Keine globale Atmosphäre auf Makemake

29. November 2012

Neue Beobachtungen des Zwergplaneten Makemake zeigen, dass dieser kalte Himmelskörper keine globale Atmosphäre besitzt - ganz im Gegensatz zu den Erwartungen der Astronomen. Seine Umlaufbahn liegt im äußeren Sonnensystem und den Astronomen gelang es, den Zwergplaneten zu beobachten, während er vor einem weit entfernten Stern vorbeizog und dessen Licht etwa eine Minute lang blockierte. Damit konnten die Wissenschaftler auch zum ersten Mal die Dichte des Zwergplaneten messen. Nachdem frühere Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Herschel bereits gezeigt hatten, dass Makemake eine ungleichmäßige Oberfläche besitzt, erweist sich dieses Objekt als noch exotischer als bisher angenommen.

Künstlerische Darstellung der Oberfläche des fernen Zwergplaneten Makemake.

© ESO/L. Calçada/Nick Risinger

Künstlerische Darstellung der Oberfläche des fernen Zwergplaneten Makemake.

© ESO/L. Calçada/Nick Risinger

Makemake gehört zu der Klasse der Trans-Neptun-Objekte (TNOs), die über tausend bekannte Objekte auf Umlaufbahnen jenseits der von Neptun umfasst. Der Zwergplanet hat etwa zwei Drittel der Größe von Pluto und umkreist die Sonne auf einer entfernten Bahn jenseits von Pluto. Die dynamischen und physikalischen Eigenschaften sind extrem wichtig für Entstehungs- und Entwicklungsmodelle unseres Sonnensystems.

Die neuen, detaillierten Beobachtungen von Makemake mit erdgebundenen Teleskopen waren jetzt möglich, da der Zwergplanet vor einem entfernten Stern vorbeizog, ein Ereignis, das als „stellare Okkultation“ bekannt ist. Dies bot den Astronomen die seltene Gelegenheit, zum ersten Mal mehr über die dünne und flüchtige Atmosphäre eines dieser weit entfernten Mitglieder des Sonnensystems herauszufinden und sehr genaue Informationen über ihre physikalischen Eigenschaften zu erhalten.

Die Astronomen erwarteten eine Atmosphäre ähnlich der von Pluto zu finden. Allerdings verschwand der ferne Stern sehr abrupt, anstatt allmählich zu verblassen, wie man es erwarten würde, wenn der Zwergplanet eine nennenswerte Atmosphäre hätte. Die Beobachtungen der Sternbedeckung erlaubten es den Wissenschaftler auch die Größe genauer zu bestimmen und zum ersten Mal die Dichte abzuschätzen. Makemake hat demnach eine leicht elliptische Form mit einer kleinsten und größten Ausdehnung von 1430 km bzw. 1502 km und ist damit um etwa ein Drittel kleiner als die Zwergplaneten Pluto und Eris.

Diese Skizze zeigt, wo sich auf Makemake eine lokale Atmosphäre befinden könnte. Die Pfeile deuten die angenommene Drehrichtung an, P kennzeichnet den Pol. Das rechte Bild zeigt eine thermische Karte von Makemake, die auf einem thermophysikalischen Modell basiert und mit allen verfügbaren thermischen Beobachtungen kompatibel ist. Die lokale Atmosphäre würde sich aufgrund der Sonneneinstrahlung an der subsolaren Region bilden und bleibt an der gleichen Position, während sich der Zwergplanet darunter dreht.

Abbildung aus JL Ortiz et al., Nature 491,566-569 (Supplementary Information)

Diese Skizze zeigt, wo sich auf Makemake eine lokale Atmosphäre befinden könnte. Die Pfeile deuten die angenommene Drehrichtung an, P kennzeichnet den Pol. Das rechte Bild zeigt eine thermische Karte von Makemake, die auf einem thermophysikalischen Modell basiert und mit allen verfügbaren thermischen Beobachtungen kompatibel ist. Die lokale Atmosphäre würde sich aufgrund der Sonneneinstrahlung an der subsolaren Region bilden und bleibt an der gleichen Position, während sich der Zwergplanet darunter dreht.

Abbildung aus JL Ortiz et al., Nature 491,566-569 (Supplementary Information)

Der Zwergplanet war auch Teil einer speziellen Beobachtungskampagne mit dem Weltraumteleskop Herschel, um mehr über TNOs im Allgemeinen herauszufinden. Die Herschel-Beobachtungen zeigten einige sehr außergewöhnliche Eigenschaften für Makemake. Insbesondere war die Reflektivität der Oberfläche viel größer als erwartet, was auf eine frische Oberfläche ähnlich neuem Schnee oder Raureif hindeutet. Gleichzeitig sind einige sehr dunkle und viel heißere Regionen erforderlich, um die thermische Emission von Makemake erklären zu können. Die Sonnenstrahlung heizt diese dunkleren Gebiete genügend auf, um möglicherweise eine lokale Atmosphäre direkt über der heißesten subsolaren Region zu erzeugen. Temperaturen von 50 K und darüber sind dort möglich, was ausreicht, damit gefrorener Stickstoff oder - im Falle von Makemake - vor allem Methan-Eis an den heißen Stellen sublimieren und in den kalten Regionen kondensieren kann.