergebnis, das passenderweise auch zeitgleich mit der Tagung veröffentlicht wurde, ist die Entdeckung eines mutmasslichen True Polar Wander (TPW) Ereignisses auf dem Mond. TPW bedeutet, dass der Mantel eines Körpers auf dem Eisenkern verrutscht, so dass die Pole (nicht aber die Rotationsachsen!) sich verschoben haben.

TPW ist ein echtes Hot Topic zur Zeit. Auch für Pluto wurde ein solches Ereignis auf der LPSC vorgeschlagen, sowie auch für Merkur, und gerade erst wurde ein Paper über ein ähnliches Ereignis auf dem Mars veröffentlicht.

Ein paar Veranstaltungen wurden gefilmt (findet sich hier). Einige Poster gibt es hier online, und auch Twitter war sehr aktiv, besonders ein Kollege aus Arizona hier.

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Autor: Roland Rischer. Quelle: NASA, JHUAPL, SWRI, Spaceflight Now, Raumcon

Die Jahre 2014/2015 waren aus Sicht der Planetologen, das kann man jetzt schon sagen, besondere Jahre. Gleich drei Langzeitmissionen – Rosetta/Philae, Dawn und New Horizons – kamen an ihren Zielen an und liefen dann nahezu perfekt nach Drehbuch ab. Nach jahrelanger Reisezeit im Weltraum ist das aus technischer Sicht keinesfalls selbstverständlich. Die von Rosetta gelieferten Bilder des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko bewiesen einmal mehr, dass man seiner Phantasie bezüglich des Formenreichtums dort draußen keine Grenzen setzen sollte. Der Asteroid Ceres überraschte aus der Distanz mit geheimnisvollen Details auf seiner Oberfläche. Beim Massenpublikum konnte man mit den von der Sonde Dawn gelieferten Bildern zwar nur kurz Interesse wecken. Dem Erkenntnisgewinn über den größten Himmelskörper im Asteroidengürtel tut das aber keinen Abbruch, zumal der Besuch von Dawn bei Ceres im Unterschied zu den Missionen Rosetta bei 67P und New Horizons zum Pluto noch länger andauern wird.

Zu den unerwarteten Überraschungen dieses Jahres zählen sicher die erstmaligen Nahaufnahmen des Pluto durch die Sonde New Horizons. Generationen weltraumbegeisterter Menschen wuchsen mit einem eng begrenzten Wissen über den neunten Planten auf. Die Krönung waren verwaschene Bilder wie etwa jenes des Weltraumteleskops Hubble (Bild 1) aus dem Jahr 2002. Dann wurde Pluto auch noch zum Zwergplaneten herabgestuft, unter anderem weil er die Neptun-Bahn kreuzt. Fehlte nur noch, dass einer behauptet hätte, da könne es aufgrund dieser und jener Annahmen nicht viel anderes aussehen wie auf dem Mond. Die einstige Nummer Neun wäre mittelfristig wahrscheinlich endgültig aus dem kollektiven Gedächtnis verschwunden und nur noch Spezialisten ein Begriff gewesen.

Das haben die Bilder von New Horizons nun aber für das erste verhindert. Ihr kurzer Pluto-Vorbeiflug am 14. Juli 2015 mit einer größten Annäherung von 12.500 Kilometer lieferte Bilder, wie sie sich selbst Science-Fiction-Illustratoren nicht besser hätten ausdenken können. Weil die Datenübertragungsrate von der Sonde zur Erde sehr gering ist, wurden die Daten an Bord der Sonde zwischengespeichert. Im Laufe der nächsten zwölf Monate werden wir noch viele weitere erstaunliche Bilder von Pluto und seinem Mond Charon bekommen.

Vorläufige Krönung im Bilderangebot der NASA ist ein 70 Megabyte-Bild (in bescheidenerer Auflösung siehe Bild 2). Es zeigt Strukturen ab einer Größe von 1,8 Kilometern. Bei der Aufnahme handelt es sich um die schärfe-optimierte und farbverstärkte Zusammensetzung von Einzelbildern der Multispektralkamera (Multispectral Visual Imaging Camera (MVIC)) im Kamerasystem Ralph an Bord von New Horizons, welches unzählige Details wie Kanäle, Krater und ausgedehnte Eisfelder mit ihren eigenen Strukturen zeigt. Die Farbkontraste wurden erhöht. Dem menschlichen Auge würde Pluto daher erheblich matter erscheinen. Spaceflight Now zitiert John Spencer vom Geologie-, Geophysik- und Bilder-Team des Southwest Research Institute (SWRI) in Boulder, Colorado, USA: „Plutos Oberflächenfarben wurden verstärkt, um feine Details im blassen Blau, Gelb, Orange und in intensiven Rottönen sichtbarer zu machen. Viele der Landschaften haben ihre eigene eindeutige Farbe, die uns eine interessante komplexe geologische und klimatologische Geschichte erzählt, die wir aber noch zu entschlüsseln haben.“

Nicht weniger beeindruckend sind die Bilder des Pluto-Mondes Charon (Bild 3). Von den fünf Pluto-Monden ist er mit Abstand der größte und hat mit 1.214 Kilometern Durchmesser etwa den halben Pluto-Durchmesser, relativ gesehen Rekord im Sonnensystem und fast schon ein Doppel-Zwergplanetensystem. Im Gegensatz zu Pluto entspricht Charons Oberfläche eher dem, was man bei einem Gesteinshimmelskörper erwartet, bietet aber Extreme, wie tiefe und lange Schluchten am Äquator und vergleichsweise glatte, an die Mond-Mare erinnernde Ebenen im Süden, deren Entstehung noch der Erklärung bedürfen. Dazu dürfte der Bilddatenstrom von New Horizons in den nächsten zwölf Monaten ebenfalls beitragen. Der rote, circa 475 Kilometer durchmessende Fleck im Norden, entlehnt aus Tolkiens „Herr der Ringe“ inoffiziell Mordor Macula genannt, ist vermutlich auf Tholine zurückzuführen. Dabei handelt es sich um Kohlenstoffverbindungen, deren Herkunft vom nahen Pluto vermutet wird (ausführlicher zu den Tholinen, siehe im Raumcon-Forum „New Horizons Mission“ Beitrag #1374; zu den anderen Plutomonden ebenda ab Beitrag #1386; Dank an Forenmitglied Gertrud).

Die zweite Baugruppe im Kamerasystem Ralph ist LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array) für Aufnahmen im Infrarot-Bereich. Bereits beim Anflug kurz vor dem 14. Juli 2015 wurde Pluto mit Hilfe des Ralph/LEISA Infrarot-Spektrometers auf Methanvorkommen untersucht. Die Ergebnisse zeigt Bild 4. Erfasst wurde lediglich die linke Hälfte der Pluto-Scheibe. Die Methan-Verteilung zeigt auffällige regionale Unterschiede. Die intensive Purpur-Färbung deutet auf eine hohe Methankonzentration hin. Die schwarzen Flächen zeigen eine niedrigere Methankonzentration. Die Überlagerung der Methan-Karte mit dem entsprechenden Bild der LORRI-Kamera (Long Range Reconnaissance Imager) zeigt eine auffällige Übereinstimmung mit Flächenformationen, insbesondere der vorläufig Sputnik Planum genannten Ebene.

Bild 5 sei stellvertretend für die vielen beeindruckenden Einzelbilder ausgewählt. Rund 15 Minuten nach der größten Annäherung blickte New Horizons zurück und machte aus 18.000 Kilometern Entfernung eine Gegenlichtaufnahme bei Sonnenuntergang von der Sputnik Planum getauften ebenen Fläche und den bis zu 3.500 Meter hohen Bergen im Westen. Das Bild erstreckt sich über eine Breite von 380 Kilometer. Die Berge im Vordergrund wurden vorläufig nach Tensing Norgay, jene im Hintergrund am Horizont nach Edmund Hillary benannt, den beiden Mount Everest-Erstbesteigern. Das Gegenlicht macht rund zwölf Dunstschichten in Plutos dünner Atmosphäre sichtbar.

