Was liegt unter Plutos eisigem Herzen? Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es einen salzigen Ozean geben könnte, der dem Toten Meer ähnelt und mehr als 100 Kilometer dick ist.
"Wärmemodelle von Plutos Innenraum und tektonische Beweise an der Oberfläche legen nahe, dass ein Ozean existiert, aber es ist nicht einfach, auf seine Größe oder irgendetwas anderes zu schließen", sagte Brandon Johnson von der Brown University. "Wir konnten die Dicke einschränken und Hinweise auf die Zusammensetzung erhalten."
Forschungen von Johnson und seinem Team konzentrierten sich auf Plutos „Herz“ - eine Region namens Sputnik Planum, die vom Raumschiff New Horizons während seines Vorbeiflugs an Pluto im Juli 2015 fotografiert wurde.
Alan Stern, Principal Investigator von New Horizons, bezeichnete Sputnik Planum als "eine der erstaunlichsten geologischen Entdeckungen in mehr als 50 Jahren Planetenerforschung". Frühere Untersuchungen zeigten, dass die Region durch die heutige Eiskonvektion ständig erneuert zu werden scheint.
Das Herz ist ein 900 km breites Becken - größer als Texas und Oklahoma zusammen - und mindestens die westliche Hälfte davon scheint durch einen Aufprall entstanden zu sein, wahrscheinlich durch ein Objekt mit einem Durchmesser von 200 km oder mehr.
Johnson und seine Kollegen Timothy Bowling von der University of Chicago sowie Alexander Trowbridge und Andrew Freed von der Purdue University modellierten die Aufpralldynamik, die einen massiven Krater auf Plutos Oberfläche erzeugte, und untersuchten auch die Dynamik zwischen Pluto und seinem Mond Charon.
Die beiden sind gezeitenmäßig miteinander verbunden, was bedeutet, dass sie sich beim Drehen immer das gleiche Gesicht zeigen. Sputnik Planum liegt direkt auf der Gezeitenachse, die die beiden Welten verbindet. Diese Position deutet darauf hin, dass das Becken eine sogenannte positive Massenanomalie aufweist - es hat mehr Masse als der Durchschnitt für Plutos Eiskruste. Wenn Charons Schwerkraft an Pluto zieht, würde sie proportional stärker an Gebieten mit höherer Masse ziehen, was den Planeten kippen würde, bis Sputnik Planum mit der Gezeitenachse ausgerichtet wurde.
Anstatt ein Loch im Boden zu sein, wurde der Krater tatsächlich wieder aufgefüllt. Ein Teil davon wurde durch das konvektierende Stickstoffeis ausgefüllt. Während diese Eisschicht dem Becken etwas Masse hinzufügt, ist sie allein nicht dick genug, um Sputnik Planum eine positive Masse zu verleihen.
Der Rest dieser Masse, sagte Johnson, kann durch eine Flüssigkeit erzeugt werden, die unter der Oberfläche lauert.
Johnson und sein Team erklärten es so:
Wie eine Bowlingkugel, die auf ein Trampolin fällt, verursacht ein großer Aufprall eine Beule auf der Oberfläche eines Planeten, gefolgt von einem Rückprall. Dieser Rückprall zieht Material aus der Tiefe des Planeteninneren nach oben. Wenn das aufgehobene Material dichter ist als das, was durch den Aufprall weggesprengt wurde, hat der Krater die gleiche Masse wie vor dem Aufprall. Dies ist ein Phänomen, das Geologen als isostatische Kompensation bezeichnen.
Wasser ist dichter als Eis. Wenn sich also eine Schicht flüssigen Wassers unter Plutos Eisschale befand, könnte es nach dem Aufprall von Sputnik Planum aufgesprungen sein und die Masse des Kraters ausgeglichen haben. Wenn das Becken mit einer neutralen Masse beginnen würde, würde die später abgelagerte Stickstoffschicht ausreichen, um eine positive Massenanomalie zu erzeugen.
"Dieses Szenario erfordert einen flüssigen Ozean", sagte Johnson. „Wir wollten Computermodelle der Auswirkungen ausführen, um zu sehen, ob dies tatsächlich passieren würde. Was wir gefunden haben, ist, dass die Erzeugung einer positiven Massenanomalie tatsächlich sehr empfindlich darauf reagiert, wie dick die Ozeanschicht ist. Es ist auch empfindlich, wie salzig der Ozean ist, da der Salzgehalt die Dichte des Wassers beeinflusst. "
Die Modelle simulierten den Aufprall eines Objekts, das groß genug war, um ein Becken von Sputnik Planums Größe zu erzeugen, das Pluto mit einer Geschwindigkeit trifft, die für diesen Teil des Sonnensystems erwartet wird. Die Simulation nahm verschiedene Dicken der Wasserschicht unter der Kruste an, von überhaupt keinem Wasser bis zu einer 200 Kilometer dicken Schicht.
Das Szenario, das die beobachtete Größentiefe von Sputnik Planum am besten rekonstruierte und gleichzeitig einen Krater mit kompensierter Masse erzeugte, war eines, in dem Pluto eine mehr als 100 Kilometer dicke Ozeanschicht mit einem Salzgehalt von etwa 30 Prozent aufweist.
"Dies sagt uns, dass, wenn Sputnik Planum tatsächlich eine positive Massenanomalie ist - und es scheint, als ob es so ist - diese Ozeanschicht von mindestens 100 Kilometern dort sein muss", sagte Johnson. "Es ist ziemlich erstaunlich für mich, dass Sie diesen Körper so weit draußen im Sonnensystem haben, dass er möglicherweise noch flüssiges Wasser hat."
Johnson er und andere Forscher werden die von New Horizons zurückgesendeten Daten weiter untersuchen, um ein klareres Bild von Plutos faszinierendem Inneren und möglichen Ozean zu erhalten.
Weiterführende Literatur: Brown University, New Horions / APL
