Pluto und seine Monde: Charon, Nix, Hydra, Styx und Kerberos

Einführung in das plutonische System

Pluto ist einZwergplanetbefindet sich in derKuipergürtel, an der äußeren Grenze des Sonnensystems. Seit seiner Neudefinition als Zwergplanet im Jahr 2006 ist das Interesse an seinem Mondsystem gestiegen, insbesondere nach der Passage der New Horizons-Sonde im Jahr 2015, die beispiellose physikalische und dynamische Details enthüllte. Pluto hat fünf bekannte Monde: Charon, den massereichsten, und vier kleinere Monde namens Nix, Hydra, Styx und Kerberos. Dieses System weist komplexe physikalische und orbitale Eigenschaften auf, die eine reiche dynamische Geschichte widerspiegeln.

Physikalische und orbitale Eigenschaften

Pluto hat einen Durchmesser von etwa 2377 km und eine Masse von etwa \(1,309 \times 10^{22}\) kg. Seine durchschnittliche Dichte (\(\ungefähr 1,86\) g/cm³) weist auf eine Zusammensetzung hin, die hauptsächlich aus Wassereis gemischt mit einem felsigen Kern besteht. Sein Hauptsatellit Charon ist relativ groß (1212 km Durchmesser) und weist ein außergewöhnlich hohes Größen-Pluto-Verhältnis (ca. 0,5) auf, was das Pluto-Charon-System zu einem synchron rotierenden Doppelsternsystem macht.

Die anderen vier Monde sind viel kleiner, mit Abmessungen zwischen etwa 10 und 50 km und weiter entfernten Umlaufbahnen. Sie kreisen um den gemeinsamen Schwerpunkt des Systems, wobei die Umlaufperioden in enger Resonanz zueinander stehen, was eine langfristige dynamische Stabilität gewährleistet.

Orbitale Details der Monde

Detaillierte physikalische Analyse

Dynamik des Pluto-Charon-Binärsystems

Die große relative Größe von Charon induziert einen gemeinsamen Schwerpunkt außerhalb von Pluto, der für ein Doppelsternsystem charakteristisch ist. Diese Konfiguration beeinflusst die gegenseitige Rotation und die Gezeitenkräfte, was zu einer völligen Synchronisierung führt: Pluto und Charon zeigen einander immer das gleiche Gesicht.

Aus energetischer Sicht ermöglichte die Zerstreuung der Gezeitenkräfte durch innere Reibung diese gegenseitige Schwerkraftverriegelung mit bemerkenswerten Auswirkungen auf die Tektonik und Geologie der beiden Körper.

Orbitalresonanzen kleiner Monde

Kleine Monde mit ihren resonanten Umlaufbahnen deuten auf ein stabiles Gravitationsgleichgewicht hin, das aus Mehrkörperwechselwirkungen resultiert. Es wird angenommen, dass ihre Zusammensetzung hauptsächlich aus Eis besteht und die Dichte geringer ist als die von Charon, die genauen Daten müssen jedoch noch verfeinert werden.

Ihre Orbitalbeziehungen in Resonanz sorgen trotz ihrer geringen Größe und geringen Masse für eine bemerkenswerte dynamische Stabilität.

Ursprung und Entstehung des plutonischen Systems

Die Entdeckung dieser kleinen Monde ermöglichte es auch, die Dynamik der Trümmer und die mögliche Bildung des Systems zu untersuchen, die hypothetisch aus einem riesigen Einschlag auf Pluto resultieren würde, ähnlich der hypothetischen Entstehung unseres eigenen Mondes.

Dieses Szenario erklärt die Zusammensetzung und Umlaufbahnanordnung der Satelliten und verdeutlicht gleichzeitig die Komplexität der Gravitationswechselwirkungen in diesem äußeren System des Sonnensystems.

Warum haben die New Horizons-Beobachtungen unser Verständnis revolutioniert?

Eine direkte und beispiellose Erkundung

Die 2006 gestartete Mission New Horizons, die im Juli 2015 Pluto überflog, stellte dank der Erfassung von In-situ-Daten von beispielloser Präzision einen großen Fortschritt bei der Erforschung transneptunischer Körper dar. Vor dieser Mission basierten unsere Erkenntnisse hauptsächlich auf Teleskopbeobachtungen, die durch die Entfernung, Größe und geringe Leuchtkraft von Pluto und seinen Monden begrenzt waren.

Eine unerwartete Geologie auf Pluto

New Horizons lieferte hochauflösende Bilder, die die geologische Vielfalt von Pluto zeigen und komplexe Landformen wie Wassereisberge, Stickstoffeisebenen (einschließlich derSputnik Planitia), durch tektonische Spannungen verursachte Brüche und Verwerfungen sowie Hinweise auf Kryovulkanismus. Diese Vielfalt weist auf eine jüngste oder sogar aktuelle geologische Aktivität hin, die für einen Körper dieser Größe und dieser Entfernung von der Sonne unerwartet war.

Charakterisierung von Sekundärmonden

Aus dynamischer Sicht ermöglichte New Horizons die präzise Messung der Umlaufbahn- und physikalischen Parameter der Plutomonde, einschließlich ihrer Größe, Form, Zusammensetzung und Albedos. Bilder und Spektren bestätigten die überwiegend eisige Zusammensetzung der Sekundärmonde, mit möglichen Variationen in der Eisart und Kontamination durch organische Materialien oderTholine.

Eine dürftige, aber aktive Atmosphäre

Die Entdeckung einer dünnen, aber komplexen Atmosphäre um Pluto, die hauptsächlich aus Stickstoff (\(N_2\)), Methan (\(CH_4\)) und Kohlenmonoxid (\(CO\)) besteht, hat unser Verständnis von Sublimation, volatilen Zyklen und Klimarückkopplungen in extrem kalten Umgebungen verändert. Es wurden auch Schichten geschichteten atmosphärischen Dunstes entdeckt, was auf eine aktive atmosphärische Photochemie hinweist.

Ein natürliches Labor für gefrorene Körper

New Horizons verwandelte Pluto von einem entfernten und wenig bekannten Zwergplaneten in ein natürliches Labor zur Untersuchung der Geophysik kleiner Eiskörper, der Orbitaldynamik mehrerer Körper und der chemischen Entwicklung in den äußeren Regionen des Sonnensystems. Diese Beobachtungen haben die theoretischen Modelle der Satellitenentstehung, der Niederdruckatmosphären und der differenzierten inneren Strukturen im Kuipergürtel tiefgreifend beeinflusst.

Quelle :Erforschung des Sonnensystems der NASA – Pluto, Wissenschaft, New Horizons Mission, 2019, Ikarus, 2018, Orbitaldynamik der Pluto-Satelliten.