Zu den überraschenden Details gehören auch Indizien für Gletscheraktivitäten auf Bild 6. Die Aufnahme erstreckt sich über 630 Kilometer. Ähnlich wie im Wasserkreislauf auf der Erde scheint sich auf dem Pluto bei Temperaturen um minus 230 Grad Celsius vermutlich verdunsteter Stickstoff aus dem Sputnik Planum in gefrorener Form in den höheren östlichen Regionen niederzuschlagen. Das Bild zeigt Hinweise darauf, dass Stickstoff-Gletscher langsam in das Sputnik Planum fließen. Die roten Pfeile deuten auf die drei bis acht Kilometer breiten Abflusstäler. Die blauen Pfeile zeigen den Verlauf der Eisfront im Sputnik Planum. Dazu Alan Howard vom New Horizons-Team für Geologie, Geophysik und Bilder der University of Virginia, Charlottesville, USA: „Wir haben angesichts der Tiefkühlbedingungen des äußeren Sonnensystems nicht mit einem Stickstoff-basierten Eiszyklus auf dem Pluto gerechnet. In Gang gehalten vom schwachen Sonnenlicht scheinen die Vorgänge direkt mit jenen im hiesigen Wasserkreislauf vergleichbar zu sein, durch den die Eiskappen der Erde gebildet werden. Wasser verdunstet aus den Ozeanen, fällt als Schnee und kehrt als Gletschereis in die Meere zurück.“

„Pluto ist in dieser Hinsicht überraschend Erd-ähnlich“, resümiert Alan Stern, Leiter des New Horizons Wissenschaftler-Teams am SWRI, „und keiner hat das vorausgesagt.“

Unweigerlich fragt man sich, wie diese tiefgekühlte Welt aussehen würde, wenn sie in einer habitablen Zone ihre Bahnen zöge.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, NASA. Vertont von Peter Rittinger

Es begann mit einem ‚blinkenden‘ Punkt…
Am 18. Februar 1930 entdeckte der US-amerikanische Astronom Clyde W. Tombaugh auf zwei am 23. und am 29. Januar des gleichen Jahres belichteten Fotoplatten im Grenzbereich zwischen den Sternbildern Stier und Zwillinge ein winziges, lichtschwaches Objekt mit einer Helligkeit von lediglich etwa 15 mag, welches bei der Betrachtung dieser beiden Aufnahmen durch einen Blinkkomparator scheinbar ‚hin und her‘ sprang. Der von den Astronomen seit mehr als 80 Jahren gesuchte neunte Planet unseres Sonnensystems war entdeckt!

Allerdings kamen bereits nach kurzer Zeit aufgrund des geringen Durchmessers von rund 2.310 Kilometern, der dadurch bedingten geringen Masse und der ungewöhnlichen Orbitbahn Zweifel darüber auf, ob es sich bei dem Pluto – so der von Venetia Burney vorgeschlagene und letztendlich für dieses Himmelsobjekt gewählte Name – wirklich um einen ‚vollwertigen‘ Planeten handelt. Nach langen Diskussionen wurde dem Pluto schließlich am 24. August 2006 von der Internationalen Astronomischen Union (kurz „IAU“) der Planetenstatus aberkannt (Raumfahrer.net berichtete). Seitdem wird (134340) Pluto – so dessen neue Bezeichnung – der neu erschaffenen Kategorie der Zwergplaneten zugerechnet und gilt als deren ‚Vorreiter‘.

Bereits am 19. Januar 2006 hat die US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA mit der Raumsonde New Horizons eine Mission gestartet, deren primäres Ziel in der Erkundung des damals noch als Planet geltenden Pluto besteht. Und auch die zwischenzeitlich erfolgte ‚Degradierung‘ ihres Zielobjektes konnte New Horizons nicht davon abhalten sich ihrem Ziel immer weiter zu nähern. Nach einer Flugdauer von mittlerweile fast neuneinhalb Jahren hat die Raumsonde ihr Ziel jetzt fast erreicht. Am 14. Juli 2015 wird New Horizons um 13:50 MESZ die Oberfläche des Zwergplaneten Pluto in einer Entfernung von knapp 12.500 Kilometern passieren und in den Tagen und Stunden vor und nach diesem Vorbeiflug einzigartige Daten aus den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems sammeln und anschließend über einen Zeitraum von mehreren Monaten hinweg zu Erde übermitteln.

…der jetzt ‚Gestalt‘ annimmt
Die bisher angefertigten Aufnahmen zeigen, dass Pluto über eine abwechslungsreiche Oberfläche verfügt, welche diverse helle und dunkle Regionen aufweist. Dies sind zugleich Hinweise darauf, dass es sich bei diesem Zwergplaneten keineswegs um ein ‚langweiliges‘ Objekt handelt. Vielmehr scheint auch der Pluto über eine bewegte Vergangenheit zu verfügen.

Aus mehreren Aufnahmen, die bereits zwischen dem 27. Juni und dem 3. Juli angefertigt wurden, konnte auch eine vorläufige Oberflächenkarte erstellt werden. Eine in dieser Karte erkennbare sehr dunkle Region wurde aufgrund ihrer Form mit dem Namen „The Whale“ belegt. Es handelt sich dabei um die dunkelste Oberflächenstruktur, welche sich unmittelbar nördlich des Pluto-Äquators über eine Länge von etwa 3.000 Kilometern erstreckt. An dem in dieser Karte links erkennbaren Ende des ‚Walschwanzes‘ befindet sich dagegen ein ausgesprochen helles Gebiet.

Direkt östlich von dem ‚Maul‘ des Wals befindet sich zudem eine Region mit einer Ausdehnung von bis zu rund 1.600 Kilometern, welche zu den hellsten Oberflächenregionen gehört. Diese hellen Färbungen – so eine vorläufige Einschätzung der an der Mission beteiligten Wissenschaftler – sind eventuell darauf zurückzuführen, weil sich hier relativ ‚frische‘ Ablagerungen von gefrorenen Gasen konzentrieren. In erster Linie dürfte es sich dabei um Ablagerungen von Methan, Stickstoff und Kohlenstoffmonoxid handeln. Noch weiter östlich befinden sich vier weitere dunkle Bereiche, von denen jeder über einen Durchmesser von mehreren hundert Kilometer verfügt.

Trotz eines am vergangenen Wochenende erfolgten zwischenzeitlichen Übertritts in einen abgesicherten Betriebsmodus (Raumfahrer.net berichtete) konnte New Horizons während der vergangenen Tage einzigartige Aufnahmen von Pluto und von dessen größten Mond, den etwa 1.212 Kilometer durchmessenden Charon, anfertigen. Die Raumsonde konnte den wissenschaftlichen Betrieb bereits am 7. Juli um 18:27 MESZ wieder aufnehmen.

Am 8. Juli erreichte schließlich auch die erste nach dieser Wiederaufnahme des regulären wissenschaftlichen Betriebs angefertigte Aufnahme die Erde. Dieses Foto zeigt in etwa die gleiche Region, welche New Horizons am 14. Juli überfliegen und dabei in einer allerdings deutlich besseren Auflösung abbilden wird. Auch hier sind diverse helle und dunkle Bereiche erkennbar. Dabei zeigt sich, dass die helle Region östlich des ‚Wals‘ über eine herzförmige Struktur verfügt.

„Das nächste Mal wenn wir diesen Teil des Pluto sehen, können wir einen Teil dieser Region in einer 500 mal besseren Auflösung darstellen“, so Jeff Moore vom NASA Ames Research Center, einer Mitarbeiter des LORRI-Teams. „Das wird unglaublich sein.“

Am 9. Juli hatte sich New Horizons dem Pluto bereits bis auf eine Entfernung von etwa 5,4 Millionen Kilometern angenähert. Die LORRI-Kamera konnte aus diese Distanz Bilder aufnehmen, welche eine Auflösung von 27 Kilometern pro Pixel erreichten. Dieser Wert war gut genug, um erstmals auch ‚grobe‘ geologische Oberflächenstrukturen aufzulösen. Der ‚Schwanz des Wals‘ scheint über eine komplexe geologische Vielfalt zu verfügen. Weiter nördlich befindet sich ein Gebiet, welches über eine polygonale Struktur verfügt. Dazwischen liegt eine über etwa 1.600 Kilometer ausgedehnte Zone mit komplexen, aneinander gereihten Strukturen, welche mit etwas Phantasie an eine sehr weit in die Länge gezogene Kraterkette erinnern.

Bei der weiteren Annäherung an Pluto konnte New Horizons am 11. Juli 2015 ein Foto von dem Bereich der Plutohemisphäre anfertigen, welcher sich am 14. Juli 2015 den direkten ‚Blicken‘ der sieben verschiedene Instrumente der Raumsonde entziehen wird. Dieses Foto ist besonders von daher von einem enormen wissenschaftlichen Wert, weil es die beste Auflösung dieser Region wiedergibt, welche während des jetzt erfolgenden Vorbeifluges erreicht wird.

Auch in den kommenden Stunden und Tagen werden die wissenschaftlichen Instrumente von New Horizons weiter Daten sammeln. Eine „Timeline“ für die zu übertragenden Daten finden Sie auf dieser Internetseite der Planetary Society in englischer Sprache. NASA-TV wird in den kommenden Tagen ebenfalls ausführlich über dieses historische Ereignis berichten. Hier der entsprechende und momentan vorgesehene Zeitplan. Zeitnahe Informationen und Kommentare können Sie zudem – wie gewohnt – auch auf den entsprechenden Seiten im Forum von Raumfahrer.net finden.

