Die Satelliten von Pluto: Seltsame Begleiter im Schatten des Zwergplaneten

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Von Charon bis Styx: Die Erkundung der verborgenen Welten um Pluto

Charon

Charon, entdeckt 1978 auf vergrößerten Bildern von Pluto durch James Walter Christy (geboren 1938), in Zusammenarbeit mit Robert Harrington, ist ein großer Satellit im Verhältnis zu Pluto. Der Durchmesser von Charon beträgt 1.212 ± 2 km (mittlerer Radius 606,0 ± 1,0 km), das ist etwas weniger als das 3-fache des Durchmessers unseres Mondes. Die Masse von Charon entspricht etwa einem Achtel der von Pluto (Massenverhältnis etwa 0,117), was ihn, proportional, zum größten bekannten natürlichen Satelliten im Verhältnis zu seinem Planeten macht.

Dieses infernalische Paar umkreist seinen gemeinsamen Schwerpunkt (Baryzentrum) wie zwei Objekte, die durch eine starre Mittelstange verbunden sind, wie eine Hantel. Charon befindet sich im Durchschnitt etwa 19.600 km von Pluto entfernt und bewegt sich mit einer Periode von 6,387221 Tagen um den Zwergplaneten, was der Rotationsperiode von Pluto entspricht: Die beiden Körper sind gegenseitig synchron, jeder zeigt permanent die gleiche Seite zum anderen. Charon enthält proportional mehr Eis als Pluto: Der Zwergplanet besteht zu etwa zwei Dritteln aus Gestein (nach Masse), während es bei Charon etwa 60 % sind, der somit als ein deutlich wassereisreicheres Objekt erscheint als sein Begleiter.

Hydra und Nix

Hydra und Nix sind zwei kleine Satelliten, die im Mai und Juni 2005 mit dem Hubble-Weltraumteleskop in der Umlaufbahn um Pluto entdeckt wurden von einem amerikanischen Team unter der Leitung von Hal Weaver (geboren 1953) und Alan Stern (geboren 1957). Die beiden Monde (P2 und P3) umkreisen das Baryzentrum des Systems in etwa 49.300 km bzw. 65.200 km Entfernung, viel weiter entfernt als Charon.

Kerberos

Ein vierter Mond wurde am 28. Juni 2011 von einem Team unter der Leitung von Mark Showalter (geboren 1957) mit dem Hubble-Weltraumteleskop entdeckt; seit 2013 trägt er den Namen Kerberos. Vor dem Vorbeiflug von New Horizons schien der gravitative Einfluss von Kerberos auf seine Nachbarn Nix und Hydra im Verhältnis zu seiner geringen Helligkeit unverhältnismäßig groß: Die Astronomen leiteten daraus eine Größe zwischen 13 und 34 km ab und nahmen eine dunkle Oberfläche an, um diese Zurückhaltung zu erklären. Die Nahaufnahmen der Sonde vom Juli 2015 widersprachen dieser Vorhersage völlig. Kerberos erwies sich als viel kleiner als erwartet (etwa 19 × 10 × 9 km) und vor allem viel heller, mit einer Albedo von etwa 50 %, vergleichbar mit den anderen kleinen Monden und ein Hinweis auf eine Oberfläche aus relativ reinem Wassereis. Seine zweilappige Form, bestehend aus zwei unterschiedlichen Massen von etwa 8 und 5 km Durchmesser, die aneinander haften, deutet darauf hin, dass er aus der Verschmelzung zweier kleinerer Körper entstanden ist.

Styx

Was P5, genannt Styx, betrifft, so wurde er am 26. Juni 2012 von demselben Team unter der Leitung von Mark Showalter entdeckt, während die Astronomen den Vorbeiflug der New Horizons-Mission vorbereiteten. Er ist der kleinste der vier kleinen Monde und der nächste an Pluto, mit einem äquivalenten Durchmesser von etwa 10,5 km und einer länglichen, unregelmäßigen Form, nahe der Kartoffelform.

N.B.:
Die New Horizons-Sonde, gestartet am 19. Januar 2006, war die erste Raumsonde, die Pluto besuchte. Sie wurde direkt auf eine solare Fluchtbahn mit einer Geschwindigkeit von etwa 16,26 km/s (58.500 km/h) relativ zur Erde gebracht und hält den Rekord für die höchste Startgeschwindigkeit, die jemals von einem von der Erde gestarteten Raumschiff erreicht wurde. Sie profitierte anschließend im Februar 2007 von einem Gravitationsschwung an Jupiter, der es ihr ermöglichte, etwa 4 km/s zusätzlich zu gewinnen und ihre Reise zu Pluto um mehrere Jahre zu verkürzen.

