Charon: Ein unzertrennliches Duo mit Pluto

Charon, Plutons größter Mond

Abmessungen und Masse

Charon weist mehrere erstaunliche und einzigartige Merkmale auf. Charon hat einen Durchmesser von etwa 1.212 Kilometern, etwas mehr als die Hälfte des Durchmessers von Pluto. Er ist einer der größten Monde im Verhältnis zur Größe seines Planeten im Sonnensystem. Die Masse von Charon beträgt etwa 1,586 × 10²¹ Kilogramm, was etwa 12 % der Masse von Pluto entspricht.

Diese Masse und dieser Durchmesser verleiht Charon eine durchschnittliche Dichte von etwa 1,70 g/cm³, deutlich niedriger als die von Pluto (≈1,85 g/cm³). Dieser Unterschied deutet darauf hin, dass Charon proportional eisreicher ist: Seine innere Zusammensetzung wird auf etwa 55 % silikatische Gesteine und 45 % Eis (hauptsächlich Wasser) geschätzt, im Vergleich zu etwa 70 % Gestein bei Pluto. Dieser Zusammensetzungsunterschied ist ein wichtiger Hinweis auf die Entstehungsbedingungen von Charon.

Zusammensetzung und Oberfläche

Eine Kruste aus Wassereis

Die Oberfläche von Charon besteht hauptsächlich aus Wassereis mit Spuren von hydratisiertem Ammoniak und möglicherweise Methaneis. Diese Zusammensetzung unterscheidet sich von der von Pluto, das mehr flüchtige Eise wie Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid enthält.

Ein Relief, das vom Serenity-Tal geprägt ist

Die Oberfläche von Charon ist durch tiefe Canyons, Berge, Ebenen und Krater gekennzeichnet. Eines der bemerkenswertesten Merkmale ist der Serenity-Chasma-Canyon, der etwa 1.000 Kilometer lang und bis zu 9 Kilometer tief ist.

Das rote Rätsel der Mordor Macula

Der Nordpol von Charon weist eine rötliche Region auf, die Mordor Macula genannt wird. Diese Färbung ist wahrscheinlich auf die Anwesenheit von Tholinen zurückzuführen, komplexe organische Verbindungen, die durch die Bestrahlung von Methaneis entstehen.

Der Mechanismus des atmosphärischen Transfers von Pluto zu Charon

Der Prozess hinter der Mordor Macula ist im bekannten Sonnensystem einzigartig: Es handelt sich um einen Transfer von atmosphärischem Material von einem Körper zu einem anderen, ohne dass der empfangende Körper eine eigene Atmosphäre besitzt. Dieser Mechanismus wurde 2016 vom Team von Will Grundy (Lowell-Observatorium, New-Horizons-Mission) anhand der Daten des Vorbeiflugs von 2015 detailliert beschrieben.

Die dünne Atmosphäre von Pluto, die hauptsächlich aus Stickstoff und Methan besteht, entweicht kontinuierlich in den Weltraum. Obwohl Stickstoff das dominierende Gas ist, entweicht Methan, das leichter ist, etwa 500-mal schneller. In einer Entfernung von etwa 19.600 km fängt Charons Schwerkraft einen kleinen Teil dieses Methanstroms ein.

Das Pluto-Charon-System benötigt 248 Jahre, um die Sonne zu umkreisen, und seine Achse ist stark geneigt. Dadurch entstehen extreme Jahreszeiten an Charons Polen: mehr als ein Jahrhundert irdischer Dauer der kontinuierlichen Nacht, abwechselnd mit mehr als einem Jahrhundert kontinuierlichen Tages. Während dieser langen Polarnächte sinkt die Oberflächentemperatur auf nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt (etwa -257 °C), eine Kälte, die ausreicht, damit das eingefangene Methan kondensiert und sich direkt als Eis ablagert ("Kältefalle" oder Cold-Trapping).

Sobald es abgelagert ist, wird dieses gefrorene Methan sonnener Ultraviolettstrahlung und kosmischer Strahlung ausgesetzt. Diese Bestrahlung bricht die Methanmoleküle auf und fördert ihre Neukombination zu komplexen organischen Makromolekülen, den Tholinen, deren charakteristische rötlich-braune Farbe der Polregion ihr einzigartiges Aussehen verleiht. Wenn sich die Jahreszeiten ändern und der betroffene Pol wieder ins Licht kommt, sublimieren die noch vorhandenen flüchtigen Eise und kehren in den Weltraum zurück, aber die Tholine, die nicht flüchtig sind, bleiben auf der Oberfläche gefangen und sammeln sich über aufeinanderfolgende Jahreszeitenzyklen an.