Mittlerweile ist die Raumsonde New Horizons weniger als 1,5 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit dem Zwergplaneten dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde relativ zu Pluto an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

Die bisher von der LORRI-Kamera angefertigten Aufnahmen finden Sie dagegen auf dieser Internetseite des JHU/APL. Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind allerdings nicht nachträglich bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem nur in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden hier neben allgemeinen Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmezeitpunkt und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem jeweiligen Foto veröffentlicht. Auch weiterhin sollen auf dieser Internetseite die zukünftig anzufertigenden Aufnahmen der LORRI-Kamera der interessierten Öffentlichkeit innerhalb von lediglich maximal 48 Stunden zur Verfügung gestellt werden.

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Der Beitrag Pluto – Ein einstmals kleiner Punkt nimmt Gestalt an erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile fast neuneinhalb Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto, dessen Oberfläche am 14. Juli 2015 um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern passiert werden wird.

Nur zehn Tage vor diesem historischen Ereignis versetzte sich die Raumsonde jedoch am 4. Juli in einen Sicherheitsmodus (Raumfahrer.net berichtete). Das autonom arbeitende Diagnoseprogramm der Raumsonde hatte an diesem Tag ein unvorhergesehenes Computerproblem registriert. Dies führte dazu, dass die Betriebssoftware von New Horizons – wie für derartige Fälle vorgesehen – von dem Hauptcomputersystem auf das redundante „B-Side“-Computersystem umschaltete, welches als Backupsystem fungiert. Bedingt durch diesen Wechsel versetzte sich New Horizons zudem in den besagten abgesicherten Betriebsmodus.

Eine kurzfristig einberufene Expertengruppe konnte mittlerweile den für die Umschaltung des Computersystems verantwortlichen Fehler identifizieren. Verantwortlich ist laut diesen Analysen weder ein Hardware-, noch ein signifikanter Softwarefehler, sondern vielmehr die fehlerhafte zeitliche Reihenfolge in einer speziellen Kommandosequenz, welche der Raumsonde erst unmittelbar vor dem Auftreten des Problems übermittelt wurde. Mit der entsprechenden Sequenz sollte New Horizons auf den Beginn des Pluto-Vorbeifluges vorbereitet werden. Bedingt durch die in der Sequenz enthaltenen fehlerhaften Zeitangaben kam es jedoch zu einem Programmkonflikt, welcher erst durch das bordinterne Diagnoseprogramm erkannt wurde.

Erneuter regulärer Betrieb ab dem 7. Juli 2015
Das für die Kontrolle der Raumsonde verantwortliche Team am Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland ist gegenwärtig damit beschäftigt, die Beendigung des gegenwärtigen „Safe Mode“ und die damit verbundene Rückkehr zum normalen wissenschaftlichen Betrieb vorzubereiten. Der reguläre Betrieb soll bereits am morgigen 7. Juli wieder aufgenommen werden.

„Ich bin sehr glücklich darüber, dass unser Missionsteam den Fehler so schnell erkannt hat und versichern konnte, dass sich die Raumsonde in einem guten Zustand befindet“, so Jim Green, der Leiter der Abteilung für Planetenforschung der NASA. „Jetzt – mit Pluto im Visier – stehen wir kurz vor der Rückkehr zum normalen Betrieb.“

Durch den mehrtägigen Safe Mode – in diesem Betriebsmodus sind die Aktivitäten von New Horizons auf ein notwendiges Minimum beschränkt, weshalb in dieser Zeit auch keine wissenschaftlichen Messungen durchgeführt werden können – sind allerdings glücklicherweise keine signifikanten Daten verloren gegangen. Lediglich bei einigen in ihrer Priorität als weniger wichtig eingestuften Messungen und Fotoaufnahmen müssen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler mit dem Verlust von Daten rechnen. Die primären Ziele der Mission sind dagegen nicht betroffen und auch die wissenschaftliche Kampagne, welche die Zeit der dichtesten Annäherung der Raumsonde an den Pluto abdeckt, kann durch die Übermittlung der jetzt zeitkorrigierten Kommandosequenz wie geplant durchgeführt werden.

Kein Sicherheitsmodus während der kommenden Tage
New Horizons ist die erste und bis auf weiteres auch einzige Raumsonde, welche den Pluto und dessen fünf Monde erkunden wird. Von daher wäre es eine ‚wissenschaftliche Katastrophe‘, wenn sich die Raumsonde direkt während des Vorbeifluges an dem Zwergplaneten erneut in einen Sicherheitsmodus versetzten würde. New Horizons befindet sich mittlerweile in einer Entfernung von rund 4,76 Milliarden Kilometern zur Erde und Radiosignale benötigen für die Überbrückung dieser Distanz mehr als 4,4 Stunden. Aufgrund der Signallaufzeit von fast neun Stunden für eine ‚Zwei-Wege-Kommunikation‘ würde es somit selbst im günstigsten Fall mindestens einen Tag dauern, bis die Raumsonde ihren normalen Betrieb wieder aufnehmen und das wissenschaftliche Arbeitsprogramm fortsetzen könnte.

Gegen dieses Horror-Szenario haben die an der Mission beteiligten Ingenieure jedoch bereits vor längerer Zeit entsprechende Maßnahmen ergriffen. Die Raumsonde New Horizons wurde von vornherein so programmiert, dass sie sich in den neun Tagen rund um den eigentlichen Flyby beim Auftreten von unvorhergesehenen technischen Problemen definitiv nicht in einen Sicherheitsmodus versetzen wird. Sollten in dieser Zeit Probleme auftreten, so würden trotzdem so viele Daten gesammelt und aufgezeichnet, wie nur irgendwie möglich.

Mittlerweile ist die Raumsonde New Horizons weniger als neun Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit dem Zwergplaneten dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde relativ zu Pluto an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Der Beitrag Raumsonde New Horizons – Der Fehler ist behoben erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, NASA, The Planetary Society.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile fast neuneinhalb Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Am frühen Abend des 4. Juli 2015 – und somit fast genau zehn Tage vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – durchlebte das für die Kontrolle der Raumsonde verantwortliche Team am Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland jedoch einige Schrecksekunden.

New Horizons übermittelt seine bisher gesammelten Daten derzeit in regelmäßigen Abständen an ihr Kontrollzentrum. Um 19:54 MESZ verlor das Team jedoch den Kontakt zu der Raumsonde. Erst um 21:15 MESZ konnte das Deep Space Network (kurz „DSN“) der NASA wieder Signale von New Horizons empfangen und diese an das Kontrollzentrum der Raumsonde weiterleiten.

Sicherheitsmodus
Erste Analysen ergaben, dass das autonom arbeitende Diagnoseprogramm der Raumsonde offenbar ein unvorhergesehenes Computerproblem registriert hat. Dies führte dazu, dass die Betriebssoftware von New Horizons – wie für derartige Fälle vorgesehen – von dem Hauptcomputersystem auf das redundante „B-Side“-Computersystem umschaltete, welches als Backupsystem fungiert. Bedingt durch diesen Wechsel versetzte sich New Horizons zudem in einen abgesicherten Betriebsmodus. Anschließend nahm die Raumsonde die Kommunikation wieder auf und begann mit der Übertragung von Telemetriedaten, welche in diesem Zusammenhang aufgezeichnet wurden.

Diese Daten zeigten, dass sich die Raumsonde – abgesehen von dem Computerproblem – offenbar nach wie vor in einem guten Allgemeinzustand befindet. Eine noch in der vergangenen Nacht einberufene Expertengruppe ist derzeit damit beschäftigt, die Ursache für die Umschaltung auf das „B-Side“-System zu ergründen und einen Plan für die Wiederaufnahme des regulären Betriebes zu erstellen. Aufgrund der langen Signallaufzeiten – New Horizons befindet sich mittlerweile in einer Entfernung von rund 4,76 Milliarden Kilometern zur Erde und Radiosignale benötigen für die Überbrückung dieser Distanz mehr als 4,4 Stunden – wird es jedoch mindestens einen Tag dauern, bis die Raumsonde ihren normalen Betrieb wieder aufnehmen und das wissenschaftliche Arbeitsprogramm fortsetzen kann.

Vorläufig keine wissenschaftlichen Daten
Gegenwärtig steht New Horizons mit der DSN-Station bei Canberra/Australien in Verbindung und überträgt weitere Daten. In dem derzeitigen abgesicherten Betriebsmodus sind die Funktionen der Raumsonde jedoch auf ein notwendiges Minimum reduziert. Wissenschaftliche Daten werden in dieser Zeit dagegen nicht gesammelt. Zumindestens für die aufzunehmenden Fotos von Pluto und seinen Monden hat dies derzeit keine signifikanten Auswirkungen, da das ‚Arbeitsprogramm‘ der Raumsonde für den gesamten gestrigen Tag keine weiteren Fotoaufnahmen vorsah. Am heutigen Tag sollten dagegen einige Fotos angefertigt werden, auf welche die Wissenschaftler jetzt allerdings verzichten müssen. Auch für den 6. Juli ist lediglich eine einzige Aufnahme vorgesehen.

