Pluto (IPA: [] ) ist der größte und zweitmassivste bekannte Zwergplanet des Sonnensystems und das am längsten bekannte Objekt des Kuipergürtels. Er bewegt sich auf einer exzentrischen Bahn um die Sonne und ist dabei zwischen 30- und 49-mal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde. Sein Durchmesser beträgt ungefähr zwei Drittel des Erdmond-Durchmessers.
Das astronomische Symbol des Pluto ist ♇. Pluto ist nach dem römischen Gott der Unterwelt benannt. Nach dem Zwergplaneten wiederum wurden die neuen Klassen der Plutoiden und der Plutinos benannt.
Von seiner Entdeckung am 18. Februar 1930 bis zur Neudefinition des Begriffs „Planet“ am 24. August 2006 durch die Internationale Astronomische Union (IAU) galt Pluto als der neunte und äußerste Planet des Sonnensystems. Nachdem immer mehr Plutoiden – also ähnlich große Körper des Kuipergürtels – gefunden worden waren, wurde eine präzisere Begriffsdefinition entwickelt. Seither wird er der Kategorie Zwergplanet zugeordnet und erhielt die Kleinplanetennummer (134340) Pluto.
Im Januar 2006 wurde mit New Horizons erstmals eine Raumsonde zu Pluto ausgesandt; sie passierte ihn am 14. Juli 2015 in 12.500 km Entfernung.
Umlaufbahn und Rotation Bahn Pluto benötigt für eine Sonnenumrundung 247,94 Jahre. Im Vergleich zu den Planetenbahnen ist die Umlaufbahn Plutos deutlich exzentrischer, mit einer Exzentrizität von 0,2488. Das heißt, der Abstand zur Sonne ist bis zu 24,88 % kleiner oder größer als die große Halbachse.
mini|links|Die Bahn von Pluto (rot) im Vergleich zu der von Neptun (blau); Objektgrößen nicht maßstabsgerecht. Die hellen Bahnbereiche liegen nördlich der Ekliptik, die dunklen südlich. Die gelbe Strecke verbindet die Sonne mit dem Frühlingspunkt.
Der sonnenfernste Punkt der Plutobahn, das Aphel, liegt bei 49,305 AE, während der sonnennächste Punkt, das Perihel, mit 29,658 AE näher an der Sonne liegt als die viel kreisförmigere Bahn Neptuns. Beide Bahnen verlaufen nicht in derselben Ebene, die Ebene der Plutobahn ist stärker gegen die Ekliptik geneigt als die der Neptunbahn. Die Bahnkurven schneiden sich nicht, der Abstand der beiden Himmelskörper bleibt stets größer als etwa 17 AE.Wolfgang Engelhardt: Pluto. In: Planeten Monde Ringsysteme. Birkhäuser, Basel 1984, S. 306–313. Vom 7. Februar 1979 bis zum 11. Februar 1999 durchlief Pluto zum letzten Mal den Bereich, in dem er der Sonne näher ist als die Neptunbahn. Das Perihel passierte Pluto 1989. Das nächste Aphel wird er im Jahr 2113 erreichen. Dort beträgt die Sonnenstrahlung nur etwa 0,563 W/m². Auf der Erde ist sie 2430-mal so hoch. Vom Pluto aus betrachtet hat die Sonne einen scheinbaren Durchmesser von nur etwa 50″ und sieht damit wie ein blendend heller Stern etwa der −19. Größenklasse aus (150-mal heller als der Vollmond). Sie schwankt während eines Plutojahres um etwa 1,1 Größenklassen.
Wegen Plutos stark exzentrischer Bahn und der unterschiedlichen Albedo seiner zwei Hemisphären ändert sich seine Helligkeit, von der Erde aus gesehen, zwischen 13,8 mag (Erdnähe) und 16,5 mag (Erdferne).
In der Zeit, in der Neptun dreimal die Sonne umrundet, bewegt sich Pluto genau zweimal um die Sonne. Man spricht daher von einer 3:2-Bahnresonanz. Viele Kuipergürtelobjekte befinden sich wie Pluto in einer solchen 3:2-Bahnresonanz mit Neptun, und sie werden deswegen als Plutinos bezeichnet. Dass deren typischerweise sehr exzentrische Umlaufbahnen über Jahrmillionen stabil sind, lässt sich mit Methoden der Himmelsmechanik zeigen.
