Falschfarbenbild von Pluto. (NASA/JHUAPL/SwRI) Wir können der NASA-Raumsonde New Horizons dafür danken, dass sie uns die Augen für die Komplexität von Pluto geöffnet hat. Am 14. Juli 2015 näherte sich die Raumsonde dem Zwergplaneten bis auf 12.500 km. Während des Vorbeiflugs konnte New Horizons die Atmosphäre und die Oberfläche von Pluto charakterisieren.
Unter den Dingen, die New Horizons sah, war eine Region mit schneebedeckten Bergen.
Hier auf der Erde wird es umso kälter, je höher man kommt, was unsere schneebedeckten Berge erklärt.
Aber auf Pluto gibt es eine Temperaturinversion, was bedeutet, dass es genau umgekehrt ist wie auf der Erde: Je höher man steigt, desto wärmer wird es.
Das liegt an der Sonneneinstrahlung. Die durchschnittliche Lufttemperatur in der Höhe ist mehrere zehn Grad höher als an der Oberfläche.
Warum gibt es Frost?
Ein Forscherteam unter der Leitung von Mitgliedern des CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, französisches Nationales Zentrum für wissenschaftliche Forschung) ging dieser Frage in einer neuen Studie nach.
Der Titel lautet ' Äquatorialberge auf Pluto sind von Methanfrost bedeckt, der auf einen einzigartigen atmosphärischen Prozess zurückzuführen ist. „Der Hauptautor ist Tanguy Bertand, der derzeit NASA-Postdoktorand am NASA Ames Research Center ist. Die Studie ist veröffentlicht in Naturkommunikation .
New Horizons fand Schnee auf Pigafetta Montes und Elcano Montes, die sich in Plutos befinden Cthulhu Makula Region am Äquator des Planeten.
(Tanguy Bertand et al., Nature Communications, 2020)
Oben links: Plutos frostbedeckte Rücken, Pigafetta und Elcano Montes, gesehen in einem verbesserten RALPH/MVIC-Farbbild. Rechts: Schneebedeckte Berge auf der Erde, in den Alpen.
Plutos Schnee ist nicht wie der Schnee der Erde; Es ist gefrorenes Methan, kein gefrorenes Wasser.
Aber Pluto ist eine eiskalte Welt mit einer dünnen Atmosphäre, und in seiner sehr dünnen Atmosphäre gibt es nur eine geringe Menge Methan. Wie entstand Schnee auf den Berggipfeln?
Auf der Erde nimmt die Temperatur mit zunehmender Höhe ab adiabatische Kühlung . Wenn sich die Luft entlang eines Berghangs nach oben bewegt, dehnt sie sich aus, was zu einer Abkühlung führt.
Beim Absinken der Luft ist das Gegenteil der Fall: Die Luft wird wärmer. Wenn feuchte Luft aufsteigt und sich ausreichend abkühlt, kondensiert sie und fällt als Schnee. Es ist ein gut verstandenes Phänomen hier auf der Erde, aber es kann Plutos Schnee nicht erklären.
Das Team nutzte ein Klimamodell, um herauszufinden, wie es dazu kam, dass der Methanschnee auf die Berge fiel. Plutos dünne Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff mit Spuren von Methan und Kohlenmonoxid. Da es nur Spuren von Methan gibt, ist es schwer, den ganzen Schnee zu erklären.
Durch die Arbeit mit dem Klimamodell stellten die Forscher fest, dass die Dynamik der Atmosphäre von Pluto das Methan in größeren Höhen konzentriert. Nur auf den Berggipfeln ist genügend Methan vorhanden, um Schnee zu bilden. In tieferen Lagen gibt es einfach nicht genug Methan.
Da Pluto keine dichte, isolierende Atmosphäre wie die Erde hat, ist der Zwergplanet in größeren Höhen aufgrund der Sonneneinstrahlung wärmer, da die Wärme vom Methan in der Atmosphäre absorbiert wird.
Dies gilt für die ersten paar Höhenmeter. Dieser Prozess der Wärmeaufnahme durch Methan findet in Gebieten mit Stickstoffeis an der Oberfläche nicht statt, da es die ersten Höhenmeter in der Atmosphäre sublimieren und abkühlen kann.
Plutos Atmosphäre ist zu dünn, um die Oberfläche des Planeten zu erwärmen. Wenn sich also kein gefrorener Stickstoff auf der Oberfläche befindet, herrscht ein „lokales Strahlungsgleichgewicht“. Dieses Gleichgewicht ist unabhängig von der Höhe und es ist kälter als die Atmosphäre darüber.
Dadurch kühlt sich die oberflächennahe Luft ab, wird dichter und möchte ständig bergab strömen. Klimasimulationen anderer Forscher zeigen, dass dieser Mechanismus überall auf Pluto und zu jeder Tageszeit vorhanden ist.
Das Ergebnis ist, dass Pluto von Hangwinden dominiert wird. Deshalb ist die Schneebildung so rätselhaft. Es ist völlig anders als auf der Erde, wo die Luft beim Aufsteigen abkühlt und ihre Feuchtigkeit als Schnee auf den Bergen ablagert.
Das Forscherteam fand heraus, dass die Atmosphäre von Pluto so zirkuliert, dass sich Methan in größeren Höhen konzentriert. Diese Zirkulation ist saisonal und wird durch die Sublimation an der Oberfläche angetrieben.
Die Autoren bezeichnen dies als „sublimationsinduzierte Zirkulationszellen“. Mit zunehmender Konzentration des Methans erreicht es einen Sättigungspunkt und fällt als Schnee auf die Bergoberfläche.
Es gibt auch eine Feedbackschleife. Wenn sich auf den Bergen Methanschnee bildet, erhöht sich die Albedo, was zu mehr Abkühlung führt. Mit zunehmender Abkühlung entsteht mehr Methanschnee.
„Insgesamt scheint die Bildung von CH4-Reifen auf den Gipfeln von Plutos Bergen unserem Modell zufolge durch einen völlig anderen Prozess vorangetrieben zu werden als die Bildung schneebedeckter Berge auf der Erde“, schreibt das Team in der Schlussfolgerung seiner Arbeit.
„Es ist bemerkenswert, dass zwei Phänomene und zwei Materialien, die so unterschiedlich sind, bei ähnlicher Auflösung dieselbe Landschaft erzeugen können.“
Dies ist nur ein weiteres Beispiel für die Komplexität von Pluto. Vor dem Vorbeiflug von New Horizons am Zwergplaneten hatten wir keine Ahnung, dass die Oberfläche, die Atmosphäre und das Klima so komplex sind. Wissenschaftler arbeiten immer noch mit allen Daten der Mission, also wer weiß, was noch darauf wartet, entdeckt zu werden.
Es gibt auch Gerüchte über eine weitere Mission. New Horizons führte nur einen Vorbeiflug am Eiszwerg durch, daher beschränken sich seine besten Daten auf eine Seite der fernen Welt.
Der Planetenforscher Alan Stern war der leitende Forscher der New Horizons-Mission und er denkt Orbiter-Mission zu Pluto ist der nächste Schritt. Ein Lander könnte ebenfalls Teil dieser Mission sein.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .