Eine Illustration zeigt Pluto und seinen größten Mond Charon (Bildnachweis: NASA/Robert Lea (erstellt mit Canva))
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Pluto vor Milliarden von Jahren seinen größten Mond Charon mit einem sehr kurzen „Eiskuss“ eingefangen haben könnte. Die Theorie könnte erklären, wie der Zwergplanet (ja, wir wünschten auch, Pluto wäre noch ein Planet) einen Mond einfangen konnte, der etwa halb so groß ist wie er.
Das Forschungsteam geht davon aus, dass zwei eisige Welten im Kuipergürtel, einem Ring von Eiskörpern, der sich weit entfernt von der Sonne am Rande des Sonnensystems befindet, vor Milliarden von Jahren zusammenstießen. Anstatt sich gegenseitig auszulöschen, wurden die beiden Körper zu einem sich drehenden „kosmischen Schneemann“ vereinigt. Die Körper trennten sich relativ schnell, blieben aber auf ihrer Umlaufbahn miteinander verbunden und bildeten das heutige System Pluto/Charon.
Dieser „Kiss-and-Capture“-Prozess stellt eine neue Theorie des Mondeinfangs und der kosmischen Kollision dar. Er könnte den Wissenschaftlern auch dabei helfen, die strukturelle Stärke von kalten, eisigen Welten im Kuipergürtel besser zu untersuchen.
„Wir haben herausgefunden, dass, wenn wir davon ausgehen, dass Pluto und Charon Körper mit materieller Stärke sind, Pluto Charon tatsächlich durch einen riesigen Einschlag einfangen kann“, sagte die Teamleiterin und Mond- und Planetenforscherin Adeene Denton von der University of Arizona gegenüber kosmischeweiten.de. „Der Prozess dieses kollisionsbedingten Einfangens wird ‚kiss-and-capture‘ genannt, weil Pluto und Charon kurz miteinander verschmelzen, das ‚kiss‘-Element, bevor sie sich trennen und zwei unabhängige Körper bilden.“
Die meisten Szenarien von Planetenkollisionen werden als „hit and run“ oder „graze and merge“ klassifiziert, was bedeutet, dass dieses „kiss and capture“-Szenario etwas völlig Neues ist.
„Wir waren von dem ‚Kuss‘-Teil des Kiss-and-Capture definitiv überrascht“, so Denton weiter. „Es gab noch nie eine Art von Aufprall, bei dem die beiden Körper nur vorübergehend verschmelzen, bevor sie sich wieder trennen!“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (6. Januar) in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
Pluto hat Charon mit einem 10-Stunden-Kuss erobert
Der Grund, warum die Beziehung zwischen Pluto und Charon für die Wissenschaftler eine Herausforderung darstellt, ist der relativ geringe Größen- und Massenunterschied zwischen den beiden Eiskörpern.
„Charon ist im Verhältnis zu Pluto RIESIG, und zwar so groß, dass sie eigentlich ein Doppelmond sind“, erklärt Denton. „Er ist halb so groß wie Pluto und hat 12 % seiner Masse, was ihn dem Erdmond ähnlicher macht als jeden anderen Mond im Sonnensystem.“
Zum Vergleich: Unser Mond ist nur ein Viertel so groß wie die Erde, während der größte Mond im Sonnensystem, Ganymed, etwa 1/28 so groß ist wie sein Mutterplanet Jupiter.
Der Forscher von der University of Arizona, der auch Postdoktorand bei der NASA ist, fügte hinzu, dass es schwierig ist, einen so relativ großen Mond auf „normale“ Weise zu erhalten. („Normal“ bedeutet, dass Monde wie die Marsmonde Phobos und Deimos sowie die Monde der Riesenplaneten Jupiter und Saturn durch die Schwerkraft eingefangen werden.)
Das bedeutet, dass die vorherrschende Theorie über die Entstehung des Pluto- und Charon-Systems auf der Idee des kollidierenden Einschlags beruht, ähnlich wie man annimmt, dass ein massiver Körper auf die Erde geprallt ist und Material herausgeschleudert hat, das unser Planet eingefangen hat, um unseren Mond zu bilden.
„Irgendetwas Großes stößt mit Pluto zusammen, und es entsteht Charon, aber wie beim Erde-Mond-System wissen wir nicht genau, wie das funktioniert und unter welchen Bedingungen das geschieht“, sagte Denton. „Es ist eine ziemlich große Frage, da eine Reihe anderer großer Kuipergürtel-Objekte ebenfalls große Monde haben, also scheint es etwas zu sein, das im Kuipergürtel mit einer gewissen Häufigkeit passiert, aber wir wissen nicht wie oder warum.“
Ein Screenshot zeigt das System Pluto/Charon während seiner „Schneemann“-Phase. (Bildnachweis: Robert Melikyan und Adeene Denton.)
