Pluto und seine Monde

Mit einem Massenverhältnis von etwa 1:10 und einer Umlaufzeit von nur 6,4 Tagen bilden Pluto und sein großer Mond Charon einen Doppel-Planeten, oder besser: Doppel-Zwergplaneten. Im Vergleich sind die anderen vier Begleiter Styx, Nix, Kerberos und Hydra klein, ihre Massen betragen weniger als ein Tausendstel der Plutomasse. Die kleinen Monde bewegen sich in nahezu kreisförmigen, nahezu äquatorialen Bahnen um den doppelten Zentralkörper – viel mehr war über die Dynamik des Pluto-Systems bislang nicht bekannt.

Das hat sich nun geändert: Mark Showalter vom SETI Institute in Kalifornien und Douglas Hamilton von der University of Maryland haben alle verfügbaren, qualitativ ausreichenden Hubble-Aufnahmen des Zwergplaneten systematisch ausgewertet, Positionen und Helligkeiten der sechs Himmelskörper gemessen und umfangreiche Modellrechnungen des Systems durchgeführt. So konnten die beiden Forscher nicht nur die Massen und Orbits der Monde genauer als zuvor bestimmen, sondern auch Informationen über ihre Form, Rotation und Oberflächenhelligkeit erhalten.

Die Monde Styx, Nix und Hydra befinden sich, das ist die erste Überraschung, in einer Dreikörper-Resonanz, wie sie bislang im Sonnensystem nur von den Jupitermonden Io, Europa und Ganymed bekannt ist. Die synodische Periode von Styx und Nix – also die Zeitdauer, nach der sich die beiden Trabanten an der gleichen Stelle ihrer Bahnen wieder begegnen – beträgt gerade das Anderthalbfache der synodischen Periode von Nix und Hydra. Wie diese Dreier-Resonanz entstanden ist, sei völlig unklar, so die beiden Forscher, zumal Störungen der anderen Monde Chaos in diese ansonsten stabile Konfiguration hinein tragen.

Nix und Hydra zeigen, das ist die zweite Überraschung, keine geordnete Rotation sondern eine chaotische. Hier ist die Ursache wohl im Doppel-Charakter des Zentralkörpers zu suchen: Die Bewegung von Pluto und Charon produziert ein zeitlich variables und asymmetrisches Gravitationsfeld. Hinzu kommt, dass Nix und Hydra nicht sphärisch sind, sondern ihre Form eher einem amerikanischen Football ähnelt. Diese Folgerung ziehen Showalter und Hamilton zumindest aus der Variation der Helligkeiten der beiden kleinen Monde.

Die dritte Überraschung schließlich ist die Farbe des Mondes Kerberos. Während Hydra und Nix mit einem Reflexionsvermögen von 40 Prozent eine ähnlich helle Oberfläche wie Charon zeigen, reflektiert Kerberos nur 4 bis 6 Prozent des einfallenden Lichts und ist damit so dunkel wie Kohle. Das könnte, so die Forscher, ein Hinweis auf die Entstehungsgeschichte des Pluto-Systems sein. Seit langem vermuten Astronomen, dass Pluto und Charon aus der Kollision zweier Planetesimale im jungen Sonnensystem entstanden sind. Die hellen Begleiter könnten sich aus kleineren Bestandteilen der Trümmerwolke neu gebildet haben, während es sich bei Kerberos um ein größeres Trümmerstück eines der ursprünglichen Körper handelt. Weiteren Aufschluss über Pluto und seine Monde erhoffen sich die Forscher nun von der Sonde New Horizons, die das System Mitte Juli durchfliegt.

Rainer Kayser

RK