Temperaturinversion in Plutos Atmosphäre

Eine dünne Hülle aus Stickstoff und Methan umschließt den Zwergplaneten Pluto als eine Atmosphäre, deren Schichten im Schnitt 40 Grad wärmer sind als die Planetenoberfläche, ergaben Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESO.

Der Zwergplanet Pluto mit 2.300 Kilometern Durchmesser setzt sich wahrscheinlich im Wesentlichen aus Fels und Eis zusammen und ist vierzig Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Als Ergebnis davon steigen die Temperaturen an der Oberfläche kaum jemals über minus 220 Grad Celsius.

Seit längerer Zeit gehen Wissenschaftler von einer Atmosphäre aus Stickstoff und Spuren von Methan, evtl. auch mit Kohlenmonoxid, aus. Forscher hatten unter Ausnutzung eines Phänomens, das auftritt, wenn ein Körper im Sonnensystem, z. B. Pluto, vor einem Hintergrundstern vorbeizieht und dessen Lichtspektrum beeinflusst, zeigen können, dass Plutos obere Atmosphäre etwa 50 Grad wärmer als die Oberfläche ist, absolut betrachtet also eine Temperatur von rund minus 170 Grad Celsius besitzt.

Beobachtungen, bei denen ein Spektrograph mit der Bezeichnung Cryogenic Infrared Echelle Spectrograph (CRIRES) am VLT in Chile unter der Kuppel Antu alias UT1 benutzt wurde, haben zu Tage gebracht, dass nicht nur die Hochatmosphäre sondern die gesamte Atmosphäre mit durchschnittlich minus 180 Grad Celsius deutlich wärmer ist als die Oberfläche, berichtete die ESO am 2. März 2009.

Die Wissenschaftler der Europäischen Südsternwarte fanden unerwartet große Mengen Methan in der Atmosphäre, und gehen jetzt davon aus, dass Methan mit einem halben Prozent aller Teilchen die nach Stickstoff zweithäufigste in der Atmosphäre vorkommende Substanz ist. Die Menge an Methan in der Atmosphäre erklärt auch, warum diese deutlich wärmer ist als Plutos Oberfläche.

In Plutos dünner Gashülle steigt die Temperatur von Oberflächennähe aus pro Kilometer Höhe zwischen drei und fünfzehn Grad Celsius an, anders als bei der Erde, wo die Temperatur von Oberflächennähe aus zunächst rund sechs Grad Celsius pro Kilometer Höhe sinkt.

Entfernt sich Pluto auf seiner elliptischen Umlaufbahn um die Sonne mit einer Umlaufdauer von 248 Jahren von der Sonne und bewegt sich im Bereich des sonnenfernsten Punktes seiner Bahn, dem Aphel, das er im Jahre 2113 ereichen wird, gefrieren Teile der Atmosphäre und fallen zu Boden. Nähert er sich der Sonne und dem sonnennächsten Bahnpunkt, dem Perihel, wird die Oberfläche soweit erwärmt, dass Eis zu Gas sublimiert. Dabei kommt es zu einem Kühleffekt auf der Oberfläche von Pluto durch die sogenannte Verdunstungskälte, die beispielsweise auch für die kühlende Wirkung des Schwitzens auf der Hautoberfläche von Lebewesen sorgt. Zur Zeit befindet sich Pluto im Bereich des Perihels, das er im Jahre 1989 passierte.

Über CRIRES Fähigkeiten, in einer Atmosphäre eines Planeten, die 100.000-mal dünner ist (Druck 0,015 mbar) als die der Erde, eines Planeten, der fünf mal kleiner ist als die Erde und sich am Rand unseres Sonnensystems befindet, Spuren von Gas präzise zu messen, zeigte sich einer der beteiligten Wissenschaftler, Hans-Ulrich Käufl von der ESO, begeistert. Die Kombination von VLT und CRIRES sei wie ein weiterentwickelter Satellit zur Atmosphärenuntersuchung in einer Umlaufbahn um Pluto.

Von Messungen im Jahre 2015 durch die Sonde New Horizons, die bereits Richtung Pluto unterwegs ist, erhofft man sich Aufschluss über die Oberflächenbeschaffenheit des Zwergplaneten, so auch darüber, in welcher Form das Methan auf der Oberfläche vorliegt. Dafür gibt es derzeit zwei Modelle. Das eine geht von einer gleichmässig verteilten, dünnen, die Oberfläche überziehenden Methanschicht aus, das andere von geforenen Methanseen.

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