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Pluto ist der äußerste und kleinste bekannte Planet des Sonnensystems, benannt nach Pluto, dem römischen Gott der Unterwelt. Das Zeichen des Planeten ist . Sein Status als Planet wird durch die Entdeckung ähnlicher Objekte vergleichbarer Größe am Rand des Planetensystems zunehmend in Frage gestellt.

Bahn und Aufbau des Pluto

Plutos Umlaufbahn besitzt eine relativ hohe numerische Exzentrizität von 0,2444. Das heißt, dass die größte und die kleinste Abweichung vom mittleren Bahnradius 24,44 % beträgt. Diese ziemlich exzentrische Bahnellipse liegt um den Bereich des sonnennächsten Bahnpunktes, des Perihels, mit 29,646 AE näher an der Sonne als die fast kreisförmige Bahn des Neptun und erreicht im sonnenfernsten Punkt, dem Aphel, 48,826 AE. Das letzte Mal durchlief Pluto diesen sonnennäheren Bereich vom 7. Februar 1979 bis zum 11. Februar 1999. In dieser Zeit war Neptun der sonnenfernste Planet. Das Perihel durchlief Pluto 1989. Den sonnenfernsten Bahnpunkt, das Aphel, wird er im Jahr 2113 erreichen. Dort empfängt er 2430mal weniger Sonnenlicht als die Erde. Das ist aber noch 164mal mehr als die Beleuchtung der Erde durch den Vollmond. Für einen Beobachter auf Pluto erscheint die Sonne nicht größer als ein heller Stern.

Die Umlaufzeiten von Pluto und Neptun lassen sich durch ein Verhältnis von kleinen ganzen Zahlen ausdrücken: ihr Umlaufverhältnis ist 3:2. Während Pluto zwei Umläufe vollzieht, hat sich Neptun ganze drei Mal um die Sonne bewegt. Im Unterschied zu allen anderen derart kommensurablen Umlaufverhältnissen zwischen den Planeten ist es bei diesen äußeren Bahnnachbarn nicht nur nahe einer echten Resonanz, sondern besteht nach den bisherigen Beobachtungen sehr genau.

Über Pluto selbst ist nur wenig bekannt, da es von ihm noch keine Nahaufnahmen wie von allen anderen Planeten gibt. Mit einem Durchmesser von lediglich 2.246 km ist er deutlich kleiner als die sieben größten Monde im Sonnensystem. Seine Atmosphäre ist sehr dünn. Die Annahme, dass sie nach der Passage des sonnennäheren Bahnbereiches bald ausfrieren würde, konnte bislang nicht bestätigt werden. Aus dem Vergleich von spektroskopischen Messungen, die 1988 und 2002 durchgeführt wurden, wäre sogar eine geringe Ausdehnung der Atmosphäre abzuleiten.

Aufgrund der auffallend exzentrischen Bahn und der geringen Größe Plutos nahmen früher viele Astronomen an, er sei ein entwichener Mond des Neptun und auch seine große Bahnneigung von 17° gegen die Erdbahnebene sei ein Hinweis auf ein astronomisches Ereignis, das ihn „befreit“ habe. Als Ursache der Herauslösung aus dem Neptunsystem wurde eine erhebliche Bahnstörung durch den Einfang des größeren Neptunmondes Triton angenommen, der das ganze ursprüngliche Mondsystem beträchtlich durcheinandergewirbelt haben soll. Die extreme Bahnexzentrizität des Neptunmondes Nereid könne eine nachhaltige Folge davon sein. Für einen Einfang des Triton spricht sein rückläufiger Umlaufsinn.

Mit der Entdeckung des großen Mondes von Pluto galt auch dieser als ein abgelöster Neptunsatellit. Einer anderen Hypothese zufolge handelt es sich um zwei Bruchstücke eines einst zerschlagenen Neptunmondes. Am 31. Oktober 2005 gab die NASA bekannt, dass Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskop zwei Objekte zeigen, bei denen es sich um weitere Monde des Pluto handeln könnte. Diese werden vorläufig als S/2005 P1 und S/2005 P2 bezeichnet.