Hinweis:
Dieses Modell erklärt auch, warum die Mordor Macula an den Polen konzentriert ist, anstatt über die gesamte Oberfläche von Charon verteilt zu sein: Nur die Polregionen erreichen während ihres Winters Temperaturen, die niedrig genug sind, um Methan dauerhaft einzufangen. Beobachtungen durch "Pluto-Shine" (von Pluto reflektiertes Sonnenlicht) deuten darauf hin, dass am Südpol von Charon eine zweite ähnliche Ablagerung existiert, die während des Vorbeiflugs von New Horizons im Juli 2015 im Dunkeln lag.

Geologie

Eisvulkane in der Vergangenheit: Eine diskutierte Hypothese

Bereits 2007 hatten bodengebundene Beobachtungen (Gemini-Teleskop) Ablagerungen von kristallinem Eis und Ammoniakhydraten auf der Oberfläche von Charon nachgewiesen. Da die Sonnenstrahlung normalerweise diese Art von Eis innerhalb von Zehntausenden von Jahren in eine amorphe Form zersetzt, deutete seine Anwesenheit in kristalliner Form auf eine junge Ablagerung hin, die zunächst einer vergangenen kryovulkanischen Aktivität zugeschrieben wurde (Auswurf von Wasser, Ammoniak oder Methan aus dem Inneren, das schnell an der Oberfläche gefriert).

Der Vorbeiflug von New Horizons im Jahr 2015 offenbarten jedoch keine aktiven Kryovulkane oder Geysire. Spätere Arbeiten stellen auch den kryovulkanischen Ursprung dieser kristallinen Ablagerungen infrage, und einige Forscher schlagen stattdessen eine passive Erneuerung von Eis und Ammoniak aus dem Untergrund vor, ohne eigentliche Ausbrüche. Die Kryovulkan-Hypothese bleibt daher diskutiert und nicht bestätigt.

Eine von Tektonik geprägte Kruste

Charon zeigt Anzeichen von tektonischer Aktivität mit Verwerfungen und Rissen, die darauf hindeuten, dass seine Kruste durch innere Kräfte gebrochen wurde. Dies könnte das Ergebnis der Kontraktion seines gefrorenen unterirdischen Ozeans oder der Abkühlung und Kontraktion des Inneren sein.

Wechselwirkung mit Pluto

Eine perfekte synchrone Rotation

Charon und Pluto befinden sich in synchroner Rotation, was bedeutet, dass sie sich immer dieselbe Seite zuwenden. Die Umlaufzeit von Charon um Pluto beträgt 6,387 Erdentage, was auch der Rotationsperiode von Charon entspricht.

Ein einzigartiges Binärsystem

Aufgrund der relativ großen Größe von Charon im Vergleich zu Pluto liegt der Massenschwerpunkt des Pluto-Charon-Systems (der Schwerpunkt) außerhalb von Pluto. Dies macht es zu einem einzigartigen Binärsystem im Sonnensystem.

Ursprung und Entwicklung

Ein riesiger Einschlag am Ursprung von Charon

Wahrscheinlich entstand Charon durch einen Rieseneinschlag zwischen Pluto und einem anderen Objekt des Kuipergürtels. Die Trümmer dieser Kollision hätten sich dann zu Charon zusammengeschlossen.

Ein unterirdischer Ozean, der heute verschwunden ist

Charon könnte einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser besessen haben, der durch die Wärme der radioaktiven Zerfallsprozesse aufrechterhalten wurde. Im Laufe der Zeit wäre dieser Ozean gefroren und hätte zu den heutigen geologischen Merkmalen des Mondes beigetragen.

Atmosphäre

Eine fast nicht existierende Atmosphäre

Im Gegensatz zu Pluto besitzt Charon keine nennenswerte Atmosphäre. Jede anfangs vorhandene Atmosphäre wäre wahrscheinlich zu schwach gewesen, um unter den Bedingungen von extremer Kälte und geringer Schwerkraft auf Charon zu bestehen.

Referenzen