Der Zwergplanet Pluto und sein größter Mond Charon bilden ein Ausnahme-Duo im Sonnensystem. Denn sie sind sich in Größe und Verhalten so ähnlich, dass sie fast schon einem Doppelplaneten gleichen. Beide Himmelskörper sind zudem nur 17 Plutoradien voneinander entfernt und kehren einander immer die gleiche Seite zu. Einen bedeutenden Unterschied gibt es allerdings: Während Pluto eine ausgedehnte stickstoff- und methanhaltige Atmosphäre besitzt, ist die Gashülle von Charon extrem dünn und kaum nachweisbar. Umso überrascheter waren Planetenforscher, als erste Aufnahmen der NASA-Raumsonde New Horizons im Sommer 2015 die Existenz einer auffallend roten Polkappe auf dem Plutomond Charon enthüllten. “Vor New Horizons war von ihm nur ein unscharfer Fleck reflektierten Lichts zu sehen”, erklärt Randall Gladstone vom Southwest Research Institute in Texas. Er ist Co-Autor von gleich zwei Fachartikeln, die sich mit der Entstehung dieser roten Polkappe Charons beschäftigt haben.
Charons Chemie auf die Erde geholt
Die rötlich gefärbte Polkappe bedeckt das Gebiet nördlich des 70. Breitengrads von Charon und wurde informell Mordor Macula getauft. Die rötliche Farbe der polaren Ablagerungen ließ Forscher vermuten, dass es sich hierbei um Tholine handeln könnte – organische Moleküle, die beim photochemischen Abbau von Kohlenwasserstoffen wie Methan und Ethan durch ultraviolette Strahlung gebildet werden. Solche Tholine verleihen unter anderem der dichten Atmosphäre des Saturnmonds Titan ihre orangerote Färbung. 2016 ermittelten Planetenforscher anhand von Daten der Raumsonde New Horizons und Modellsimulationen, dass der Plutomond Charon den Rohstoff für das Tholin von seinem Nachbarn Pluto bekommen könnte: Durch Ausgasung verliert der Zwergplanet ständig Methan an den Weltraum, der dann in Teilen in das Schwerefeld des Charon gerät und dort auf dessen Nachtseite ausfriert. Den Berechnungen zufolge kommen pro Sekunde und Quadratmeter rund 27 Milliarden Methanmoleküle am Plutomond an.
Wie es auf Charon mit dem Methan weiter geht, haben nun Gladstone und seine Kollegen mithilfe von Laborexperimenten und Modellsimulationen näher untersucht. Dafür bildeten sie die Oberflächenbedingungen auf dem Plutomond in einer speziellen Vakuumkammer nach und beobachteten, was unter dem Einfluss der Jahreszeiten sowie der UV-Strahlung angeregter Wasserstoffmoleküle, der sogenannten Lyman-Alpha-Strahlung, im interplanetaren Raum passiert. “Unsere Photolyse-Experimente lieferten dabei Hinweise auf Beschränkungen für die Synthese von Charons rotem Material”, berichtet Gladstones Kollege Ujjwal Raut. Denn wie sich zeigte, kommt es vor allem während der kurzen Übergänge zwischen Sommer und Winter zu einer Art Hemisphärenwechsels des Methans: Das zuvor vorwiegend am Südpol angelagerte Methaneis sublimiert unter der dort zunehmenden Sonneneinstrahlung und erzeugt für eine kurze Übergangszeit von wenig mehr als einem Jahr eine temporäre, dünne Methanatmosphäre um den Plutomond. Sehr schnell gefriert das Methan aber über der nun dunklen Nordpolarregion wieder aus.