Heute wird eher die These bevorzugt, Pluto sei einer der größten – jedenfalls der hellste – Vertreter der Transneptune. Dies sind tausende Asteroiden (Kleinplaneten und Kometenkerne) jenseits der Neptunbahn im sogenannten Kuipergürtel. Viele von ihnen wurden durch den äußersten Gasriesen ebenfalls in eine 3:2-Bahnresonanz „eingefangen“ und werden daher Plutinos genannt. Mit Methoden der Himmelsmechanik kann man zeigen, dass deren gewöhnlich sehr exzentrische, also stark gestreckte Umlaufbahnen über Millionen von Jahren stabil sind. Demnach wäre Pluto kein wirklicher Planet. Auch der Neptunmond Triton soll vor seinem Einfang ein Mitglied des Kuipergürtels gewesen sein.

Pluto und der noch kältere Triton sind sich auch vom Aufbau her wahrscheinlich sehr ähnlich. Somit wäre Pluto wie Triton von einer eher rötlichen Färbung, hat wahrscheinlich Polkappen und in Richtung des Äquators dunkler gefärbte Gebiete. Dies würde auch die schwankende Helligkeit erklären. Die äußeren Schichten bestehen vermutlich aus lockerem Gestein mit einem hohen Anteil an Eis. Im Inneren hat Pluto wahrscheinlich einen von einem Eismantel umgebenen Gesteinskern, der zirka 70 bis 80 % der Gesamtmasse ausmacht.

Ein ungewöhnlicher Mond

Plutos größter bekannter Begleiter Charon hat nach neuesten (Januar 2006) hochpräzisen Messungen einen Durchmesser von 1.207,2 km und ist damit im Vergleich zu Pluto sehr groß. Das System Pluto-Charon wird aufgrund dieses ungewöhnlichen Größenverhältnisses von rund 2:1 auch als Doppelplanet bezeichnet. Der gemeinsame Schwerpunkt, das Baryzentrum des Systems, liegt außerhalb des sogenannten Zentralkörpers, ein in unserem Sonnensystem für einen Planeten einzigartiger Fall, der durch das ähnlich beeindruckende Masseverhältnis von gut 1:8 und auch durch einen hinreichend großen Abstand bedingt ist. Die große Halbachse der Umlaufbahn von Charon, also der mittlere Bahnradius seines Massezentrums vom gemeinsamen Schwerpunkt, misst 19.405 km. Entsprechend des Masseanteils von Pluto beträgt dessen analoger Abstand zum Baryzentrum umgekehrt proportional gut ein Achtel davon, also konkret etwa 2.360 km. Damit ist die Distanz der Oberfläche von Pluto zum Baryzentrum mit rund 1.170 km fast so groß wie sein Körperradius.

Auch das System Erde-Mond wird mitunter als Doppelplanet bezeichnet. In seinem Fall, mit dem Masseverhältnis 1:81, befindet sich der gemeinsame Schwerpunkt reichlich 4.700 km abseits des Erdzentrums beziehungsweise etwa 1.650 km unterhalb der Erdoberfläche. Die Zentrifugalkraft der Drehbewegung mit dem Umlauf des Erdmondes reicht aus, um auf der mondabgewandten Seite der Erde einen zweiten Gezeitenbuckel zu verursachen.

Als einziger Planet im Sonnensystem hat Pluto eine satellitengebundene Rotation (Hantelrotation, doppelt gebundene Rotation), das heißt, Charon und Pluto haben ihre Eigenrotation aufgrund der Gezeitenkräfte gegenseitig soweit abgebremst, dass sich beide während eines Umlaufs umeinander auch genau einmal um ihre eigene Achse drehen. Sie wenden daher einander immer die gleiche Seite zu. Unter Paaren von annähernd gleichgroßen Asteroiden ist solch eine Synchronrotation wahrscheinlich relativ häufig (siehe auch: Liste der Monde).

Zwei weitere Monde?