Pluto galt bis zur Entdeckung vieler anderer, ähnlicher Objekte als ein entwichener Mond des Neptun. Seine ausgeprägt exzentrische und mit 17° stark gegen die Ekliptik geneigte Bahn und geringe Größe ließen das vermuten. Der große Neptunmond Triton soll von Neptun eingefangen worden sein und dabei das ursprüngliche Mondsystem beträchtlich gestört haben: Pluto sei dadurch aus dem Neptunsystem herauskatapultiert worden und die erhebliche Bahnexzentrizität des Neptunmondes Nereid sei entstanden. Für das Einfangen des Triton spricht dessen rückläufiger Umlaufsinn, weshalb das nach wie vor die gängige Theorie für Triton ist. Jedoch wurde die Hypothese des entwichenen Pluto mittlerweile fallengelassen. Die Entdeckung zahlreicher weiterer transneptunischer Objekte im Sonnensystem hat erwiesen, dass Pluto der größte und jedenfalls der hellste Vertreter des Kuipergürtels ist, einer Anhäufung von tausenden Asteroiden und Kometenkernen in einer scheibenförmigen Region hinter der Neptunbahn. Die Entstehungsgeschichte von Pluto ist demnach eng mit der des Kuipergürtels verknüpft, der aus Resten der Bildung des äußeren Planetensystems besteht. Auch Triton soll vor seinem vermuteten Einfang ein Mitglied dieses Gürtels gewesen sein.
Rotation gerahmt|links|Pluto in einer Rotationsanimation
Pluto rotiert in 6,387 Tagen einmal um seine Achse. Die Äquatorebene ist um 122,53° gegen die Bahnebene geneigt, somit rotiert Pluto rückläufig. Unter den bekannten Zwergplaneten im Sonnensystem ist das nur bei Pluto der Fall; unter den Planeten weisen nur Venus (177,36°) und Uranus (97,77°) einen retrograden Rotationssinn auf.
Die relativ langsame Eigendrehung des Zwergplaneten ist durch die Gezeitenkräfte an die Umlaufbewegung seines sehr großen Mondes Charon gebunden. Pluto und Charon waren die ersten und über längere Zeit die einzigen bekannten Körper im Sonnensystem mit einer doppelt gebundenen Rotation, bis im Kuipergürtel sowie im Asteroidengürtel ähnlich geartete Systeme gefunden wurden, wie (90) Antiope mit deren Begleiter Antiope B.
Die Bestimmung der Pole erfolgte für den Zwergplaneten so, dass sein Nordpol jener Drehpunkt ist, an dem die Drehung der Oberfläche gegen den Uhrzeigersinn läuft. Durch Plutos retrograden Rotationssinn weist die Achsenrichtung seines Nordpols somit, im Unterschied zu den Planeten, südlich der Ekliptik.
Aufbau mini|Schalenaufbau von Pluto Mit einem Durchmesser von lediglich 2374 km ist Pluto deutlich kleiner als die sieben größten Monde im Sonnensystem. Sein Aufbau ähnelt vermutlich dem des größeren und noch kälteren Triton. Er ist von ähnlicher Dichte, besitzt eine sehr dünne Atmosphäre aus Stickstoff, ist ebenso von einer eher rötlichen Färbung, hat Polkappen, und in Richtung des Äquators herrschen dunklere Gebiete vor.
Innerer Aufbau Plutos mittlere Dichte beträgt 1,860 g/cm³; bei einer Dichte von rund 2 g/cm³ ist eine Zusammensetzung aus etwa 70 % Gestein und 30 % Wassereis wahrscheinlich.
Nach dem aktuellen Modell von Plutos Aufbau hat sich sein Inneres durch die Wärme von radioaktiven Zerfallsprozessen in eine Kern-Mantel-Struktur differenziert. Der Kern besteht zum größten Teil aus Gestein und misst 70 % von Plutos Durchmesser. Unter der Oberfläche aus vorherrschendem Stickstoffeis wird der Kern von einem Mantel aus Wassereis umhüllt. In der Übergangszone zwischen Kern und Mantel könnte sich durch die inneren Schmelzvorgänge ein möglicherweise heute noch existierender, globaler extraterrestrischer Ozean gebildet haben.
Oberfläche
Plutos Oberfläche entspricht mit ihrer Größe von 17,6 Millionen Quadratkilometern knapp der Fläche von Südamerika. Sie zeigt nach der des Saturnmondes Iapetus unter allen übrigen Körpern des Sonnensystems die größten Helligkeitskontraste. Das erklärt die ausgeprägten Helligkeitsschwankungen, die schon von 1985 bis 1990 bei Verfinsterungen Plutos durch seinen großen Mond Charon gemessen wurden.
Ab 2004 wurden Pluto und Charon mit dem Spitzer-Weltraumteleskop im thermischen Infrarot beobachtet. Die Lichtkurven zeigten, dass Pluto mit rund 40 Kelvin etwa 10 Kelvin kälter ist als Charon. Ursachen sind eine höhere Albedo, wodurch weniger Sonnenlicht absorbiert wird, und eine größere thermische Trägheit, wodurch die Rotation mehr Wärme auf die Rückseite transportiert.Emmanuel Lellouch u. a.: Thermal properties of Pluto’s and Charon’s surfaces from observations. Icarus 214, 2011, S. 701, doi:10.1016/j.icarus.2011.05.035 (online, abgerufen am 21. Dezember 2021).
