Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Pluto vor Milliarden von Jahren möglicherweise seinen größten Mond, Charon, mit einem sehr kurzen eisigen „Kuss“ eingefangen hat. Die Theorie könnte erklären, wie der Zwergplanet (ja, wir wünschten, Pluto wäre auch noch ein Planet) einen Mond einfangen könnte, der etwa halb so groß ist.
Das Team hinter dieser Forschung geht davon aus, dass zwei kalte Welten im Kuipergürtel, einem Ring aus eisigen Körpern, der weit von der Sonne entfernt am Rande des Sonnensystems liegt, vor Milliarden von Jahren miteinander kollidierten. Anstatt sich gegenseitig auszulöschen, wurden die beiden Körper zu einem sich drehenden „kosmischen Schneemann“ vereint. Diese Körper trennten sich relativ schnell, blieben jedoch orbital verbunden, um das Pluto/Charon-System zu schaffen, das wir heute sehen.
Dieser „Kuss-und-Einfang“-Prozess stellt eine neue Theorie der Mondeinfangung und der kosmischen Kollision dar. Es könnte Wissenschaftlern auch dabei helfen, die strukturelle Festigkeit kalter, eisiger Welten im Kuipergürtel besser zu untersuchen.
„Wir haben herausgefunden, dass Pluto, wenn wir davon ausgehen, dass Pluto und Charon Körper mit materieller Stärke sind, tatsächlich Charon bei einem riesigen Einschlag einfangen kann“, sagte Teamleiterin und Mond- und Planetenforscherin Adeene Denton von der University of Arizona gegenüber Space.com. „Der Prozess dieser kollidierenden Erfassung wird ‚Kuss-und-Fang‘ genannt, weil Pluto und Charon kurzzeitig verschmelzen, das ‚Kuss‘-Element, bevor sie sich trennen und zwei unabhängige Körper bilden.“
Die meisten Planetenkollisionsszenarien werden als „Hit and Run“ oder „Graze and Merge“ klassifiziert, was bedeutet, dass dieses „Kiss and Capture“-Szenario etwas völlig Neues ist.
„Der ‚Kuss‘-Teil von Kiss-and-Capture hat uns auf jeden Fall überrascht“, fuhr Denton fort. „Es hat noch nie einen solchen Aufprall gegeben, bei dem die beiden Körper nur vorübergehend verschmelzen und sich dann wieder trennen!“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (6. Januar) in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
Pluto überzeugte Charon mit einem zehnstündigen Kuss
Der Grund, warum Plutos Beziehung zu Charon für Wissenschaftler eine Herausforderung darstellt, ist der relativ geringe Unterschied in Größe und Masse zwischen den beiden Eiskörpern.
„Charon ist im Vergleich zu Pluto RIESIG, bis zu dem Punkt, dass sie tatsächlich ein Doppelsternsystem sind“, erklärte Denton. „Er ist halb so groß wie Pluto und hat 12 % seiner Masse, wodurch er dem Erdmond viel ähnlicher ist als jeder andere 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 der University of Arizona, der auch Postdoktorand der NASA ist, fügte hinzu, dass es schwierig sei, auf „normale“ Weise einen so relativ großen Mond zu bekommen. („Normal“ ist die gravitative Erfassung von Monden wie den Marsmonden Phobos und Deimos und den Monden der Riesenplaneten Jupiter und Saturn.)
Das bedeutet, dass die vorherrschende Theorie der Entstehung des Pluto- und Charon-Systems auf der Idee des kollisionsartigen Einfangens basiert, ähnlich wie vermutlich ein massiver Körper auf die Erde geschleudert wurde, um Material herauszuschleudern, das unser Planet einfing, um unseren Mond hervorzubringen.
„Etwas Großes trifft Pluto, und man bekommt Charon, aber wie beim Erde-Mond-System wissen wir nicht genau, wie das funktioniert und unter welchen Bedingungen das geschieht“, sagte Denton. „Das ist eine ziemlich große Frage, da eine Reihe anderer großer Kuipergürtel-Objekte ebenfalls große Monde haben. Es scheint also, dass dies im Kuipergürtel mit einiger Häufigkeit passiert, aber wir wissen nicht, wie oder warum.“
Bei einer normalen „Kollisionserfassung“ 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 starke Hitze, die beim Zusammenstoß entsteht, und die größere Masse der beteiligten Körper dazu führen, dass sie auf flüssige Weise agieren.
