Dünen auf Pluto

Ein internationales Team von Wissenschaftlern aus den Bereichen Geografie, Physik und Planeten­wissenschaften beschreibt ihre Untersuchung von Bildern der Oberfläche des Zwerg­planeten Pluto, die im Juli 2015 von der NASA-Sonde New Horizons aufgenommen worden waren. Die Bilder zeigen, dass sich eine Reihe von Dünen über ein über ein fast 75 Kilometer langes Gebiet von der Grenze der „Sputnik Planitia“, einer herz­förmigen Eis­ebene, bis zu einem Gebirgs­zug auf Pluto erstrecken.

Wissenschaftler der University of Plymouth (UK), der Universität zu Köln (Deutschland) und der Brigham Young University (Utah, USA) führten das Forschungs­team an. „Wir wollten erklären, warum Dünen auf dem Pluto vorkommen“, sagt Eric Parteli von der Universität zu Köln. Zunächst analysierten die Wissenschaftler die räumliche Anordnung der Dünen und nahe gelegener Wind­verwehungen und erstellten spektrale und numerische Modelle. Daraus schlossen sie, dass sich sand­korn­große Methan­körner durch die Sublimation von Stickstoff aus dem Boden lösen und ablagern. Dabei geht der Stick­stoff vom festen direkt in den gas­förmigen Zustand über.

Parteli berechnete, wie sich die Dünen auf Pluto bewegen: „Wir untersuchten den Sand­transport unter solch extremen Bedingungen, wie sie auf Pluto herrschen.“ Verantwortlich für die Dünen­bewegung ist die Saltation der Sandkörner. Dabei über­tragen die angeschobenen Körner hüpfend ihren Impuls auf andere, auf dem Boden liegende Körner. „Die Einschläge der Körner in Saltation setzen neue Teilchen in Bewegung“, so der Geo­wissenschaftler und Physiker. Dieser Mechanismus verursacht ein für die Dünen­bewegung ausschlag­gebendes System­verhalten, das man Hysterese nennt. „Wenn der Sand­transport einmal begonnen hat, kann er mit Hilfe der Saltation aufrecht erhalten bleiben.“

Auf Pluto ist die Atmosphäre eine Million Mal dünner und die Schwer­kraft etwa zwanzig Mal geringer als auf der Erde. Genau diese extremen Bedingungen unterstützen die Saltation auf dem Klein­planeten. „Bei dünner Luft, wie auf Pluto, ist Hysterese viel stärker ausgeprägt als auf der Erde“, sagt Parteli. „Durch die geringere Schwer­kraft und den verschwindenden Luft­widerstand können Sand­körner viel leichter in Saltation bleiben.“ Das Forschungsteam zeigte auch, dass neben dem Wind noch weitere Mechanismen für den Transport­beginn relevant sind.

„Wahrscheinlich spielen die durch die Sonnen­einstrahlung herbei­geführten Temperatur­gradienten in der granularen Eis­schicht eine wichtige Rolle für den Saltations­beginn auf Pluto“, sagt Parteli. „Im Inneren des Bodens entsteht ein Über­druck, wodurch Partikel an die freie Luft emittiert werden können, um sich anschließend durch Saltation zu bewegen.“ Die ermittelte Wind­geschwindigkeit und die Dünen­größe erlaubte Rück­schlüsse auf eine wahrscheinliche Korn­größe von 200 bis 300 Mikro­metern auf dem Klein­planeten. „Die Sand­körner unter­scheiden sich in ihrer Größe also nicht von denen auf der Erde“, resümiert Parteli.

Das Grenzgebiet zwischen Eisebene und Gebirgs­kette bietet perfekte Bedingungen für die Entstehung solch regel­mäßiger Landschafts­formationen. Die Forscher vermuten, dass sich die Eigen­schaften der Dünen durch ihre ungestörte Morphologie und ihre Inter­aktion mit dem Unter­grund aus Gletscher­eis innerhalb der letzten 500.000 Jahre heraus­gebildet haben – vielleicht sogar vor sehr viel kürzerer Zeit. Das Team will nun die Entstehungs­geschichte der Pluto-Dünen mittels Computer­simulationen unter­suchen. „Diese Forschung ist wichtig für unser Verständnis der Rolle des Windes in der Geologie des Pluto“, sagt Parteli.

U. Köln / DE