Unabhängig von dem derzeitigen Problem wird der Vorbeiflug von New Horizons am Pluto zumindestens aus technischer Sicht wie vorgesehen erfolgen, da bis zu dem Encounter keine weiteren Kurskorrekturmanöver durchgeführt werden müssen. Für diesen Vorbeiflug ist die Raumsonde von vornherein so programmiert, dass sie sich in den neun Tagen rund um den eigentlichen Flyby beim Auftreten von unvorhergesehenen technischen Problemen nicht in einen Sicherheitsmodus versetzen wird.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 10,4 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Der Beitrag New Horizons – Vorübergehender Sicherheitsmodus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, NASA.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner Monde, bei der sieben verschiedene Instrumente zum Einsatz kommen. Erst vor wenigen Wochen war die LORRI-Kamera der Raumsonde in der Lage, erstmals alle fünf bisher bekannten Monde des Pluto abzubilden (Raumfahrer.net berichtete).

Kurskorrekturmanöver
Diese Aufnahmen werden unter anderem erstellt, um fortlaufend die exakte Flugbahn der Raumsonde zu bestimmen und zu ermitteln, ob zwecks der erfolgreichen Durchführung des für den 14. Juli 2015 vorgesehenen Vorbeifluges am Pluto ein weiteres Kurskorrekturmanöver notwendig ist. Auf den so gewonnenen Daten basierend wurde bereits am 14. Juni ein entsprechendes Manöver durchgeführt. Im Rahmen einer um 06:05 MESZ beginnenden und 45 Sekunden andauernden Aktivierung der Triebwerke wurde die Geschwindigkeit der Raumsonde dabei um einen Wert von 52 Zentimetern pro Sekunde verändert.

Ohne dieses Korrekturmanöver, so der „New Horizons Encounter Mission Manager“ Mark Holdridge vom Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland, von wo aus die Raumsonde kontrolliert und gesteuert wird, hätte New Horizons am 14. Juli den angestrebten Rendezvouspunkt mit Pluto rund 84 Sekunden früher erreicht als beabsichtigt. Um 12:23 MESZ erreichten erste Telemetriedaten das Kontrollzentrum am JHU/APL, welche Auskunft über den Zustand der Raumsonde nach dem Abschluss des Manövers gaben. Die Auswertung dieser Daten zeigte, dass das Manöver wie vorgesehen ausgeführt wurde. New Horizons befindet sich ‚auf Kurs‘ und alle Systeme und Instrumente der Raumsonde arbeiten wie vorgesehen. Abhängig von der weiteren Auswertung der aktuellen Flugbahn könnte ein weiteres Korrekturmanöver nötig sein, welches in diesem Fall am 24. Juni durchgeführt werden soll.

Suche nach potentiell gefährlichen Objekten
Zugleich dienen diese Aufnahmen jedoch auch der Suche nach weiteren, bisher unentdeckten Monden und der Klärung der Frage, ob dieser Zwergplanet eventuell von einem Ringsystem umgeben ist, denn nicht nur die Gasplaneten unseres Sonnensystems, sondern auch verhältnismäßig kleine planetare Objekte können offensichtlich von solchen aus Staubpartikeln und Eiskristallen bestehenden Ringen umgeben sein (Raumfahrer.net berichtete). Sollte dies auch bei Pluto der Fall sein, so könnte dies eine ernsthafte Gefahr während der Durchführung des Pluto-FlyBys darstellen. Da sich New Horizons während der Passage des Plutosystems mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Sekunde relativ zum Pluto bewegen wird, könnte bereits die Kollision mit nur millimetergroßen Staubpartikeln zu ernsthaften Beschädigungen und Systemausfällen führen. Eine auf die eventuelle Existenz eines solchen Ringsystems im Bereich des Pluto bezogene Studie wurde zum Beispiel im Jahr 2014 von P. M. Pires dos Santos et al. veröffentlicht.

Aktuelle Untersuchungen der Astronomen Mark R. Showalter und Douglas P. Hamilton deuten jedoch darauf hin, dass der Zwergplanet aufgrund des variablen Gravitationsfeldes und der dadurch bedingten Schwerkraftverhältnisse des Pluto-Charon-Systems sehr wahrscheinlich nicht von einem Ringsystem umgeben ist. Auch die Existenz weiterer Monde wird mittlerweile für eher unwahrscheinlich gehalten. Stabile Orbits für bisher unentdeckte Monde befinden sich demzufolge lediglich jenseits des äußeren Plutomondes Hydra oder aber in der unmittelbaren Nähe des Zwergplaneten.

Die bisherige Suche nach potentiell gefährlichen Objekten in der Umgebung des Pluto verlief allerdings ergebnislos. Sollten jenseits der Bahn des Mondes Charon – des innersten und mit Abstand größten Plutomondes – trotzdem bisher unentdeckte Monde existieren, so müssten diese rund vier mal lichtschwächer ausfallen als der Mond Styx – der kleinste Begleiter des Zwergplaneten. Auch über die Eigenschaften eines eventuellen Ringsystems kann das für die Suche nach für die Raumsonde potentiell gefährlichen Objekten zuständige „New Horizons Hazard Detection Team“ Aussagen tätigen.

Dieses Ringsystem müsste demzufolge über eine geringe Ausdehnung und Materialdichte verfügen und würde weniger als den fünfmillionsten Teil des einfallenden Sonnenlichts reflektieren. Ansonsten wäre die LORRI-Kamera bereits in der Lage gewesen, diese Ringe abzubilden. Am 15. Juni begann eine weitere Suchkampagne nach bisher unentdeckten Objekten. Die Resultate dieser Kampagne sollen nach dem Abschluss der Auswertungen der dabei gewonnenen und noch höher aufgelösten LORRI-Daten voraussichtlich am 25. Juni vorgestellt werden.

Eine erste Farbanimation
In der Zwischenzeit nähert sich New Horizons ihrem Ziel immer weiter an, so dass neben der LORRI-Kamera inzwischen auch das Kamerasystem RALPH zum Einsatz gebracht werden kann. Neben der Kartierung der Oberflächen von Pluto und Charon mit einer Auflösung von bis zu maximal 250 Metern pro Pixel kann dieses Kamerasystem auch dazu genutzt werden, um Farbaufnahmen anzufertigen. Zu diesem Zweck verfügt das Instrument über ein Sechs-Zentimeter-Teleskop, welches das Licht ‚einfängt‘ und anschließend zu zwei getrennten Subsystemen weiterleitet. Für die Anfertigung der Farbbilder ist die „Multispectral Visible Imaging Camera“ (kurz „MVIC“) zuständig, welche im sichtbaren und im nahinfraroten Lichtbereich bei 400 bis 975 Nanometern arbeitet. Eine ausführlichere Beschreibung der Ralph-Kamera finden Sie hier in englischer Sprache.

Aus neun Aufnahmen der RALPH-Kamera, welche zwischen dem 29. Mai und dem 3. Juni 2015 unter der Verwendung von „Blau“-, „Rot“- und „Nah-Infrarot“-Filtern erstellt wurden, hat das New Horizons-Team jetzt eine kurze Video-Sequenz erstellt, auf der auch erstmals in Farbe zu erkennen ist, wie der rund 2.310 Kilometer durchmessende Zwergplanet Pluto zusammen mit seinem größten Begleiter, dem etwa 1.212 Kilometer großen Mond Charon, ein gemeinsames Massezentrum umkreisen. Die Aufnahmen zeigen die beiden Objekte fast in Echtfarben, verfügen jedoch aufgrund der geringen Auflösung über eine extrem pixelige Form.

Dies soll sich jedoch in den kommenden Wochen ändern. „Die Farbaufnahmen werden in Zukunft noch viel besser werden und die Oberflächen von Pluto und Charon bis in den Kilometerbereich hinein auflösen“, so Cathy Olkin vom Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder im US-Bundesstaat Colorado, die stellvertretende Projektwissenschaftlerin der Mission. „Diese Daten werden uns dabei helfen, die Natur der Oberflächen und die dort ablaufenden Prozesse zu entschlüsseln.“

„Es ist aufregend Pluto und Charon in Bewegung und zudem erstmals in Farbe zu sehen“, so Dr. Alan Stern vom SwRI, der für die New Horizons-Mission verantwortliche wissenschaftliche Projektleiter. „Selbst bei dieser geringen Auflösung können wir erkennen, dass beide Objekte unterschiedlich gefärbt sind. Pluto erscheint beige-orange während sich Charon in einem grauen Farbton präsentiert. Die möglichen Ursachen für diesen Unterschied werden derzeit von uns diskutiert.“

Aber auch die Aufnahmen der LORRI-Kamera von New Horizons enthüllen mittlerweile immer mehr Details von der Plutooberfläche. Die nebenstehend gezeigten Fotos wurden zwischen dem 29. Mai und dem 2. Juni 2015 aus Abständen zwischen rund 55 bis hin zu etwa 50 Millionen Kilometern angefertigt. Auf der gesamten dabei abgebildeten Oberfläche des Zwergplaneten lassen sich helle und dunkle Regionen erkennen. Speziell auf der nördlichen Pluto-Hemisphäre – hier im unteren Bereich der Aufnahmen erkennbar – scheint ein ausgedehntes dunkles Gebiet zu existieren. Die scheinbare ‚Deformation‘ des Pluto ist durch die Bildbearbeitung bedingt. In Wirklichkeit verfügt der Zwergplanet sehr wohl über eine kugelförmige Gestalt.

