Auffälliges Muster: Herz auf Pluto entstand durch Zusammenstoß mit riesigem Himmelskörper

Im Juli 2015 flog die US-amerikanische Raumsonde »New Horizons« nach über neunjähriger Flugzeit an Pluto vorüber und schickte erstmals hoch aufgelöste Bilder und Daten von dem Zwergplaneten am Rand unseres Sonnensystems zur Erde. Die Aufnahmen zeigten ein großes helles Herz auf der Oberfläche. Diese Struktur wurde auf den Namen »Tombaugh Regio« getauft - nach dem US-Astronomen Clyde Tombaugh, der Pluto vor fast 100 Jahren entdeckte.

Ebene ein Viertel so groß wie Europa

Eine internationale Gruppe aus Astrophysikerinnen und Astrophysikern um Harry Ballantyne von der Universität Bern hat sich nun mit dem Rätsel um die Entstehung von Plutos Herz befasst. Es konzentrierte sich auf »Sputnik Planitia«, den westlichen, tropfenförmigen Teil der Struktur. Dieser Teil dehnt sich auf 1200 mal 2000 Kilometern aus, was einem Viertel der Fläche Europas entspricht, und liegt drei bis vier Kilometer tiefer als der größte Teil der Pluto-Oberfläche.

»Das helle Erscheinungsbild von Sputnik Planitia ist darauf zurückzuführen, dass das Becken überwiegend mit weißem Stickstoffeis gefüllt ist«, wird Hauptautor Ballantyne in einer Mitteilung seiner Universität zitiert. Das Eis bewege sich so, dass die Oberfläche ständig geglättet werde. »Dieser Stickstoff hat sich höchstwahrscheinlich nach dem Einschlag schnell angesammelt«, so Ballantyne.

Schräg statt frontal aufgeprallt

Das Team simulierte im Computer, wie Sputnik Planitia entstanden ist. Danach prallte ein planetarischer Körper mit einem Durchmesser von etwa 700 Kilometern auf die Oberfläche des Zwergplaneten - allerdings mit geringer Geschwindigkeit, ohne Pluto zu zerstören.

»Wir sind daran gewöhnt, uns Planetenkollisionen als unglaublich intensive Ereignisse vorzustellen«, erklärte Mitautor Erik Asphaug von der US-amerikanischen University of Arizona. Im äußeren Sonnensystem bewegten sich die Körper jedoch so langsam und die Eismassen seien in der extremen Kälte so stark, dass das Ergebnis solcher Kollisionen von Details abhänge.

Der Brocken bestand vermutlich überwiegend aus Eis mit einem Gesteinskern. »Die längliche Form von Sputnik Planitia deutet stark darauf hin, dass es sich nicht um einen direkten Frontalaufprall, sondern um einen Schrägaufprall handelte«, erläutert Martin Jutzi, der die Studie an der Universität Bern initiierte. Die Simulationen hätten diese These bestätigt. Mit anderem Winkel, anderem Tempo oder anderer Härte der Materie wäre die Herzhälfte nicht so zustande gekommen.

Der östliche Teil des Herzens wurde in der Studie nicht näher erforscht. Dieser sei von einer ähnlichen, aber viel dünneren Schicht aus Stickstoffeis bedeckt. Deren Ursprung sei noch nicht geklärt, hänge aber vermutlich mit dem von Sputnik Planitia zusammen, heißt es in der Mitteilung.

Unterirdischer Ozean überflüssig

»Plutos Kern ist so kalt, dass das Gestein sehr hart blieb und trotz der Hitze des Einschlags nicht schmolz«, ergänzt Ballantyne. Dank des schrägen Einschlagwinkels und der geringen Geschwindigkeit sei der Kern des Einschlagkörpers nicht in Plutos Kern eingesunken, sondern auf ihm liegen geblieben. »Irgendwo unter Sputnik befindet sich der Restkern«, fügt Mitautor Asphaug hinzu.

Wie die Autorinnen und Autoren anmerken, werfe ihre Studie auch ein neues Licht auf die innere Struktur des Eiszwergs, der vor knapp 20 Jahren seinen Status als Planet verlor. Bislang wird davon ausgegangen, dass Pluto - ähnlich wie andere Himmelskörper im äußeren Sonnensystem - einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser besitzt. Das würde erklären, warum eine Vertiefung wie die Sputnik Planitia sich in der Nähe des Äquators hält und nicht im Lauf der Zeit durch ihr Defizit an Masse zu einem der Pole gezogen wird.

Nach den neuen Simulationen hingegen dürfte der Kern des Einschlagkörpers für einen lokalen Masseüberschuss sorgen. Das lasse den Schluss zu, dass es auf Pluto nur einen sehr dünnen oder gar keinen unterirdischen Ozean gebe.