Pluto wird sehr wahrscheinlich von nicht nur einem, sondern drei Monden umkreist. Nach der Entdeckung des Mondes Charon im Jahre 1978 wurden mit dem Hubble Space Telescope zwei weitere kleine Monde entdeckt. Dies teilte die US-Weltraumbehörde NASA am 31. Oktober 2005 mit.

Die beiden neuen Trabanten, die bis zu ihrer offiziellen Anerkennung und Namensgebung durch die IAU (International Astronomical Union) die Bezeichnungen S/2005 P1 und S/2005 P2 tragen, haben einen Durchmesser von ca. 100 und 160 Kilometer und umkreisen Pluto in einer Entfernung von etwa 65.000 bzw. 50.000 km.

Die Entdeckung dieser neuen mutmaßlichen Trabanten des Pluto ist nach Angaben von Wissenschaftlern sehr überraschend, da im sogenannten Kuipergürtel jenseits der Umlaufbahn des Neptun noch nie zuvor ein Himmelskörper mit mehr als einem Satelliten beobachtet wurde.

Diese sensationellen Funde sollen nun im Februar 2006 bei der nächsten Beobachtung des Pluto durch das Hubble Space Telescope bestätigt werden.

Geschichte der Erforschung

Die Entdeckungsgeschichte des Pluto ähnelt in gewisser Weise der des gut 83 Jahre zuvor gefundenen Neptun. Beide Planeten wurden aufgrund von Bahnstörungen von Nachbarplaneten rechnerisch vorhergesagt und dann an den daraus hergeleiteten Bahnpositionen gesucht. Der hypothetische neunte Planet wurde für kleine Bahnabweichungen der Planeten Neptun und Uranus verantwortlich gemacht.

Pluto wurde am 18. Februar 1930 durch das Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona durch Vergleich einiger Himmelsaufnahmen nach rund 25jähriger Suche entdeckt. Allerdings nicht an genau der Position, die man vorausgesagt hatte. Der junge Entdecker Clyde Tombaugh war erst kurz zuvor für die fotografische Suche nach dem legendären Transneptun angestellt worden. Der Marsforscher Percival Lowell hatte seit 1905 selbst nach einem solchen Himmelskörper gesucht und das Lowell-Observatorium auf einem Berg bei Flagstaff finanziert.

Die Entdeckung wurde der äußerst interessierten Öffentlichkeit am 13. März 1930 verkündet, dem 149. Jahrestag der Entdeckung des Uranus durch William Herschel 1781 und dem 75. Geburtstag von Percival Lowell.

Nun suchte man nach einem passenden Namen. Die Bezeichnung „Pluto“ wurde von Venetia Burney, einem 11-jährigen Mädchen aus Oxford, vorgeschlagen und davor schon einmal 1919 von dem französischen Astronomen Reynaud. Bei der Namenswahl dürfte eine Rolle gespielt haben, dass sich das astronomische Symbol aus den Initialen Lowells zusammensetzen ließ, nachdem zuvor von seiner Witwe (er war 1916 gestorben) schon Percival, Lowell und sogar Constance (ihr eigener Name) vorgeschlagen worden war.

Aus der beobachteten Helligkeit Plutos (15^m) und einer plausiblen Annahme für seine Albedo, dem Rückstrahlungsvermögen, schloss man, dass der neue Himmelskörper etwa Erdgröße habe. Andererseits war es zunächst auch in großen Fernrohren unmöglich, seinen Durchmesser direkt mikrometrisch zu messen. Daher tauchten bald Zweifel auf, ob seine Gravitationswirkung für die Bahnstörungen verantwortlich sein könne.