Bei einem normalen „Kollisionseinfang“ kommt es zu einer massiven Kollision, bei der sich die beiden Körper flüssigkeitsartig ausdehnen und verformen. Dieser Prozess erklärt die Entstehung des Systems Erde/Mond gut, da die beim Zusammenstoß erzeugte intensive Hitze und die größere Masse der beteiligten Körper dazu führen, dass sie sich flüssig verhalten.
Bei der Betrachtung von Pluto und Charon in einem Kollisionseinfangprozess ist ein zusätzlicher Faktor zu berücksichtigen: die strukturelle Stärke der kälteren eisigen und felsigen Körper. Dieser Faktor wurde in der Vergangenheit vernachlässigt, als Forscher die Entstehung von Charon durch Kollisionen in Betracht zogen.
Um dies bei den Simulationen zu berücksichtigen, wandte sich das Team an den Hochleistungscomputercluster der Universität von Arizona. Als Denton und Kollegen die Stärke dieser Materialien in ihrer Simulation berücksichtigten, kam etwas völlig Unerwartetes zum Vorschein.
„Da beide Körper eine materielle Stärke haben, ist Charon nicht tief genug in Pluto eingedrungen, um mit ihm zu verschmelzen; das ist nicht der Fall, wenn die Körper flüssig sind“, erklärt Denton. „Wenn wir davon ausgehen, dass Pluto und Charon unter den gleichen Einschlagsbedingungen keine Festigkeit haben, verschmelzen sie zu einem großen Körper, und Charon wird absorbiert. Mit Festigkeit hingegen bleiben Pluto und Charon während ihrer kurzen Verschmelzung strukturell intakt.“
Plutos Mond Charon, gesehen vom New Horizon Teleskop (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Da Charon in diesem Szenario nicht in Pluto versinken konnte, blieb er jenseits des so genannten „Ko-Rotationsradius“ der beiden Körper. Infolgedessen konnte er nicht so schnell rotieren wie Pluto, was bedeutete, dass die beiden Körper nicht miteinander verschmolzen bleiben konnten. Als sie sich trennten und dieser eisige Kuss endete, hätte Pluto Charon in eine enge, höhere kreisförmige Umlaufbahn gedrängt, von der aus der Mond nach außen gewandert wäre.
„Der ‚Kuss‘ bei diesem Kuss und der Einfang, die Verschmelzung ist geologisch gesehen sehr kurz und dauert 10 bis 15 Stunden, bevor sich beide Körper wieder trennen“, sagte Denton. „Charon beginnt dann seine langsame Auswärtswanderung in Richtung seiner aktuellen Position.“
Das Team geht davon aus, dass die erste Kollision sehr früh in der Geschichte des Sonnensystems stattgefunden hat, wahrscheinlich mehrere zehn Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems, also vor Milliarden von Jahren.
„Typische große Kollisionen sind einfache Verschmelzungen, bei denen sich die Körper zusammenschließen oder beide Körper unabhängig voneinander bleiben“, sagte Denton. „Das war also etwas ganz Neues für uns. Es warf auch eine Menge interessanter geologischer Fragen auf, die wir gerne testen würden, denn ob Kiss-and-Capture funktioniert, hängt vom thermischen Zustand des Pluto ab, den wir dann mit der heutigen Geologie des Pluto in Verbindung bringen können, um ihn zu testen.
„Ich würde gerne herausfinden, wie der ursprüngliche Pluto-Charon-Einschlag beeinflussen kann, ob und wie Pluto und Charon Ozeane entwickeln.“
Denton erklärte, dass es zwei Wege gibt, die das Team einschlagen kann, um auf dieser Entwicklung aufzubauen.
„Der erste ist die Untersuchung, wie dies auf die anderen großen Kuipergürtel-Objekte mit großen Monden zutrifft, wie Eris und Dysnomia, Orcus und Vanth und die anderen“, erklärte Denton. „Unsere erste Analyse deutet darauf hin, dass Kiss-and-Capture auch die Quelle dieser anderen Systeme sein kann, aber da sie sich alle in ihrer Zusammensetzung und Masse unterscheiden, ist es entscheidend zu erfahren, wie Kiss-and-Capture im gesamten Kuipergürtel funktioniert haben könnte“, erklärt Denton. Der zweite Weg, den das Team einschlagen will, besteht darin, die langfristige Gezeitenentwicklung von Charon zu untersuchen, um seine Entstehungstheorie zu bestätigen.
„Um wirklich sicher zu sein, dass dies der Prozess ist, der Pluto und Charon geformt hat, müssen wir sicherstellen, dass Charon an seinen jetzigen Ort wandert, der etwa achtmal so breit ist wie Pluto“, sagte Denton. „Das ist jedoch ein Prozess, der über viel längere Zeiträume abläuft als die ursprüngliche Kollision, so dass unsere Modelle nicht gut geeignet sind, ihn zu verfolgen.
„Wir planen, uns das in Zukunft genauer anzusehen, um festzustellen, welche Bedingungen nicht nur Pluto und Charon als Körper reproduzieren, sondern auch Charon an die richtige Stelle bringen, wo er sich heute befindet.“
