Die farbigen Eigenvektoren von Pluto & Charon

gehören zu einer Reihe neuer Erkenntnisse aus dem unvermindert eintreffenden Datenstrom vom New-Horizons-Encounter im letzten Juli, über den gerade auf einer Tagung in Texas nebst einer Pressekonferenz und Reden hier und hier (Bilder dazu und Artikel hier, hier, hier und hier) und in fünf detaillierten Papers (Open Access; Zusammenfassungen hier, hier, hier und hier und Artikel hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier, hier und hier) berichtet wurde:

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Das ist der Pluto aus Sicht der Farbkamera MVIC, wobei die Aufnahmen durch den blauen, roten und Nah-IR-Filter den Farben B, G und R zugeordnet wurden.

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Eine Hauptkomponentenanalyse der insgesamt vier MVIC-Farben, bei der die Helligkeitsvariation auf eine orthogonale Basis projiziert wird, wobei nacheinander jeweils der verbliebene Rest dargestellt wird. In der ersten principal component (links) stecken 98.8% der Variation, überwiegend Beleuchtungseffekte und die extremen Variationen der Albedo über die Oberfläche. In der zweiten und dritten landen dann 1% (Mitte) und 0.1% (rechts) der Variabilität, eher subtile Farbunterschiede.

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Hier wurden nämliche principal components verschiedenen Farben zugeordnet und zu einem Falschfarbenbild („Mal ein Pluto in sehr falschen Farben“) zusammen gefügt, das unterschiedliche Farb-Einheiten der Oberfläche dramatisch hervortreten lässt.

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Dieselbe Prozedur bei Charon: Wieder blau, rot und Nah-IR-Filter den Farben B, G und R zugeordnet.

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Und die principal components 1 und 2, 97.3% und 2.7%: letztere geht v.a. auf die deutlich gerötete Polkappe des Mondes zurück, eine stärkere Farbabweichung als sie irgendwo der Pluto zeigt (dessen 2. principal component kleiner ist). Dafür ist Charon sonst eintönig grau und von Wassereis dominiert und zeigt viel weniger Farbeffekte als der Pluto. Auf letzterem hingegen sind die flüchtigen Substanzen Methan, Kohlenmonoxid und Stickstoff durch Sublimation, Kondensation und gletscherartige Bewegungen auf jahreszeitlichen bis geologischen Zeitskalen auf komplexe Weise verteilt worden, während solcherlei Prozesse auf dem Charon fehlen (der dafür in ferner Vergangenheit gewaltige tektonische Prozesse erlitten haben muss, bei denen sogar ein Ozean eine Rolle gespielt haben könnte). Auf Pluto dagegen spielte und spielt sich eine Menge ab, bis hin zu Bergen, die in – heute festem – Stickstoff regelrecht ’schwimmen‘ könnten. Der Schlüssel ist fraglos Sputnik Planum, vermutlich ein uraltes Impaktbecken aber heute noch Schauplatz aktiver ‚Geologie‘, denn das Fehlen jedweder Impaktkrater belegt ein Alter von weniger 10 Mio. Jahren.

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Eine ganz neue Einsicht ist, dass der Atmosphären-Druck um einen Faktor 1000 bis 10’000 schwanken kann, als Folge von langfristigen Klimazyklen analog der Eiszeiten-Mechanik der Erde: Derzeit ist der Druck an der Oberfläche mit 10 µbar eher gering, aber er konnte auch schon mal so hoch sein, dass flüssiger (!) Stickstoff auf der Oberfläche möglich war. Einige Features in Sputnik Planum könnten heute noch von solch einer Epoche zeugen, inklusive eines gefrorenen Sees. Die Klimazyklen sollten auch für einen Transport flüchtiger Substanzen zwischen Polen und Äquator sorgen, wobei der dunkle Streifen entlang Plutos Äquator jener Zone entspricht, wo – mit Ausnahme der Sputnik Regio – Flüchtiges vor allem entfernt wurde. Allmählich formt sich aus den vielen Details ein Bild des Pluto-Systems und seiner Geschichte.

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  • Aus Krater-Zählungen auf Charon, Nix und Hydra ergibt sich, dass alle drei ungefähr 4 Mrd. Jahre Oberflächen besitzen: Der Riesen-Impakt, der das Pluto-Charon-System schuf, fand also noch früher statt.
  • Überraschenderweise sind dabei aber außer den fünf bekannten Monden keine weiteren entstanden: Die intensive Suche mit New Horizons‘ Kameras fand nichts größer als 2 km in 5000 bis 80’000 km Abstand.
  • Die Albedos der kleinen Monde (äquivalente Kugeldurchmesser ~40 km für Nix und Hydra und ~10 km für Styx und Kerberos) sind mit 50 bis 90% viel höher als bei den kleinen Körpern des Kuiper-Gürtels: Sie sind also sicher keine eingefangenen Objekte sondern – wasserreiche – Splitter von der großen Kollision.

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  • Die Atmosphäre des Pluto enthält mindestens 20 separate Dunstschichten, die sich aber keineswegs homogen um den Zwergplaneten ziehen: Hier z.B. sinkt eine Schicht von 5 km links auf die Oberfläche ab (rechts). Die Entstehung des Dunstes aus flüchtigen Gasen unter solarem UV-Beschuss scheint gut verstanden – und für die verblüffend komplizierte Schichtung könnten orografische Wellen-Effekte über den Gebirgen Plutos sorgen.
  • Während die Struktur der unteren Atmosphäre nach New Horizons-Messungen genau den Erwartungen nach Sternbedeckungs-Beobachtungen von der Erde entspricht, hat sich die obere Atmosphäre als viel kälter und kompakter als vermutet erwiesen: Damit sind aber auch die Verlustprozesse in den Raum wesentlich geringer als vermutet, beim Stickstoff um einen Faktor 10’000.
  • Entsprechend zaghaft sind die Wirkungen Plutos auf den Sonnenwind: Wie ein Komet – was man erwartet hatte – verhält er sich nicht, eher wie der Mars. In Richtung Sonne sind vor Pluto kaum Moleküle zu finden, aber immerhin ist der Sonnenwind hinter ihm noch rund 400 Pluto-Radien weit gestört.

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Noch viele andere und zum Teil kuriose Messungen sind inzwischen bekannt geworden: So hat der Student Dust Counter auf New Horizons in der Nähe des Zwergplaneten exakt ein eindeutiges Staubteilchen detektiert (was bedeutet, dass Plutos Umgebung frei von jedem zusätzlichen Staub ist, verglichen mit dem Kuiper-Gürtel seiner Region). Und es ist gelungen, mit einer Antenne auf der Erde ein Echo des Sondenfunks von der Oberfläche nachzuweisen: bistatisches Radar über 33 au hinweg, ein Rekord, der lange bestehen dürfte. Bis jetzt ist erst etwa die Hälfte der Encounter-Daten auf der Erde, und die Analyse und weiter reichende Schlüsse werden noch viele Jahre dauern. Schon jetzt aber ist klar: Die drei großen festen Körper dieser sonnenfernen Region des Sonnensystems, Neptuns Mond Triton, Pluto und Charon, weisen jeweils mehr Unterschiede als Gemeinsamkeiten auf – dort draußen gibt es noch reichlich zu entdecken!

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