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Zwergplanet Pluto: Torkeln die Plutomonde Nix und Hydra um ihren Zentralkörper?

Möglicherweise torkeln die Monde Nix und Hydra entlang ihrer Umlaufbahnen um Pluto. Schuld daran ist das inhomogene Schwerefeld des Pluto-Charon-Systems.
Pluto im Mai 2015

Nur noch sechs Wochen trennen uns vom engen Vorbeiflug der US-Raumsonde New Horizons an Pluto und seinen fünf Monden. Nun veröffentlichen im Vorfeld die beiden Planetenforscher Mark R. Showalter vom SETI Institute im kalifornischen Mountain View und Douglas P. Hamilton von der University of Maryland Vorhersagen über das Verhalten und Aussehen der vier kleinen Monde Styx, Nix, Kerberos und Hydra. Sie stellen fest, dass sich Styx, Nix und Hydra in einer Drei-Körper-Umlaufresonanz zu Pluto befinden. Ihre Umlaufzeiten betragen annähernd das Dreifache, Vierfache beziehungsweise Fünffache einer Rotation von Pluto mit 6,4 Tagen. Allerdings sorge das inhomogene Schwerefeld des Pluto-Charon-Systems dafür, dass sich ein chaotisches Verhalten bei den Kleinmonden einstelle.

Die vier kleinen Monde von Pluto | Mit dem Weltraumteleskop Hubble wurden die kleinen Monde vom Zwergplaneten Pluto beobachtet. K steht für Kerberos, N für Nix, S für Styx und H für Hydra. Pluto und sein großer Mond Charon befinden sich in den jeweiligen Bildmitten und sind stark überbelichtet, wodurch auch die jeweils vier Strahlen in den Teilbildern resultieren.

Pluto und sein großer Mond Charon bilden einen Doppelkörper mit einem Massenverhältnis von ungefähr 8 : 1. Die beiden Himmelskörper umrunden ihren gemeinsamen Schwerpunkt, der sich rund 1200 Kilometer außerhalb von Pluto in Richtung Charon befindet. Das von beiden Körpern erzeugte Schwerefeld weist keine annähernd kugelförmige Symmetrie wie bei den acht großen Planeten des Sonnensystems auf, sondern schwankt periodisch mit der 6,4-tägigen Rotation von Pluto und Charon. Dieses variable und inhomogene Schwerefeld beeinflusst somit die Umlaufbahnen der weiter außen befindlichen vier Kleinmonde.

Die Autoren werteten für ihre Analysen und Simulationen Bilder des Weltraumteleskops Hubble aus. Dabei stellten sie fest, dass die Kleinmonde nicht exakt in der Äquatorebene des Pluto-Charon-Systems umlaufen, sondern dass ihre Bahnen um weniger als ein Grad geringfügig geneigt sind. Außerdem sind ihre Bahnen nicht exakt kreisförmig, sondern leicht elliptisch. Dies hat Folgen für das Rotationsverhalten der Monde Nix und Hydra. Als die Forscher versuchten, die Rotationsperioden der beiden Monde zu bestimmen, stellten sie fest, dass sich die aus den Bildern von Hubble abgeleiteten Messwerte, die über Jahre hinweg aufgezeichnet wurden, nicht decken. Eigentlich hatten die Forscher erwartet, dass die Kleinmonde von Pluto gebunden rotieren, also Pluto stets die gleiche Seite zuwenden, so wie der Erdmond der Erde. Stattdessen ergaben die Werte von Nix und Hydra bei unterschiedlichen Aufnahmezeiträumen immer völlig unterschiedliche Werte, die nicht mit der Umlaufperiode zusammenpassen.

Offenbar sorgt das variable Schwerefeld des Pluto-Charon-Systems dafür, dass Nix und Hydra in kein stabiles Verhältnis von Umlauf- und Rotationsperiode eintreten können. Sie taumeln daher entlang ihrer Umlaufbahnen, ähnlich wie der Mond Hyperion um Saturn. Hier ist es die Schwerkraft des größten und massereichsten Saturnmonds Titan, der Hyperion auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn um den Ringplaneten stört und in ein chaotisches Torkeln zwingt.

Zudem stellten Showalter und Hamilton fest, dass Nix offenbar sehr langgestreckt ist, das Verhältnis der langen zur kurzen Achse könnte 2 : 1 betragen. Auch Hydra scheint länglich zu sein. Styx, Nix und Hydra sind sehr hell und reflektieren rund 40 Prozent des auf sie fallenden Sonnenlichts zurück ins All. Damit haben sie eine ähnlich helle Oberfläche wie der größte Mond Charon. Dagegen vermuten die Forscher, dass Kerberos pechschwarz ist und nur rund fünf Prozent des auftreffenden Sonnenlichts ins All zurückwirft. Zudem wagen sie anhand ihrer Analysen die Prognose, dass New Horizons im Bereich zwischen den Bahnen der Monde Styx und Hydra keine weiteren Trabanten mehr finden wird. Auch das Vorhandensein von Staubringen um Pluto halten sie für eher unwahrscheinlich. In nur anderthalb Monaten werden wir dank New Horizons dann sehen, inwieweit die Vorhersagen der beiden Forscher mit der Realität übereinstimmen.

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