Zeitnahe Freigabe der LORRI-Aufnahmen
Die bisher von der LORRI-Kamera angefertigten Aufnahmen finden Sie auch auf dieser Internetseite des JHU/APL. Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind allerdings nicht nachträglich bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem nur in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden hier neben allgemeinen Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmezeitpunkt und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem jeweiligen Foto veröffentlicht. Auch weiterhin sollen auf dieser Internetseite die zukünftig anzufertigenden Aufnahmen der LORRI-Kamera der interessierten Öffentlichkeit innerhalb von lediglich maximal 48 Stunden zur Verfügung gestellt werden.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 26,9 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,78 Kilometern pro Sekunde an. Die Distanz der Raumsonde zu unserem Heimatplaneten beträgt dagegen zur Zeit etwa 4.747 Millionen Kilometer. Funksignale, welche zwischen New Horizons und der Erde ausgetauscht werden, benötigen für die Überbrückung dieser Distanz eine Signallaufzeit von etwa 4,4 Stunden. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Der Beitrag Pluto und Charon – Erstmals in Farbe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roman van Genabith. Quelle: Fiat Physica, NASA, One Earth Message, Space.com.

Mit den beiden 1977 gestarteten legendären Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 gelangten erstmals Botschaften, die von der Menschheit berichteten, ins All. Die „Golden Records“ , Datenscheiben mit einer optimistisch geschätzten Haltbarkeit von 500 Millionen Jahren, zusammengestellt von einem Wissenschaftlerteam unter der Leitung des US-Astrophysikers und Exobiologen Carl Edward Sagan, beinhalteten einige Basisinformationen über das Leben auf der Erde und ihre Position in der Galaxis und sollten Zeugnis von de Menschheit ablegen, auch lange nach dem Ende ihrer Existenz.

Abgesehen von verschiedenen kritischen Positionen, die unter anderem eine verzerrte Darstellung der Menschheit konstatierten, bleibt die Idee einer Botschaft an Außerirdische mehr eine kühne Fiktion. Das zeigt sich auch an der Tatsache, dass die Science-Fiction-Schriftststeller Isaac Asimov, Arthur C. Clarke sowie Robert A. Heinlein als externe Berater in das Projektteam geholt wurden.

In jedem Fall aber muss eine Botschaft an hypothetische Außerirdische von extrem langer Haltbarkeit sein, was nur zu deutlich wird, betrachtet man die Zeitspanne, die Voyager 1 benötigt hat, um überhaupt bis an die Grenzen unseres Sonnensystems vorzustoßen, Raumfahrer.net berichtete.

Generell scheint der Ansatz zur Nutzung analog kodierter Datenträger plausibel, wenn die Absicht verfolgt wird, lange haltbare Botschaften durch das Vakuum zu transportieren. So gesehen wirkt die Idee von Golden-Record-Chefdesigner Jon Lomberg auf den ersten Blick mehr als infantile Spielerei mit einer Raumsonde am Ende ihrer Dienstzeit, doch die Fragestellung hinter der Initiative „One Earth Message“ geht tiefer.

Grüße von der Erde
Am 14. Juli 2015 passiert New Horizons Pluto. Der Vorbeiflug wird der Höhepunkt der langen Reise, bevor die Sonde auf ihrem weiteren Flug noch einen Blick auf ein Kuiper Belt Object (KBO) werfen soll, Raumfahrer.net berichtete.

Nachdem Ende der wissenschaftlichen Aktivitäten könnte die Sonde zum Botschafter werden. 150 MB beträgt die Größe des Datenpakets, das die Initiatoren von „One Earth Message“ an New Horizons übertragen möchten, portioniert in 100 Fotos und etwa eine Stunde Ton. Videos sind nicht darunter, sie würden zu viel Speicherplatz schlucken. „Wir schreiben einen Haiku, keinen Roman,“ verdeutlicht Lomberg.

Die digitale Speicherung an Bord der Sonde kann mangels entsprechender Datenträger nur im Massenspeicher des Bordrechners erfolgen, was eine dramatisch verkürzte Haltbarkeit der Botschaften im Vergleich zu den recht langlebigen Platten der Voyagersonden impliziert.

Im nicht flüchtigen Speicher der Sonde abgelegt übersteht das Datenpaket zwar das endgültige Herunterfahren des Bordrechners, wenn die Sonde keine Energie mehr bekommt, doch dürfte der Massenspeicher an Bord im Gewitter solarer und später kosmischer Strahlung die Ewigkeit zu etwaigen fernen Sternen fraglos nicht überstehen. Das aber betrübt Lomberg und seine Mitstreiter nicht, für sie ist das Vorhaben nicht nur auf hypothetische Außerirdische weit draußen im Raum gerichtet, sondern ebenso sehr eine soziologische Fragestellung an den „Inner Space“.

„Dies ist nicht bloß ein Fotowettbewerb,“ so Lomberg im Gespräch mit dem US-Raumfahrtportal Space.com. „Es ist eine Methode, um herauszufinden, was Menschen mitteilen wollen. Wir werden nie erfahren, ob ein mögliches außerirdisches Volk unsere Botschaften empfängt, aber wir wissen, was es für die Menschen, die sich daran beteiligt haben, bedeutet sie auszusenden.“ Mit der Behauptung, das erste durch die Allgemeinheit komponierte Datenkonvolut zu versenden, liegt Lomberg indes nur halb richtig.

Bereits im Jahre 2008 erfolgte eine Transmission in Richtung des Exoplaneten Gliese 581 C, einer Supererde mit etwa fünffachem Erddurchmesser im Orbit des Roten Zwergs Gliese 581, im Sternbild Waage gelegen und etwa 20,4 Lichtjahre von der Erde entfernt. Erste Einschätzungen schienen auf einen Orbit innerhalb der Habitablen Zone hinzudeuten.

Die „A Message from Earth-Initiative“ brachte über die ukrainische AT-70 RADAR- und Radioteleskopanordnung eine digitale Zeitkapsel mit 501 Botschaften auf den Weg, über die zuvor von Besuchern eines Social-Media-Profils der Initiatoren abgestimmt wurde.

In der digitalen Speicherung sieht Lomberg auch Vorteile. „So sind wir deutlich flexibler,“ führt er aus. „Wir können etwa die Inhalte modifizieren oder ergänzen, so lange New Horizons in Reichweite ist. So könnte zum Beispiel eine Weltkarte übertragen werden, auf der die Fotos und Töne geografisch getaggt wurden.“

Nicht nur die Inhalte stammen von Menschen aus der ganzen Welt, auch die Finanzierung. „One Earth Message“ wird als Crowdfundingprojekt auf der Plattform „Fiat Physica“ platziert, die speziell für das Funding wissenschaftlicher Projekte ins Leben gerufen wurde. Bis zum 9. Juni 2015 wurden allerdings erst rund 3%, 1.445 Dollar der benötigten 500.000 Dollar, zugesagt, die bis zum Plutovorbeiflug in gut einem Monat eingeworben werden sollen.

Die NASA erwägt das Projekt zuzulassen, ob es allerdings noch während der wissenschaftlichen Nutzung der Sonde zur Ausführung kommen wird, sofern das Spendenziel überhaupt erreicht wird, scheint indes fraglich.

Kontroverser Kontakt
Die Idee einer Botschaft an Außerirdische führte überdies zu einigen bemerkenswerten Reaktionen. Beim Jahrestreffen der „American Association for the Advancement of Science“ in San Jose war die Frage über Sinn oder Unsinn einer METI-Initiative (Message to extraterrestrial intelligence) als aktives Gegenstück zum lange bekannten SETI-Ansatz Gegenstand lebhafter Debatten.

So hatte kurz zuvor der US-Physiker und SF-Autor David Brin mit einigen Mitstreitern eine Petition gegen METI-Aktivitäten verfasst. Brin verweist auf die möglicherweise fatalen Folgen einer erfolgreichen Kontaktaufnahme zu einer außerirdischen Zivilisation und vergleicht sie mit den Auswirkungen der Kolonisierung Lateinamerikas durch die Europäer.

Als Argument wird das in diesem Zusammenhang stets bemühte Bild einer Zivilisation herangezogen, die unserer Entwicklung um Millionen Jahre voraus ist und im Falle einer angenommen feindlichen Gesinnung zur tödlichen Gefahr für die Menschheit würde, nachdem sie durch irdische Funksignale auf diese aufmerksam wird.