Tabelle: Vom Riesen Charon zu den kleinen Monden Plutos

Alle Monde umkreisen in einer nahezu koplanaren Ebene, was für einen gemeinsamen Ursprung (gigantische Kollision) spricht. Die kleinen Monde von Pluto, Nix, Hydra, Kerberos und Styx, haben Umlaufbahnen nahe an Resonanzen mit dem Pluto-Charon-Paar, ohne jedoch perfekt synchronisiert zu sein. Ihre Umlaufperioden ordnen sich um 3,3:4:5,1:6,1 an. Die Dichten von Kerberos und Styx bleiben aufgrund ihrer sehr geringen, dynamisch kaum messbaren Masse ungenau.

Massen und Dichten: Was die Dynamik der kleinen Monde verrät

Durch Hubble und New Horizons verfeinerte Massen

Lange Zeit konnten die Massen der vier kleinen Monde Plutos nur indirekt aus ihrer gegenseitigen gravitativen Beeinflussung auf Serien von Bildern des Hubble-Weltraumteleskops geschätzt werden. Im Jahr 2023 ermöglichte eine neue Analyse, die alle Hubble-Beobachtungen zwischen 2005 und 2019 mit den Bildern der New Horizons-Sonde kombinierte, diese Schätzungen erheblich zu verfeinern. Sie zeigt, dass Nix und Hydra tatsächlich weniger massereich sind als frühere Lösungen vermuten ließen, mit jeweiligen Massen von etwa 2,6 × 10¹⁶ kg und 3,0 × 10¹⁶ kg.

Dichten, die eine eisige Zusammensetzung offenbaren

Kombiniert mit den aus den Nahaufnahmen von New Horizons abgeleiteten Volumina ergeben diese Massen Dichten nahe 1,0 bis 1,2 g/cm³ für Nix und Hydra, viel niedriger als die von Charon (1,70 g/cm³) und erst recht die von Pluto (1,86 g/cm³). Eine solche Dichte, verbunden mit ihrer sehr hellen, von Wassereis dominierten Oberfläche, deutet darauf hin, dass das Innere dieser beiden Monde deutlich eierreicher ist, mit einer relativ geringen inneren Porosität im Vergleich zu anderen kleinen Körpern ähnlicher Größe wie Phobos, Deimos oder dem Kuipergürtel-Objekt Arrokoth. Die Massen von Kerberos und Styx hingegen bleiben zu nahe am Messrauschen, um genau bestimmt zu werden: Es konnten nur obere Dichtegrenzen (jeweils < 2,0 und < 2,1 g/cm³) festgelegt werden.

Eine überwiegend eisige Trümmerscheibe bestätigt

Dieses Ergebnis stärkt das Szenario einer überwiegend eisigen Trümmerscheibe, die aus den äußeren Schichten der beiden Vorläuferkörper während der gigantischen Kollision stammt, die Charon hervorbrachte, und deren Agglomeration später die vier kleinen Monde hervorbrachte.

Nix und Hydra, Fragmente aus Charons Innerem? Hinweise des JWST

Einzigartige spektrale Signaturen, die vom JWST beobachtet wurden

Eine neuere, noch vorläufige Beweislinie vervollständigt dieses Bild. Im Juli 2025 präsentierte ein Team des Space Telescope Science Institute auf einer wissenschaftlichen Konferenz zum zehnten Jahrestag des Pluto-Vorbeiflugs von New Horizons bisher unbekannte Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops zu Nix und Hydra. Diese Daten, die zufällig gewonnen wurden, während das Instrument hauptsächlich Pluto und Charon beobachtete, deuten darauf hin, dass die Farben und das Spektrum der beiden Monde zu keiner der bisher klassifizierten großen Familien transneptunischer Objekte passen: Ihre Oberfläche wird von einem rötlichen Material, wahrscheinlich kohlenstoffhaltig, dominiert, das in der transneptunischen Region einzigartig zu sein scheint.

Fragmente der Kruste von Charon?

Laut den Autoren dieser Präsentation würde diese spektrale Signatur Nix und Hydra eher dem tiefen Inneren von Charon annähern als typischen Objekten des umgebenden Kuipergürtels, was die Hypothese eines gemeinsamen Ursprungs durch eine gigantische Kollision unterstützt: Die beiden Monde könnten Fragmente der Kruste und des oberen Mantels eines Proto-Charon sein, die beim Einschlag abgerissen wurden. Die Autoren bringen sogar die Idee ins Spiel, dass der Staub von Mikrometeoriteneinschlägen auf Nix und Hydra, der von der Schwerkraft Charons eingefangen wird, heute auf dessen Oberfläche zurückfallen könnte — ein Mechanismus, der teilweise bestimmte Merkmale erklären würde, die am rötlichen Nordpol von Charon (Mordor Macula) beobachtet werden.

N.B.:
Diese Schlussfolgerungen beruhen derzeit auf einer Konferenzmitteilung und wurden noch nicht in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Publikation veröffentlicht; sie sollten daher als vorläufig betrachtet werden, bis weitere spektroskopische Beobachtungen vorliegen.