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Ein riesiges herzförmiges Merkmal auf der Oberfläche von Pluto hat Astronomen fasziniert, seit die Raumsonde New Horizons der NASA es 2015 in einem Bild festgehalten hat. Jetzt glauben Forscher, dass sie das Rätsel gelöst haben, wie das charakteristische Herz entstanden ist – und es könnte neue Hinweise auf die Ursprünge des Zwergplaneten liefern.
Das Merkmal wird Tombaugh Regio zu Ehren des Astronomen Clyde Tombaugh genannt, der Pluto 1930 entdeckte. Aber das Herz besteht nicht nur aus einem Element, sagen Wissenschaftler. Und seit Jahrzehnten entziehen sich Details über die Höhe, die geologische Zusammensetzung und die ausgeprägte Form von Tombaugh Regio sowie seine stark reflektierende Oberfläche, die ein helleres Weiß als der Rest von Pluto hat, jeder Erklärung.
Ein tiefes Becken namens Sputnik Planitia, das den „linken Lappen“ des Herzens bildet, beherbergt einen Großteil von Plutos Stickstoffeis.
Das Becken erstreckt sich über eine Fläche von 745 Meilen mal 1.242 Meilen (1.200 Kilometer mal 2.000 Kilometer), was etwa einem Viertel der Fläche der Vereinigten Staaten entspricht, liegt aber auch 1,9 bis 2,5 Meilen (3 bis 4 Kilometer) niedriger als die meisten anderen Gebiete die Oberfläche des Planeten. Mittlerweile gibt es auch auf der rechten Herzseite eine Schicht aus Stickstoffeis, die jedoch viel dünner ist.
Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University/Southwest Research Institute/NASA
Die Raumsonde New Horizons machte am 14. Juli 2015 ein Bild von Plutos Herz.
Durch neue Forschungen zu Sputnik Planitia hat ein internationales Wissenschaftlerteam festgestellt, dass ein katastrophales Ereignis das Herz geschaffen hat. Nach einer Analyse mit numerischen Simulationen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass ein Planetenkörper mit einem Durchmesser von etwa 435 Meilen (700 Kilometern) oder etwa der doppelten Größe der Schweiz von Ost nach West wahrscheinlich zu Beginn der Geschichte des Zwergplaneten mit Pluto kollidierte.
Die Ergebnisse sind Teil einer Studie über Pluto und seine innere Struktur, die am Montag in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
Zuvor untersuchte das Team ungewöhnliche Merkmale im gesamten Sonnensystem, beispielsweise auf der anderen Seite des Mondes, die wahrscheinlich durch Kollisionen in den frühen, chaotischen Tagen der Systembildung entstanden sind.
Die Forscher erstellten die numerischen Simulationen mithilfe einer Software zur geglätteten Teilchenhydrodynamik, die als Grundlage für eine Vielzahl von Studien zu Planetenkollisionen gilt, um verschiedene Szenarien für mögliche Einschläge, Geschwindigkeiten, Winkel und Zusammensetzungen der Kollision des theoretischen Planetenkörpers mit Pluto zu modellieren.
Die Ergebnisse zeigten, dass der Planetenkörper wahrscheinlich in einem schrägen Winkel und nicht frontal auf Pluto prallte.
„Plutos Kern ist so kalt, dass der (Felsenkörper, der mit dem Zwergplaneten kollidierte) sehr hart blieb und trotz der Hitze des Aufpralls nicht schmolz, und dank des Aufprallwinkels und der geringen Geschwindigkeit schmolz der Kern des Impaktors nicht in Plutos Kern versinken, sondern als Spritzer darauf intakt bleiben“, sagte der Hauptautor der Studie, Dr. Harry Ballantyne, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Bern in der Schweiz, in einer Erklärung.
Aber was geschah mit dem Planetenkörper, nachdem er mit Pluto zusammenschlug?
„Irgendwo unter Sputnik befindet sich der übrig gebliebene Kern eines anderen massiven Körpers, den Pluto nie ganz verdaut hat“, sagte Studienkoautor Erik Asphaug, Professor am Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona, in einer Erklärung.