Wenn man Pluto und Charon in einem Kollisionseinfangprozess betrachtet, muss ein zusätzlicher Faktor berücksichtigt werden: die strukturelle Festigkeit der kälteren Eis- und Felskörper. Dies wurde in der Vergangenheit vernachlässigt, als Forscher über die Entstehung von Charon durch Kollisionen nachdachten.
Um dies in Simulationen zu berücksichtigen, wandte sich das Team an den Hochleistungsrechnercluster der University of Arizona. Als Denton und Kollegen in ihrer Simulation die Stärke dieser Materialien berücksichtigten, ergab sich etwas völlig Unerwartetes.
„Da beide Körper über materielle Stärke verfügen, ist Charon nicht tief genug in Pluto eingedrungen, um mit ihm zu verschmelzen; das trifft nicht zu, wenn die Körper Flüssigkeiten sind“, erklärte Denton. „Wenn wir unter den gleichen Aufprallbedingungen davon ausgehen, dass Pluto und Charon kraftlos sind, verschmelzen sie tatsächlich zu einem großen Körper und Charon wird absorbiert. Mit Stärke bleiben Pluto und Charon jedoch während ihrer kurzen Verschmelzung strukturell intakt.“
Da Charon in diesem Szenario nicht in Pluto versinken konnte, blieb er außerhalb des sogenannten „Mitrotationsradius“ beider Körper. Dadurch konnte er sich nicht so schnell drehen wie Pluto, was bedeutete, dass die beiden Körper nicht miteinander verschmelzen konnten. Als sie sich trennten und dieser eisige Kuss endete, geht das Team davon aus, dass Pluto Charon in eine engere, höhere kreisförmige Umlaufbahn gebracht hätte, von der aus der Mond nach außen gewandert wäre.
„Der ‚Kuss‘ in diesem Kiss-and-Capture, 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 Auswanderung in Richtung seiner aktuellen Position.“
Das Team geht davon aus, dass die erste Kollision sehr früh in der Geschichte des Sonnensystems stattfand, wahrscheinlich mehrere Dutzend Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems, also vor Milliarden von Jahren.
„Typische große Kollisionen sind direkte Verschmelzungen, bei denen sich die Körper verbinden oder beide Körper unabhängig bleiben“, sagte Denton. „Das war also sehr neu für uns. Es warf auch viele interessante geologische Fragen auf, die wir gerne testen würden, denn ob Kiss-and-Capture funktioniert, hängt vom thermischen Zustand von Pluto ab, den wir dann mit Plutos Zeitgenossen verknüpfen können.“ Geologie zum Testen.
„Ich möchte wirklich herausfinden, wie der anfängliche Pluto-Charon-Einschlag Einfluss darauf haben kann, ob und wie Pluto und Charon Ozeane entwickeln.“
Denton erklärte, dass das Team zwei Wege beschreiten könne, um auf dieser Entwicklung aufzubauen.
„Die erste Frage ist, wie sich dies auf die anderen großen Objekte des Kuipergürtels mit großen Monden wie Eris und Dysnomia, Orcus und Vanth und die anderen auswirkt“, erklärte Denton. „Unsere erste Analyse legt nahe, dass Kiss-and-Capture auch die Quelle dieser anderen Systeme sein kann, aber da sie alle in ihrer Zusammensetzung und Masse unterschiedlich sind, ist es wichtig zu erfahren, wie Kiss-and-Capture im gesamten Kuiper gewirkt haben könnte.“ Gürtel.”
Der zweite Weg, den das Team verfolgen möchte, besteht darin, die langfristige Gezeitenentwicklung von Charon zu untersuchen, um ihre Entstehungstheorie zu bestätigen.
„Um wirklich sicher zu sein, dass dies der Prozess ist, der Pluto und Charon gebildet hat, müssen wir sicherstellen, dass Charon zu seinem aktuellen Standort wandert, der etwa achtmal so breit wie Pluto ist“, sagte Denton. „Das ist jedoch ein Prozess, der sich über viel längere Zeiträume erstreckt als die ursprüngliche Kollision, sodass unsere Modelle nicht gut geeignet sind, ihn zu verfolgen.“
„Wir planen, uns das in Zukunft noch genauer anzusehen, um herauszufinden, welche Bedingungen nicht nur Pluto und Charon als Körper reproduzieren, sondern Charon auch an die richtige Stelle bringen, wo er sich heute befindet.“