Also wurden die Nachforschungen nach dem störenden „Planet X“ schon bald fortgesetzt – als Suche nach einem „Transpluto“ – unter anderem von Clyde Tombaugh selbst. Mit der Entwicklung leistungsstarker Teleskope mussten Durchmesser und Masse des Pluto kontinuierlich nach unten revidiert werden – zunächst um 1950 nach Messungen der Sternwarte Mount Palomar auf halbe Erdgröße. Bald scherzte man, dass Pluto bei Extrapolation der Messwerte wohl bald völlig verschwinden werde. Unkonventionelle Theorien wurden postuliert: Pluto sei in Wirklichkeit groß, man sehe aber nur einen kleinen hellen Fleck auf der Oberfläche. Der Astronom Fred Whipple errechnete erstmals eine genaue Umlaufbahn. Dazu konnten Fotoplatten herangezogen werden, auf denen sich Pluto bis in das Jahr 1908 zurückverfolgen ließ. Die Entdeckung des Charon im Jahr 1978 ermöglichte dann eine genaue Massebestimmung mittels der Gravitationsdynamik des Systems. Von 1985 bis 1990 kam es zu wechselseitigen Bedeckungen zwischen den beiden, mit denen der Durchmesser von Pluto schließlich zu 2.390 km bestimmt werden konnte.

Durch seine Helligkeit wurde Pluto um über 60 Jahre früher entdeckt als andere, sehr dunkle Transneptune. Über die seinerzeit festgestellten Bahnabweichungen von Neptun und Uranus wird mittlerweile vermutet, dass sie nur durch kleine, unvermeidliche Messfehler vorgetäuscht wurden.

Ist Pluto wirklich ein Planet?

Seit im September 1992 die Entdeckung hunderter kleiner transneptunischer Objekte jenseits der Plutobahn einsetzte, wurde der Status des Pluto neu bewertet. Heute gilt er als Teil des Kuipergürtels, und manche Astronomen erwarteten, dort bald ähnlich große (aber dunklere) Objekte zu entdecken. Diese Neubewertung hat zu der Debatte geführt, ob man Pluto noch mit Recht einen Planeten nennen könne.

Der neuere Vorschlag einer Definition, nach der ein Planet ein Körper ist, dessen Masse die Gesamtmasse aller anderen Körper in seinem Bahnbereich übertrifft, lässt Pluto zu einem Planetoiden, also zu einem Kleinplaneten bzw. Asteroiden werden. Zumindest als das größte Objekt der Plutinos entspricht er dann eher der Rolle des Asteroiden Hilda, dem größten Mitglied der Hilda-Gruppe. Hilda und mindestens 56 weitere Objekte bewegen sich ein Stück außerhalb des Hauptgürtels der Asteroiden zwischen Mars und Jupiter analog in einem 2:3-Verhältnis zur in diesem Fall längeren Umlaufzeit des benachbarten Riesenplaneten.

Fast interessanter erscheint uns heute die Frage, welchen Einfluss die Objekte des neu entdeckten Kuipergürtels auf unser Verständnis zu Entwicklung und Dynamik des Sonnensystems haben. Es gilt inzwischen als sicher, dass aus diesen fernen, eisigen Regionen viele der in das innere Sonnensystem vordringenden Kometen stammen. Sie dürften Restmaterial aus der Geburtsphase des Sonnensystems vor etwa 4½ Milliarden Jahren sein. Der eisreiche Kleinkörpergürtel wurde vor seiner Entdeckung von Kenneth Edgeworth (1949) und Gerard Kuiper (1951) eigens postuliert, um die Herkunft der kurzperiodischen Kometen erklären zu können.

In den letzten Jahren wurden mehrere transplutonische Objekte wie Sedna, Quaoar, Orcus und Xena entdeckt, die von den Medien häufig als „zehnter Planet“ bezeichnet wurden. Keines dieser Objekte wurde jedoch bisher offiziell als Planet anerkannt, obgleich Xena sogar größer als Pluto ist.

Bei den laufenden Debatten in der Fachastronomie wird sich ergeben, wie viele Planeten es im Sonnensystem gibt, da dies auch eine Definitionsfrage ist. Auch die stark exzentrische Umlaufbahn Plutos und der transplutonischen Objekte spielt eine Rolle, weil sie sich von den anderen Planeten erheblich unterscheidet. Geht man von diesem Merkmal aus, könnte Pluto seinen Status verlieren. Es erscheint aber aus konventionellen Gründen als sehr wahrscheinlich, dass die Anzahl der Planeten des Sonnensystems weder herab- noch heraufgesetzt wird; eher wird es wohl bei der kulturellen Einbürgerung von Pluto als dem neunten und äußersten Planeten bleiben.