Durch den Vorbeiflug von New Horizons konnten von Plutos Oberfläche die Nordhalbkugel und die südliche Äquatorialzone abgelichtet werden; über dem Rest herrschte die jahreszeitliche Polarnacht. Die detailreichsten Aufnahmen wurden von den Bereichen gewonnen, die inmitten der vom Mond Charon ständig abgewandten Seite um den 180. Längengrad liegen. Dort fällt eine helle, näherungsweise herzförmige, homogen erscheinende Region auf. Sie liegt zum flächenmäßig größeren Anteil nördlich des Äquators und hat nach dem Entdecker des Plutos, Clyde Tombaugh, den Namen Tombaugh Regio erhalten. Innerhalb der Tombaugh-Region befindet sich ein Bereich, der Sputnik Planitia getauft wurde. Die Sputnik-Tiefebene – benannt nach dem ersten künstlichen Satelliten Sputnik 1 – ist eine sehr große Eisfläche, die die westliche Hälfte der Tombaugh-Region einnimmt. Da sie frei von Einschlagkratern ist, gehen manche Forscher davon aus, dass sie weniger als 100 Millionen Jahre alt und möglicherweise noch in einem Zustand aktiver geologischer Formung begriffen ist. Ihr Anblick erinnert im ersten Moment an gefrorenen Schlamm. Sichtbare Schlieren in diesem Bereich könnten durch Winde verursacht sein. Andere Forscher gehen dabei von einer geologisch inaktiven, alten Oberfläche aus, auf die sich lediglich Vorgänge der Atmosphäre auswirken und niederschlagen. Stickstoffeis fließt in Gletschern aus einem hellen Bereich von Osten her in die Sputnik Planitia. Man nimmt an, dass es zuvor im Zentrum der Sputnik-Ebene verdampft ist und sich östlich der Ebene niedergeschlagen hat, von wo es zurückfließt.Pluto ‘Wows’ in Spectacular New Backlit Panorama. In: pluto.jhuapl.edu, 17. September 2015, abgerufen am 21. Dezember 2021.
Die auffällige Tombaugh-Region liegt vermutlich nicht zufällig an dem Punkt des Äquators, der von Charon genau abgewandt ist. Nach der bevorzugten Erklärung müssen sie die Fliehkraft von Plutos Rotation und die Gezeitenkraft Charons in diese spezielle Position gebracht haben. Die Sputnik Planitia ist als Tiefebene jedoch von negativer Topologie und käme demnach durch einen Mangel an Masse für eine positive Schwerkraftanomalie, an denen diese Kräfte angreifen könnten, auf den ersten Blick nicht infrage. Bei der Tiefebene handelt es sich vermutlich um ein weniger als 100 Millionen Jahre altes Einschlagbecken, durch dessen durchlöcherten Boden Wasser eines möglichen verborgenen Ozeans eindringen konnte. Die Eisschicht, die das aufgestiegene Wasser gebildet hat, ist zwar dünner als die umgebende Eiskruste, hat aber eine höhere Massendichte, sodass dennoch eine positive Schwerkraftanomalie entstand. Nachfolgende Ablagerungen von Stickstoffeis haben diesen Effekt noch verstärkt.Rainer Kayser: Kaltes Herz, warmer Ozean. In: Tagesspiegel.de. 16. November 2016, abgerufen am 21. Dezember 2021.
Am Südrand der Sputnik-Ebene ragen bis in eine Höhe von 3500 Metern die Tenzing Montes, benannt nach Tenzing Norgay, einem der beiden Erstbesteiger des Mount Everest neben Edmund Hillary. Etwas weiter nördlich, am Westrand der Sputnik-Ebene, erheben sich die Hillary Montes bis 1500 Meter über ihre Umgebung. Die hohen Berge bestehen aller Wahrscheinlichkeit nach aus Wassereis, da dieses bei den niedrigen Temperaturen hart wie Fels ist. Methan- und Stickstoffeis, die den größten Teil von Plutos Oberfläche bedecken, sind für solche Gebilde nicht stabil genug – obgleich ihr Gewicht auf dem Zwergplaneten nur ein Fünfzehntel dessen beträgt, das sie auf der Erde haben würden. Die Ursache ihrer Entstehung liegt noch völlig im Dunkeln, denn der Zwergplanet steht nicht unter dem gravitativen Einfluss eines noch massereicheren Himmelskörpers, der seine Kruste derart verformen könnte. Im Umfeld der Tenzing-Berge befinden sich zwei 3 und 5 Kilometer hohe Erhebungen, Wright Mons und Piccard Mons, mit zentralen Einsenkungen, wahrscheinlich Eisvulkane.