Je leest:

Pluto is alles behalve een saaie dwerg

Pluto is alles behalve een saaie dwerg

De spectaculaire landschappen door de ogen van New Horizons

Auteur: | 15 april 2016

Ruimtesonde New Horizons vloog negen maanden geleden langs dwergplaneet Pluto en stuurt nog steeds nieuwe data naar de aarde. De betrokken wetenschappers zijn inmiddels druk bezig met het interpreteren van de gegevens. Kennislink zet de belangrijkste bevinden tot nu toe op een rij.

Een half jaar slaapstand

Vanaf midden april 2017 kan de New Horizons-sonde even bijkomen, hij gaat bijna een half jaar de slaapstand in. Alleen de essentiële systemen blijven functioneren en er worden geen waarnemingen gedaan. Op dit punt is New Horizons zo’n 800 miljoen kilometer van Pluto verwijderd, de dwergplaneet die hij op 14 juli 2015 van dichtbij onderzocht. Het is vanaf hier nog eens zo ver naar 2014 MU69, een rotsblok in de Kuipergordel die de sonde op 1 januari 2019 bezoekt.

Het is bijna alsof je een reisgids leest. ‘Er is een fenomenale verscheidenheid aan landschappen. Zoals het 1000 kilometer grote Sputnik Planum, een vlakte die aan drie zijdes wordt omringd door hoekige bergen. Verder zijn er hoge geërodeerde landvlakten, alsmede glooiingen, troggen en ruwe bekraterde regio’s.’

Dit is geen passage uit reisgids Lonely Planet, maar uit een van de vijf wetenschappelijke artikelen over dwergplaneet Pluto die vorige maand in Science verschenen. Het artikel beschrijft wat vanaf het binnenkomen van de eerste foto’s van ruimtesonde New Horizons – afgelopen juli – al duidelijk was, maar nu in groter detail is onderzocht: dat Pluto een enorme diversiteit aan landschappen heeft. Bovendien lijken delen van Pluto extreem jong, en tot de dag van vandaag aan veranderingen onderhevig.

Interne verwarming

De geologische activiteit op Pluto heeft wetenschappers verrast. Zo ook Bert Vermeersen, hoogleraar Planetaire Exploratie van de Technische Universiteit Delft, die zelf niet bij de missie betrokken is. “Eigenlijk had ik een keurige ijsbol verwacht met zeer oude landschappen”, zegt hij. “Maar wat de foto’s van New Horizons laten zien zijn juist jonge dynamische regio’s. Je ziet daarin ook patronen die duiden op een interne warmtebron. Het is volkomen onduidelijk waar die warmte vandaan komt.”

Pluto door ruimtesonde New Horizons. De kleuren zijn aangedikt om de verschillende landschappen duidelijk te maken. De beige vlakte in het midden is het zogenoemde Sputnik Planum.
NASA

Een van die plekken waar sporen van een ‘interne verwarming’ het meest zichtbaar zijn is het Sputnik Planum, een relatief lichte en egale vlakte van zo’n 800 bij 1050 kilometer die midden op de zijde van Pluto ligt. New Horizons fotografeerde de vlakte in groot detail. “Je ziet op close-ups duidelijke convectiepatronen. Warmtestromen die je bijvoorbeeld ook in een pannetje op het vuur ziet”, zegt Vermeersen. “Als dit inderdaad convectiepatronen zijn dan moet er een interne warmtebron zijn.”

Deze regio is vrijwel helemaal vlak, een zee van voornamelijk stikstofijs zonder enig spoor van inslagkraters. Dit in tegenstelling tot andere regio’s op Pluto die wel zwaar bekraterd zijn. De afwezigheid van kraters zegt doorgaans iets over de leeftijd van een oppervlak: er moet dan een geologisch proces zijn dat de kraters heeft gewist. Pluto heeft dit proces in ruim 4 miljard jaar tijd ongetwijfeld ondergaan. Op basis van de volledige afwezigheid van kraters schatten wetenschappers dat deze regio niet ouder kan zijn dan 10 miljoen jaar, op de gehele leeftijd van Pluto en het zonnestelsel is dat zeer jong.

Op aarde worden tektonische processen onder andere veroorzaakt door radioactief verval.