Forschungsmission zum Pluto

Die NASA plante bereits seit Anfang der 1990er Jahre unter dem Namen Pluto Kuiper Express bzw. vormals Pluto Fast Flyby eine Mission zum Pluto. Diese sollte unter Leitung des Southwest Research Institute durchgeführt werden. Dabei wurde betont, dass eine Mission möglichst schnell starten sollte, um den Pluto zu erreichen, bevor seine dünne Atmosphäre ausfriert. Dies hängt damit zusammen, dass die Umlaufbahn des Pluto stark elliptisch ist und der Planet 1989 seinen sonnennächsten Punkt erreicht hat und sich seitdem wieder von der Sonne entfernt. Erst im Jahr 2247 wird Pluto seinen sonnennächsten Punkt wieder erreichen.

Doch die ersten Konzepte der Mission scheiterten an technischen Schwierigkeiten und Finanzierungsmangel und wurden 2001 durch die Mission New Horizons ersetzt. Der Start war ursprünglich für den 11. Januar 2006 geplant. Er wurde jedoch wegen zusätzlicher Tests der Trägerrakete auf den 17. Januar 2006 verschoben. Wegen zu starken Windes musste auch dieser Termin verschoben werden. Der Start erfolgte schließlich am 19. Januar 2006.

Die geplante Flugdauer beträgt etwa 9,5 Jahre, der Vorbeiflug an Pluto und Charon soll am 14. Juli 2015 stattfinden. Es sollen globale Karten des Planeten und seines Mondes erstellt, Hochauflösungsfotos mit bis zu 25 m pro Pixel Auflösung gewonnen, die Temperaturverteilung gemessen und die Atmosphäre des Pluto studiert werden. Geplant ist, die Sonde in 9.600 km Entfernung an Pluto und in 27.000 km Entfernung an Charon vorbeifliegen zu lassen.

Radioaktives Plutonium in einer Isotopenbatterie dient dazu, die Sonde auf ihrer 9,5 Jahre langen Reise mit ausreichend Energie zu versorgen. Sieben Instrumente, die die oben beschriebenen Messungen und Experimente durchführen sollen, werden unter anderem durch diese Energiequelle versorgt. Umweltschützer und Anwohner der Umgebung von Cape Canaveral protestierten vereinzelt gegen den Start, aus Angst bei einem Unglück während der Startphase der Trägerrakete radioaktiver Strahlung ausgesetzt werden zu können.

Sichtbarkeit

Hauptartikel: Plutopositionen bis 2020

In der folgenden Tabelle sind die Sichtbarkeiten des Pluto für die Jahre 2004 bis 2006 angegeben. Neben dem Datum der Opposition ist jeweils auch die scheinbare Helligkeit und der Abstand zur Erde des Pluto bei der Opposition angegeben.

Stationär, dann rückläufig	Opposition	Oppositionsentfernung	Maximale Helligkeit	Stationär, dann rechtläufig	Konjunktion zur Sonne
24. März 2004	11. Juni 2004	29,80193 AE	Mag 13.8	31. August 2004	13. Dezember 2004
27. März 2005	14. Juni 2005	29,95761 AE	Mag 13.8	3. September 2005	16. Dezember 2005
29. März 2006	16. Juni 2006	30,12128 AE	Mag 13.9	5. September 2006	18. Dezember 2006

Literatur

Alan Stern, Jaqueline Mitton: Pluto and Charon. Univ. of Arizona, Tucson 1997. ISBN 0-816-518-408.
J. L. Elliot (u.a.): The recent expansion of Pluto's atmosphere. in: Nature. London 2003, 424 (10. Juli), S. 165-168. ISSN 0028-0836

Weblinks

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