Diese Position trifft sicher auf die Zustimmung des britischen Physikers Stephen Hawking, der schon vor Jahren warnte, eine außerirdische Zivilisation, die auf die Erde aufmerksam würde, hätte wahrscheinlich keine freundlichen Absichten. Nach Hawkings Vermutung handele es sich bei Besuchern aus dem All um Wesen, die die Rohstoffe ihrer eigenen Welt bereits total ausgebeutet haben und sich in der Folge an anderen Planeten bedienen, eine Sichtweise, deren simplifizierender Charakter durchaus an Plots von Filmen wie Independence Day erinnert.

Neben Wissenschaftsgrößen wie Hawking zählen John Rummel, ehemaliger Direktor der Abteilung für Planetare Verteidigung der NASA, und Elon Musk, Chef des privaten Raumfahrtkonzerns SpaceX zu den METI-Gegnern.

Der Umstand, dass auch eine millionenjahre-fortschrittlichere Kultur sich zunächst über einige grundlegende Gesetze der Physik hinwegsetzen müsste, um das Leben auf der Erde angreifen zu können, bleibt in dieser Argumentation unberücksichtigt.

Gibt man der Überlegung destruktiv orientierter Außerirdischer eine theoretische Chance, kämen höchstens Kontakte zu Planeten in relativer kosmischer Nähe als potenzielle Gefahrenquellen in Betracht. So wäre das Ziel der ukrainischen „A Message from Earth“-Initiative, der Exoplanet Gliese 581 C, ein theoretischer Kandidat für einen unfreundlichen Besuch. Im Jahre 2029 erreicht das Signal den Planeten, falls es sich nicht vorher zu sehr abschwächt.

Die rund 20 Lichtjahre Distanz zu Gliese 581 C verschaffen der Menschheit allerdings noch eine Gnadenfrist bis zu einem möglichen Konterschlag der Außerirdischen. Selbst wenn eine unmittelbare Reaktion erfolgte, verblieben noch deutlich mehr als die 20 Jahre einer angenommenen Reise mit Lichtgeschwindigkeit, nämlich mehrere Jahrhunderte oder wahrscheinlicher Jahrtausende.

Doch auch dieser wage Anlass einer Besorgnis besteht inzwischen nicht mehr. Neuere Prognosen über Kreisbahn und Klima von Gliese 581 C eines deutschen Wissenschaftlerteams deuten darauf hin, dass die durchschnittlichen Temperaturen aufgrund der geringen Entfernung des Planeten zum Zentralstern von einem Vierzehntel AE für erdähnliches Leben vermutlich deutlich zu hoch liegen.

Unter den 501 Botschaften im Signal von „A Message from Earth“ finden sich neben persönlichen Motiven der Einsender vor allem Ansichten der Erde, herausragender Landmarken und von Menschen errichteter Bauwerke wie dem London Eye oder Edinburgh Castle, sowie Bilder von Personen der Zeitgeschichte wie Hillary Clinton oder Cheryl Cole.

„Ich weiß, dass viele dieser Botschaften eher naiven Charakters sind,“ erklärt Dr. Alexander Zaitsev, Initiator des Projekts. „Ich hoffe, wir erhalten durch dieses Vorhaben frische und kreative Perspektiven zu dieser Thematik. Mit diesem Vorsatz liegt er gar nicht weit von den Protagonisten hinter „One Earth Message“ entfernt.

Letztendlich scheinen die meisten Initiativen, Botschaften zu den Sternen zu senden, weniger vom Wunsch nach dem Kontakt zu Außerirdischen, als viel mehr vom Streben nach einem besseren Verständnis von Wünschen und Sehnsüchten der Menschen getrieben.

METI auf YouTube:

• One Earth Message
• A Message from Earth

Der Beitrag Botschaften der Menschheit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, Hubble Space Telescope, ESA, Nature. Vertont von Peter Rittinger.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner Monde. Erst kürzlich war die LORRI-Kamera der Raumsonde in der Lage, erstmals alle fünf bisher bekannten Monde des Pluto abzubilden (Raumfahrer.net berichtete).

Diese Aufnahmen wurden und werden aktuell immer noch in erster Linie erstellt, um die exakte Flugbahn der Raumsonde zu bestimmen und zu ermitteln, ob für die erfolgreiche Durchführung des für den 14. Juli 2015 vorgesehenen Vorbeifluges am Pluto ein weiteres Kurskorrekturmanöver notwendig ist.

Zugleich dienen diese Aufnahmen jedoch auch der Suche nach weiteren, bisher unentdeckten Monden und der Klärung der Frage, ob dieser Zwergplanet eventuell von einem Ringsystem umgeben ist, denn nicht nur die Gasplaneten unseres Sonnensystems, sondern auch verhältnismäßig kleine planetare Objekte können offensichtlich von solchen aus Staubpartikeln und Eiskristallen bestehenden Ringen umgeben sein (Raumfahrer.net berichtete). Sollte dies auch bei Pluto der Fall sein, so könnte dies eine ernsthafte Gefahr während der Durchführung des Pluto-FlyBys darstellen. Eine auf die eventuelle Existenz eines solchen Ringsystems im Bereich des Pluto bezogene Studie wurde zum Beispiel im Jahr 2014 von P. M. Pires dos Santos et al. veröffentlicht.

Zugleich können durch die Auswertung solcher Aufnahmen jedoch auch die Bahnparameter der bisher bekannten Monde des Pluto eingegrenzt und weiter verfeinert werden. Hierfür greifen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler allerdings auch auf Daten zurück, welche in der Vergangenheit im Rahmen von entsprechenden Beobachtungskampagnen mit dem Weltraumteleskop Hubble gewonnen wurden.

Der 2.310 Kilometer durchmessende Zwergplanet Pluto umkreist zusammen mit seinem größten Begleiter, dem etwa 1.212 Kilometer großen Mond Charon, ein gemeinsames Massezentrum, welches sich mehr als 1.000 Kilometer außerhalb des Masseschwerpunktes des Pluto befindet. Zusätzlich bewegen sich um dieses gemeinsame Baryzentrum zudem die vier weiteren bisher bekannten, allerdings deutlich kleineren und somit auch masseärmeren Plutomonde Styx, Nix, Kerberos und Hydra.

Bahnresonanzen
Die sich dabei ergebenden Umlaufzeiten, Rotationsperioden und Bahnresonanzen der somit sechs innerhalb des Pluto-Systems befindlichen Objekte wurde jetzt von Mark R. Showalter vom SETI-Institut in Mountain View im US-Bundesstaat Kalifornien und von Douglas P. Hamilton von der Universität Maryland/USA eingehender analysiert. Dabei stellten die beiden Wissenschaftler unter der Verwendung von Daten, welche bereits in den Jahren 2005 bis 2012 mit dem Hubble Space Telescope gewonnen wurden, fest, dass sich die Monde Styx, Nix und Hydra in einem Resonanzverhältnis zu Pluto bewegen und diesen in dementsprechenden Zeitabläufen umkreisen.

Der Zwergplanet Pluto benötigt für eine vollständige Drehung um seine Rotatiosachse etwa sechs Tage, neun Stunden und 17 Minuten. Um den Pluto einmal vollständig zu umrunden benötigen die erwähnten Monde dagegen eine Zeitspanne, welche ziemlich genau dem Dreifachen, dem Vierfachen beziehungsweise dem Fünffachen dieses Werts entspricht. Allerdings, so die Wissenschaftler, ist das Schwerefeld des Pluto-Charon-Systems letztendlich auch dafür verantwortlich, dass sich für diese kleineren Monde auch ein Orbitverlauf ergibt, welcher mehr oder weniger ‚chaotisch‘ verläuft.

Keine gebundene Rotation
Bisher gingen die Wissenschaftler allgemein davon aus, dass die kleineren Monde des Pluto eine sogenannte gebundene Rotation aufweisen. Wie im Fall des Erdmondes sollten sie dem Zwergplaneten somit bei dessen Umkreisung immer die gleiche Seite der Oberfläche zuwenden.

Bei der Auswertung der Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zeigte sich jedoch, dass die vier kleineren Monde des Pluto sich nicht exakt in der Äquatorebene des Pluto-Charon-Systems bewegen, sondern dass deren Umlaufbahnen vielmehr minimal – es handelt sich hierbei um weniger als etwa ein Grad – gegen diese geneigt sind. In Kombination mit den leicht elliptisch verlaufenden Umlaufbahnen dieser Monde ergeben sich dadurch bedingt jedoch speziell für Nix und Hydra offensichtlich auch signifikante Auswirkungen auf den Verlauf der Umlaufbahnen und auf das jeweilige Rotationsverhalten.

Die im Rahmen der Beobachtungen gewonnenen Helligkeitskurven von Nix und Hydra deuten darauf hin, dass sich diese beiden Monde – bedingt durch das dominierende Schwerkraftfeld der beiden Hauptkörper Pluto und Charon – in einer Art chaotischer ‚Pendelbewegung‘ befinden und dem Pluto deshalb keineswegs immer die gleiche Hemisphäre präsentieren.

