Letzte Aktualisierung: 2. August 2025

Physikalische Zusammensetzung transneptunischer Körper im Kuipergürtel

*Künstlerische Ansicht des Kuipergürtels, einer Region des Sonnensystems mit vielen kleinen Eis- und Felskörpern (in Grün) jenseits der Neptunbahn. Bildquelle:GNU-Lizenz für freie Dokumentation*

Der Kuipergürtel

Der Kuipergürtel liegt etwa 30 bis 50 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt und ist ein Gebiet, das von eisigen Körpern namens Transneptunianern bevölkert ist. Diese Objekte, von kleinen Körpern bis hin zu Zwergplaneten wie Pluto, stellen ein natürliches Labor zur Untersuchung der Zusammensetzung und physikalischen Entwicklung des äußeren Sonnensystems dar.

Physikalischer und chemischer Kontext

Die transneptunischen Körper des Kuipergürtels bestehen hauptsächlich aus Mischungen aus Eis und Gesteinsmaterialien. Die Durchschnittstemperatur in dieser Region ist extrem niedrig, typischerweise zwischen 30 und 50 K, was die Stabilität flüchtiger Verbindungen begünstigt, die näher an der Sonne sublimieren.

Die vorherrschenden Eisarten bestehen hauptsächlich aus Wasser (\(\mathrm{H_2O}\)), Kohlenmonoxid (\(\mathrm{CO}\)), Kohlendioxid (\(\mathrm{CO_2}\)), Methan (\(\mathrm{CH_4}\)) und Stickstoff (\(\mathrm{N_2}\)). Diese Eissorten sind oft mit komplexen organischen Komponenten und Silikaten vermischt und bilden eine Verbundstruktur.

Spektroskopische Analyse

Spektroskopische Untersuchungen im nahen Infrarot und Ultraviolett durch Teleskope wie Hubble sowie die Instrumente an Bord von New Horizons ermöglichten es, das Vorhandensein dieser Eissorten zu erkennen und zu quantifizieren. Beispielsweise erscheint die charakteristische Signatur von Methan bei etwa 1,7 und 2,3 Mikrometern, während die von Kristallwasser bei etwa 1,5 und 2,0 Mikrometern erkennbar ist.

Die relative Häufigkeit dieser flüchtigen Moleküle ermöglicht es, die Gesamtzusammensetzung zu rekonstruieren und die Oberflächentemperatur sowie die Textur des Regoliths abzuschätzen, der diese Körper bedeckt.

Physikalische Eigenschaften von Eis und Mineralien

Eis in einer kryogenen Umgebung weist spezifische mechanische Eigenschaften wie Plastizität und Bruchfestigkeit auf, die von ihrer kristallinen Struktur (amorph vs. kristallin) beeinflusst werden. Diese Eigenschaften beeinflussen die mögliche geologische Dynamik, beispielsweise die kryovulkanische Tektonik, die an bestimmten Objekten wie Triton oder Pluto beobachtet wird.

Die Porosität von Körpern, die oft auf 10 bis 50 % geschätzt wird, spielt eine entscheidende Rolle für ihre scheinbare Dichte und ihre innere thermische Entwicklung. Die Wärmeleitfähigkeit von gemischtem Eis ist bei niedrigen Temperaturen gering, was eine erhebliche Wärmedämmung begünstigt.

Vergleichstabelle der durchschnittlichen Zusammensetzung der wichtigsten transneptunischen Körper

Geschätzte durchschnittliche Massenzusammensetzung der Hauptkörper im Kuipergürtel
Name	Durchmesser	Wassereis	Methan (CH₄)	Stickstoff (N₂)	Silikatgesteine	Tholin / organisches C	Andere
Pluto	2376 km	30 %	0,5 %	1 %	65 %	2 %	1,5 %
Charon	1212 km	60 %	0%	0%	35 %	3 %	2 %
Eris	2326 km	25 %	2 %	1,5 %	68 %	2 %	1,5 %
Makemake	1430 km	20 %	2,5 %	2 %	70 %	3 %	2,5 %
Hauméa	1632 km	80 %	0%	0%	15 %	2 %	3 %
Orkus	917 km	50 %	0,5 %	0,5 %	44 %	3 %	2 %
Quaoar	1110 km	40 %	0,5 %	0,2 %	50 %	5 %	4,3 %
Gonggong	1230 km	45 %	1 %	0,5 %	48 %	3 %	2,5 %
Sedna	995 km	35 %	2 %	1 %	57 %	3 %	2 %
Ixion	650 km	50 %	1 %	0,5 %	44 %	3 %	1,5 %
Varuna	668 km	48 %	0,5 %	0,2 %	47 %	3 %	1,3 %
Salacia	854 km	52 %	0,5 %	0,3 %	43 %	3 %	1,2 %

Quelle: Zusammenfassung der Daten von MissionenNeue Horizonte, Sternbedeckungen und Spektroskopie (Brown et al., 2012; Barucci et al., 2011; Kiss et al., 2019; Licandro et al., 2021).