Das Team stellte fest, dass die Tropfenform von Sputnik Planitia ein Ergebnis der Frigidität von Plutos Kern sowie der relativ geringen Geschwindigkeit des Aufpralls selbst ist. Andere Arten schnellerer und direkterer Stöße hätten eine symmetrischere Form erzeugt.
„Wir sind es gewohnt, Planetenkollisionen als unglaublich intensive Ereignisse zu betrachten, bei denen man die Details außer Dingen wie Energie, Impuls und Dichte ignorieren kann. Aber im fernen Sonnensystem sind die Geschwindigkeiten viel langsamer und festes Eis ist stark, daher müssen Sie bei Ihren Berechnungen viel präziser sein“, sagte Asphaug. „Da beginnt der Spaß.“
Bei der Untersuchung der Herzfunktion konzentrierte sich das Team auch auf die innere Struktur von Pluto. Ein Einschlag zu Beginn der Geschichte von Pluto hätte zu einem Massendefizit geführt und dazu geführt, dass Sputnik Planitia im Laufe der Zeit, während sich der Planet noch bildete, langsam in Richtung Nordpol des Zwergplaneten wanderte. Dies liegt daran, dass das Becken nach den Gesetzen der Physik weniger massiv ist als seine Umgebung, erklärten die Forscher in der Studie.
Allerdings befindet sich Sputnik Planitia in der Nähe des Äquators des Zwergplaneten.
Frühere Untersuchungen deuten darauf hin, dass Pluto einen unterirdischen Ozean haben könnte, und wenn ja, wäre die Eiskruste über dem unterirdischen Ozean in der Sputnik-Planitia-Region dünner, was zu einer dichten Ausbuchtung flüssigen Wassers führen und eine Massenwanderung in Richtung Äquator verursachen würde Studienautoren sagten.
Die neue Studie bietet jedoch eine andere Erklärung für den Standort des Merkmals.
„In unseren Simulationen wird der gesamte Urmantel von Pluto durch den Einschlag ausgehöhlt, und wenn das Kernmaterial des Impaktors auf den Kern von Pluto spritzt, entsteht ein lokaler Massenüberschuss, der die Wanderung in Richtung Äquator erklären kann, ohne dass es einen Ozean unter der Oberfläche oder höchstens einen gibt.“ sehr dünn“, sagte der Co-Autor der Studie, Dr. Martin Jutzi, leitender Forscher für Weltraumforschung und Planetenwissenschaften am Physikalischen Institut der Universität Bern.
Kelsi Singer, eine leitende Wissenschaftlerin am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado und stellvertretende Hauptforscherin der NASA-Mission New Horizons, die nicht an der Studie beteiligt war, sagte, die Autoren hätten die Modellierung gründlich untersucht und ihre Hypothesen entwickelt , obwohl sie gerne „eine engere Verbindung zu den geologischen Beweisen“ gesehen hätte.
„Zum Beispiel vermuten die Autoren, dass der südliche Teil von Sputnik Planitia sehr tief ist, aber viele der geologischen Beweise wurden so interpretiert, dass sie darauf hindeuten, dass der Süden flacher ist als der Norden“, sagte Singer.
Die Forscher glauben, dass die neue Theorie über Plutos Herz mehr Licht auf die Entstehung des mysteriösen Zwergplaneten werfen könnte. Plutos Ursprünge blieben unklar, da er am Rande des Sonnensystems existiert und nur von der New Horizons-Mission aus der Nähe untersucht wurde.
„Pluto ist ein riesiges Wunderland einzigartiger und faszinierender Geologie, daher sind kreativere Hypothesen zur Erklärung dieser Geologie immer hilfreich“, sagte Singer. „Was helfen würde, zwischen verschiedenen Hypothesen zu unterscheiden, wären mehr Informationen über den Untergrund von Pluto. Das können wir nur erreichen, indem wir eine Raumsonde in die Umlaufbahn von Pluto schicken, möglicherweise mit einem Radar, das durch das Eis spähen kann.“