„Pluto und Charon umkreisen einander mit großer Geschwindigkeit und verursachen so sich ständig verändernde gravitative Anziehungskräfte, welche auch auf die kleineren Monde in der Nähe einwirken“, so Douglas P. Hamilton. „Diese sich ständig verändernden Gravitationskräfte machen die Bewegungen dieser Plutomonde unvorhersagbar. Das chaotische Rotationsverhalten wird dabei noch durch die Tatsache verstärkt, dass diese Monde nicht kugelförmig geformt sind, sondern von ihrer Gestalt her eher an Rugbybälle erinnern.“

„Vor der Auswertung der Hubble-Daten hat niemand mit einer derartig komplizierten Dynamik innerhalb des Plutosystems gerechnet“, so Mark R. Showalter. Sehr wahrscheinlich zeigen auch die Monde Kerberos und Styx ein ganz ähnliches chaotisches Bahnverhalten. Diese Vermutung ließ sich aber mit den bisherigen Beobachtungsdaten noch nicht bestätigen, weshalb in Zukunft weitere Untersuchungen bezüglich der Bahndynamiken erfolgen sollen. Neben weiteren Aufnahmen des Hubble Space Telescope und den in Kürze zu gewinnenden Daten der Raumsonde New Horizons setzen die Wissenschaftler hierbei auch auf das zukünftige James Webb Space Telescope.
Die Bewegung der kleineren Monde im Pluto-Charon-System könnte den Wissenschaftlern auch entscheidende Hinweise darauf geben, wie sich Exoplaneten bewegen, welche Bestandteil eines physischen Doppel- oder Mehrfachsternsystems sind. Chaotische Bewegungen, wie sie jetzt von Nix und Hydra registriert wurden, könnten bei Planeten in Doppelsternsystemen weit verbreitet sein und eventuell Einflüsse auf die dortige Wahrscheinlichkeit einer Entwicklung von Leben haben, so Douglas P. Hamilton.

Kerberos verfügt über eine ungewöhnlich dunkle Oberfläche
Bei der Auswertung der Hubble-Daten fiel den Wissenschaftlern zudem auf, dass der Mond Kerberos über eine Oberflächenfärbung verfügt, welche deutlich dunkler ausfällt als die Farbe der anderen Mondoberflächen. Die Oberflächen der Monde Styx, Nix und Hydra reflektieren laut dieser Studie in etwa 40 Prozent des auf sie einfallenden Sonnenlichtes zurück in das Weltall und weisen somit eine ähnlich hohe Albedo wie der Mond Charon auf.

Kerberos reflektiert dagegen lediglich etwa fünf Prozent des einfallenden Lichts. Dies deutet zur Überraschung der Planetologen auf eine abweichende chemische und mineralogische Zusammensetzung der Oberfläche von Kerberos hin. Eigentlich wurde erwartet, dass alle Monde des Pluto mit einer gleichmäßig zusammengesetzten Regolithschicht überzogen sind, welche sich im Laufe der Jahrmilliarden durch regelmäßig erfolgende Einschläge von Meteoriten und Kometenteilchen bildete. Bei Kerberos scheinen jedoch vermehrt kohlenstoffhaltige Materialien die Oberfläche zu bedecken.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden am 3. Juni 2015 von Mark R. Showalter und Douglas P. Hamilton unter dem Titel „Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons“ in der Fachzeitschrift Nature publiziert.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 47,8 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Fachartikel von Mark R. Showalter und Douglas P. Hamilton:

• Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons

Der Beitrag Mindestens zwei von Plutos kleineren Monden taumeln erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, SwRI, The Planetary Society. Vertont von Peter Rittinger.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner Monde. Erst kürzlich zeigten sich dabei auf den Aufnahmen der LORRI-Kamera Hinweise darauf, dass zumindestens einer der Pole des Pluto von einer Kappe aus gefrorenem Stickstoff bedeckt sein könnte (Raumfahrer.net berichtete).

Die Monde des Pluto
Bereits seit längerem war die LORRI-Kamera zudem in der Lage, drei der derzeit fünf bekannten Monde, welche den Zwergplaneten umkreisen, abzubilden. Der größte und zugleich innerste der Plutomonde, der etwa 1.212 Kilometer durchmessende Mond Charon, wurde von der LORRI-Kamera bereits erstmals im Juli 2013 fotografiert. Erheblich komplizierter gestaltete sich dagegen die Abbildung der beiden deutlich kleineren Monde Hydra (geschätzter Durchmesser zwischen 61 und 167 Kilometern) und Nix (geschätzter Durchmesser zwischen 46 und 137 Kilometern), welche aufgrund ihrer geringen Größen und der damit verbundenen niedrigen Helligkeit von lediglich 22,96 beziehungsweise 23,41 mag erst im Jahr 2005 auf Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble entdeckt wurden.

Trotzdem konnten auch diese beiden Monde im Juli 2014 beziehungsweise im Januar 2015 erstmals mit dem LORRI-Kamerasystem abgebildet werden (Raumfahrer.net berichtete). Die noch kleineren Plutomonde Kerberos (zehn bis 40 Kilometer Durchmesser) und Styx (sieben bis 25 Kilometer), welche erst in den Jahren 2011 beziehungsweise 2012 ebenfalls mit dem Hubble Space Telescope entdeckt wurden, waren dagegen zunächst zu lichtschwach, um ebenfalls mit der LORRI-Kamera erfasst zu werden. Dies beiden kleinsten der bisher entdeckten Plutomonde sind nochmals deutlich lichtschwächer als Nix und Hydra.

Diese Situation hat sich jedoch mittlerweile aufgrund der zunehmenden Annäherung der Raumsonde New Horizons an ihr Ziel geändert. Auf verschiedenen Aufnahmen, welche von der LORRI-Kamera zwischen dem 25. April und dem 1. Mai 2015 aus einer Entfernung von etwa 88 Millionen Kilometern angefertigt wurden, sind jetzt auch diese beiden Monde erkennbar. Die für die Erstellung der Aufnahmen verantwortlichen Wissenschaftler verwendeten hierzu eine spezielle Technik, bei der zunächst jeweils fünf über je zehn Sekunden belichtete Einzelaufnahmen überlagert und anschließend bearbeitet wurden. Durch diese Prozessierung entstand auch der in den Aufnahmen erkennbare Blooming-Effekt, durch den der Zwergplanet Pluto und der unmittelbar rechts von diesem gelegene Mond Charon überbelichtet und ‚verzerrt‘ erscheinen.

Zeitnahe Freigabe der Aufnahmen
Die bei dieser Beobachtungskampagne angefertigten Aufnahmen finden Sie auch auf dieser Internetseite des Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland, von wo aus die Raumsonde kontrolliert wird. Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind allerdings nicht nachträglich bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem nur in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden hier neben allgemeinen Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmezeitpunkt und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem jeweiligen Foto veröffentlicht. Auch weiterhin sollen auf dieser Internetseite die zukünftig anzufertigenden Aufnahmen der LORRI-Kamera der interessierten Öffentlichkeit innerhalb von lediglich maximal 48 Stunden zur Verfügung gestellt werden.

Datenübertragung zwecks ‚Housekeeping‘
Beginnend mit dem heutigen Tag wird die Raumsonde New Horizons ihre Fotokampagne des Pluto und seiner Monde jedoch zunächst erst einmal unterbrechen, denn während der kommenden 14 Tage wird die Hauptantenne der Raumsonde – eine 2,1 Meter durchmessende Parabol-Hochgewinnantenne – direkt auf die Erde gerichtet sein. Diese Orientierung der Raumsonde im Weltall erlaubt es, die im Verlauf der vergangenen Wochen gesammelten Daten mit einer möglichst effizienten Übertragungsrate an das Deep Space Network (kurz „DSN“) der NASA zu übermitteln und so den Speicherbereich des Bordcomputers für zukünftig zu gewinnende Bildaufnahmen und Messdaten zu leeren. In den kommenden Tagen dürften somit auch weitere Aufnahmen auf der zuvor erwähnten Internetseite des JHU/APL veröffentlicht werden.

Suche nach weiteren Monden und einem eventuellen Ringsystem
Am 28. Mai 2015 wird die LORRI-Kamera dann erneut auf den Pluto gerichtet und von diesem Tag an bis unmittelbar nach dem Pluto-Vorbeiflug fast täglich neue Aufnahmen von dem Zwergplaneten und von dessen Monden anfertigen, welche dabei eine immer höhere Auflösung erreichen werden. Durch diese Aufnahmen erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler zunächst bessere Angaben bezüglich der Durchmesser, der Bahnparameter und der Rotationsperioden der verschiedenen Monde des Pluto. Speziell die bisher zur Verfügung stehenden Parameter der vier kleineren Monde sind diesbezüglich immer noch mit großen Unsicherheiten behaftet. Durch genauere Angaben können zum einen die für die nächsten Monate vorgesehenen Beobachtungssequenzen dahingehend optimiert werden, dass dabei ein maximaler wissenschaftlicher Output ermöglicht wird.

