eso0908 – Science Release
2. März 2009
Mit dem Very Large Telescope der ESO haben Astronomen wertvolle neue Erkenntnisse über die Atmosphäre des Zwergplaneten Pluto gewonnen. Die Wissenschaftler fanden unerwartet große Mengen an Methan in der Atmosphäre und entdeckten außerdem, dass die Atmosphäre um etwa 40 Grad heißer ist als die Oberfläche, obwohl sie immer noch nur kühle minus 180 Grad Celsius erreicht. Diese Eigenschaften der Pluto-Atmosphäre könnten auf das Vorhandensein reiner Methanflecken oder einer methanreichen Schicht zurückzuführen sein, die die Oberfläche des Zwergplaneten bedeckt.
„Mit viel Methan in der Atmosphäre wird klar, warum die Pluto-Atmosphäre so warm ist“, sagt Emmanuel Lellouch, Hauptautor der Studie, in der die Ergebnisse vorgestellt werden.
Pluto, der etwa ein Fünftel so groß wie die Erde ist, besteht hauptsächlich aus Fels und Eis. Da er im Durchschnitt etwa 40 Mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, ist er eine sehr kalte Welt mit einer Oberflächentemperatur von etwa minus 220 Grad Celsius!
Seit den 1980er Jahren ist bekannt, dass Pluto auch eine dünne Atmosphäre hat, die aus einer dünnen Hülle besteht, die hauptsächlich aus Stickstoff, mit Spuren von Methan und wahrscheinlich Kohlenmonoxid besteht. Wenn sich Pluto auf seiner 248 Jahre dauernden Umlaufbahn von der Sonne entfernt, gefriert seine Atmosphäre allmählich und fällt zu Boden. In den Zeiten, in denen er sich näher an der Sonne befindet – wie jetzt – steigt die Temperatur der festen Oberfläche des Pluto an, wodurch das Eis zu Gas sublimiert.
Bis vor kurzem konnten nur die oberen Teile der Atmosphäre des Pluto untersucht werden. Durch die Beobachtung von Sternbedeckungen, einem Phänomen, das auftritt, wenn ein Körper des Sonnensystems das Licht eines Hintergrundsterns blockiert, konnten die Astronomen nachweisen, dass Plutos obere Atmosphäre etwa 50 Grad wärmer ist als die Oberfläche, also minus 170 Grad Celsius. Diese Beobachtungen konnten keinen Aufschluss über die Temperatur und den Druck der Atmosphäre nahe der Oberfläche des Pluto geben. Doch einzigartige neue Beobachtungen mit dem CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES), der am Very Large Telescope der ESO angebracht ist, haben nun gezeigt, dass die Atmosphäre insgesamt, nicht nur die obere Atmosphäre, eine mittlere Temperatur von minus 180 Grad Celsius hat und damit tatsächlich „viel heißer“ ist als die Oberfläche.
Im Gegensatz zur Erdatmosphäre befindet sich der größte Teil, wenn nicht sogar die gesamte Atmosphäre des Pluto in einer Temperaturinversion: Die Temperatur ist höher, je höher man sich in der Atmosphäre befindet. Die Änderung beträgt etwa 3 bis 15 Grad pro Kilometer. Auf der Erde nimmt die Temperatur unter normalen Umständen durch die Atmosphäre hindurch um etwa 6 Grad pro Kilometer ab.
„Es ist faszinierend, dass wir mit CRIRES in der Lage sind, Spuren eines Gases in einer Atmosphäre, die 100 000-mal dünner ist als die der Erde, auf einem Objekt, das fünfmal kleiner ist als unser Planet und sich am Rande des Sonnensystems befindet, genau zu messen“, sagt Mitautor Hans-Ulrich Käufl. „Die Kombination von CRIRES und VLT ist fast so, als hätte man einen fortschrittlichen Atmosphärenforschungssatelliten, der Pluto umkreist.“
Der Grund, warum Plutos Oberfläche so kalt ist, hängt mit der Existenz der Pluto-Atmosphäre zusammen und ist auf die Sublimation des Oberflächeneises zurückzuführen; ähnlich wie Schweiß den Körper kühlt, wenn er von der Hautoberfläche verdunstet, hat diese Sublimation eine kühlende Wirkung auf die Oberfläche von Pluto. In dieser Hinsicht hat Pluto einige Eigenschaften mit Kometen gemeinsam, deren Koma und Schweif durch sublimierendes Eis entstehen, wenn sie sich der Sonne nähern.
Die CRIRES-Beobachtungen zeigen auch, dass Methan das zweithäufigste Gas in Plutos Atmosphäre ist und ein halbes Prozent der Moleküle ausmacht. „Wir konnten zeigen, dass diese Mengen an Methan eine entscheidende Rolle bei den Heizprozessen in der Atmosphäre spielen und die erhöhte Atmosphärentemperatur erklären können“, sagt Lellouch.
Zwei verschiedene Modelle können die Eigenschaften der Pluto-Atmosphäre erklären. Im ersten gehen die Astronomen davon aus, dass Plutos Oberfläche mit einer dünnen Methanschicht bedeckt ist, die die Sublimation des Stickstofffrostes hemmt. Das zweite Szenario geht von der Existenz reiner Methanflecken auf der Oberfläche aus.
„Die Unterscheidung zwischen den beiden Szenarien erfordert weitere Untersuchungen des Pluto, während er sich von der Sonne entfernt“, sagt Lellouch. „Und natürlich wird uns auch die NASA-Raumsonde New Horizons weitere Hinweise liefern, wenn sie den Zwergplaneten im Jahr 2015 erreicht.“
Hinweise
Der atmosphärische Druck auf Pluto beträgt nur etwa ein Hunderttausendstel des Drucks auf der Erde, also etwa 0.015 Millibar.
Normalerweise ist die Luft in der Nähe der Erdoberfläche wärmer als die Luft darüber, vor allem weil die Atmosphäre von unten aufgeheizt wird, da die Sonneneinstrahlung die Erdoberfläche erwärmt, die wiederum die Schicht der Atmosphäre direkt darüber erwärmt. Unter bestimmten Bedingungen kehrt sich diese Situation um, so dass die Luft in der Nähe der Erdoberfläche kälter ist. Meteorologen nennen dies eine Inversionsschicht, die zu Smogbildung führen kann.
Weitere Informationen
E. Lellouch et al. 2009, A&A, in press, Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations.
Das Team besteht aus E. Lellouch, B. Sicardy, und C. de Bergh (Observatoire de Paris, Frankreich), H.-U. Käufl (ESO), S. Kassi und A. Campargue (Université Joseph Fourier, Frankreich).
Kontakte
Emmanuel Lellouch
Observatoire de Paris
Paris, Frankreich
Tel: +33 1 450 77 672
Email: [email protected]
Hans-Ulrich Käufl
ESO
Garching, Deutschland
Tel: +33 1 450 77 672 I92
Cell: +49 160 6365135
Email: [email protected]
Henri Boffin
ESO
Garching, Deutschland
Tel: +49 89 3200 6222 I92
Email: [email protected]
Valentina Rodriguez
ESO
Chile
Tel: +56 2 463 3123
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