Zusätzlich sollen diese Aufnahmen jedoch auch genutzt werden, um in der Umgebung des Pluto nach weiteren, bisher unbekannten Monden zu suchen und zu ergründen, ob der Zwergplanet eventuell von einem Ringsystem umgeben ist, denn nicht nur die Gasplaneten unseres Sonnensystems, sondern auch verhältnismäßig kleine planetare Objekte können offensichtlich von solchen aus Staubpartikeln und Eiskristallen bestehenden Ringen umgeben sein (Raumfahrer.net berichtete). Sollte dies auch bei Pluto der Fall sein, so könnte dies eine ernsthafte Gefahr während der Durchführung des Pluto-FlyBys darstellen. Eine auf die eventuelle Existenz eines solchen Ringsystems im Bereich des Pluto bezogene Studie wurde zum Beispiel im Jahr 2014 von P. M. Pires dos Santos et al. veröffentlicht.

New Horizons wird den Pluto am 14. Juli 2015 mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Sekunde beziehungsweise 50.400 Kilometern pro Stunde passieren. Sollte die Raumsonde dabei unvorhergesehenerweise mit Staubpartikeln kollidieren, so würde dies sehr wahrscheinlich bereits dann zu ernsthaften Beschädigungen oder eventuell sogar zu einem Totalverlust der Mission führen, wenn diese Partikel lediglich über Durchmesser von wenigen Millimetern verfügen. Durch eine rechtzeitige Entdeckung von solchen den Zwergplaneten umgebenden Ringen oder von kleineren Monden wäre es jedoch noch bis zum 4. Juli 2015 möglich, die derzeit für den Pluto-Vorbeiflug vorgesehene Flugbahn abzuändern und trotzdem die vorgesehenen Untersuchungen durchzuführen.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 71,8 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,79 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Der Beitrag New Horizons fotografiert auch Plutos kleinste Monde erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, The Planetary Society.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren, in denen eine Distanz von rund fünf Milliarden Kilometern zurückgelegt wurde, immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner bisher fünf bekannten Monde. Neben der LORRI-Kamera, welche in regelmäßigen Abständen Aufnahmen des Pluto anfertigen wird, erfolgen dabei gegenwärtig auch Messungen und Analysen der interplanetaren Staubpartikel, der energiereichen Teilchen in dieser Region des Sonnensystems sowie des Sonnenwindes (Raumfahrer.net berichtete).

Bereits am 29. April 2015 veröffentlichte das für den wissenschaftlichen Betrieb der Raumsonde verantwortliche Team weitere Aufnahmen von Pluto und von Charon – dem größten der Monde des Zwergplaneten. Auf diesen Bildsequenzen ist zu erkennen, wie diese beiden etwa 2.310 beziehungsweise 1.212 Kilometer durchmessenden Objekte innerhalb von 6,4 Tagen ihr gemeinsames Baryzentrum umkreisen. Die entsprechenden Aufnahmen wurden von der LORRI-Kamera zwischen dem 12. und dem 18. April 2015 aus Entfernungen zwischen etwa 111 und 104 Millionen Kilometern zum Pluto angefertigt. Aufgrund der dabei verwendeten kurzen Belichtungszeit von jeweils einer Zehntelsekunde sind die restlichen vier Monde des Pluto, welche über deutlich geringere Durchmesser verfügen (Raumfahrer.net berichtete), auf diesen Aufnahmen nicht erkennbar.

Auf den nachträglich bearbeiteten Versionen dieser Fotos sind dafür jedoch zur Überraschung der beteiligten Wissenschaftler erstmals Helligkeitsunterschiede auf der Oberfläche von Pluto sichtbar. Eigentlich wurde erwartet, dass es noch vier weitere Wochen dauern würde, bis die LORRI-Kamera helle und dunkle Oberflächenregionen erfassen und unterscheiden kann. Durch eine spezielle Technik, dem Stacking mehrerer Aufnahmen der LORRI-Kamera, konnte diese ‚Wartezeit‘ jetzt jedoch deutlich verkürzt werden.

Einer der dabei allerdings nur unscharf erkennbaren hellen Flecken befindet sich direkt über einer der beiden Polarregionen des Zwergplaneten. Diese Struktur könnte ein Anzeichen dafür sein, dass sich hier eine aus gefrorenem Stickstoff bestehende Polarkappe befindet. Für eine genaue Analyse und Interpretation bedarf es jedoch noch besserer Aufnahmen. Und diese sollen bereits in Kürze angefertigt werden.

„Mit der fortschreitenden Annäherung an das Pluto-System werden jetzt immer mehr Oberflächenstrukturen wie etwa diese helle Region in der Nähe des Pols von Pluto sichtbar“, so John M. Grunsfeld, der für das Wissenschaftsprogramm der US-amerikanischen Weltraumbehörde zuständige NASA-Administrator. „Die Daten, welche New Horizons dabei sammeln wird, werden uns dabei helfen, die Geheimnisse von Pluto zu entschlüsseln.“

„Nach einer über neun Jahre andauernden Reise durch das Weltall ist es atemberaubend zu verfolgen, wie sich Pluto von dem kleinen, unscheinbaren Lichtpunkt, den er von der Erde aus betrachtet darstellt, vor unseren Augen in einen real existierenden Ort verwandelt“, so Dr. Alan Stern vom Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder im US-Bundesstaat Colorado, der für die New Horizons-Mission verantwortliche wissenschaftliche Projektleiter. „Diese unglaublichen Bilder sind die ersten Aufnahmen, auf denen Details von Pluto erkennbar sind. Sie zeigen uns, dass Pluto über eine komplexe Oberfläche verfügen muss.“
Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 85 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland. In den kommenden Wochen und Monaten wird sich die Qualität der Aufnahmen der Raumsonde somit immer weiter verbessern.

„Wir können derzeit nur Vermutungen darüber anstellen, welche Überraschungen wohl enthüllt werden, sobald New Horizons im Sommer [genauer gesagt am 14. Juli 2015] die Oberfläche von Pluto in einer Abstand von lediglich 12.500 Kilometern überfliegt“, so Hal Weaver, der zuständige Projektwissenschaftler der New Horizons-Mission vom JHU/APL. Eines dürfte jedoch sicher sein: Das Wissen der Menschheit über die im Kuiper-Gürtel unseres Sonnensystems befindlichen Himmelskörper wird sich dabei ungemein erweitern.

Zeitnahe Freigabe der Aufnahmen
Leider war es in der Vergangenheit üblich – und ist es stellenweise immer noch – dass die im Rahmen einer interplanetaren Forschungsmission erstellten Aufnahmen die interessierte Öffentlichkeit erst mit einer deutlichen Verzögerung von mehreren Monaten oder teilweise sogar erst Jahren erreichten. Diese Vorgehensweise wurde und wird von den beteiligten Wissenschaftlern damit begründet, dass sie einen gewissen Zeitraum benötigen, um anhand dieser Daten – welche ja immer wieder zuvor unbekannte Regionen unseres Sonnensystems offenbaren – wissenschaftliche Publikationen zu erstellen und zu publizieren. Sollten die entsprechenden Daten jedoch ‚zeitnah‘ freigegeben werden, so hätten auch nicht direkt an der Mission beteiligte Personen die Möglichkeit, diese Daten zu nutzen, auszuwerten und daraus resultierende Ergebnisse zu veröffentlichen.

Glücklicherweise sind die direkt in die Mission der Raumsonde New Horizons involvierten Wissenschaftler jedoch einer anderen Meinung. In der Regel lediglich maximal 48 Stunden nachdem die Aufnahmen der LORRI-Kamera die Erde erreichen, so eine kürzlich veröffentlichte Mitteilung, sollen diese Fotos zukünftig auf einer speziellen Internetseite der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Die entsprechende Seite kann hier aufgerufen werden.

Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind nicht bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden neben Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmedatum und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem Foto veröffentlicht. Ein entsprechendes Beispiel finden Sie hier.

Mit einem gewissen zeitlichen Einsatz, einer guten Bildbearbeitungssoftware und etwas Übung und Geschick dürften sich aus diesen RAW-Aufnahmen jedoch trotzdem ansehnliche Wiedergaben des Pluto-Systems erstellen lassen. Weitere für die Dekodierung und Bearbeitung dieser Aufnahmen behilfliche Informationen finden Sie auf dieser Internetseite der Planetary Society in englischer Sprache.

Unabhängig davon sollen die dann kalibrierten Daten der Raumsonde New Horizons auch in Zukunft in regelmäßigen Abständen innerhalb von neun Monaten bis spätestens einem Jahr nach ihrem Eingang auf der Erde im Planetary Data System (abgekürzt PDS) der NASA veröffentlicht werden.

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• New Horizons: Suche nach Folgeziel war erfolgreich! (19.Oktober 2014)

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