Projectiel uit de ruimte?

Maar wie geologische processen zegt, zegt dus eigenlijk ook dat er een warmtebron is die ze aandrijft. “Op aarde heb je onder andere het verval van radioactieve elementen in het binnenste van de aarde dat warmte genereert en zo tektonische processen veroorzaakt”, zegt Vermeersen. “Jupiters ijsmanen Europa of Ganymedes warmen op door sterke getijdenkrachten die voortdurend op ze inwerken in hun elliptische banen rondom de reuzenplaneet.”

Vermeersen meent dat van sterke getijdenkrachten geen sprake is op Pluto, hij draait immers niet om een zware planeet. En hoewel de wetenschappers in hun artikel de suggestie doen dat de convectiepatronen door radioactief verval worden veroorzaakt, vindt Vermeersen dit niet zo waarschijnlijk. “Als dat zo is dan vraag ik me af waarom we deze patronen niet bij veel meer hemellichamen zien”, zegt hij. “Ook is het opmerkelijk dat ze zo geconcentreerd zijn in een bepaald gebied. Is er dan ook sprake van een geconcentreerde radioactiviteit, en hoe kan dat?”

Maar als het geen getijdenkrachten en geen radioactiviteit is, wat is het dan wel? Vermeersen durft wel te speculeren. “Een scenario is dat Pluto in de relatief recente geschiedenis is geraakt door een groot projectiel uit de ruimte. De krater van zo’n inslag kan relatief snel weer gewist zijn door de geologische processen die erop volgden.”

1/6

Bergketens en vlakten

Verschillende landschappen op Pluto. Dit zijn de zogenoemde al-Idrisi-bergen, enorme formaties van waterijs, sommige bijna 2,5 kilometer hoog. De bergketen houdt abrupt op bij het Sputnik Planum, een vlakte van voornamelijk stikstofijs. De scherpe lijnen op de vlakte zijn mogelijk zogenoemde convectiepatronen. Deze worden veroorzaakt door materiaal dat ‘opwelt’ door warmte in de bodem. Het beeld is ongeveer 80 kilometer breed.

1/6

Drijven bergen van waterijs

De kilometershoge bergen van waterijs ‘drijven’ volgens de wetenschappers misschien in een ‘zee’ van het zwaardere stikstof- en koolmonoxide-ijs. Het is nu definitief aangetoond dat de hoge structuren uit waterijs bestaan. Die vermoedens bestonden al snel nadat de eerste foto’s binnen kwamen, omdat koolmonoxide-, stikstof- of methaanijs niet sterk genoeg zijn om zo hoog te reiken.

1/6

IJsvulkanisme

We zien de krater van een mogelijke ijsvulkaan op Pluto. IJsvlukanen komen ook voor op sommige manen van Jupiter en Saturnus en zijn in zekere zin vergelijkbaar met vulkanen op aarde, met het grote verschil dat ze geen vloeibaar gesteente ‘spuwen’ maar enigszins gesmolten ijsmateriaal. Wetenschappers hebben deze vier kilometer hoge berg op Pluto Wright Mons genoemd. Doordat inslagkraters vrijwel afwezig zijn in dit gebied denken wetenschappers dat het gebied nog relatief jong is. De afbeelding laat een gebied zien van ongeveer 230 kilometer.

1/6

Opwellende materie

Een overzicht van het Sputnik Planum op Pluto. De vlakte is veel lichter dan haar omgeving en wordt gekenmerkt door zogenoemde convectiepatronen. ‘Opwellende’ materie zou duiden op een interne warmtebron, maar waar die warmte precies vandaan komt is vooralsnog niet duidelijk. De vlakte is ongeveer 1050 bij 800 kilometer groot. De kleuren van deze foto zijn later toegevoegd.

1/6

Afwisselende landschappen

Pluto heeft een enorm afwisselend landschap dat goed is te zien op deze foto. Bekraterde gebieden die duiden op een hoge ouderdom, worden moeiteloos afgewisseld door vrijwel egale vlakten. Dat laatste is juist weer een kernmerk van een relatief recent gevormd landschap. Het gebied op deze foto is een paar honderd kilometer groot.

1/6

Landschappen onder de loep

Analyse van verschillende landschappen op Pluto. De dwergplaneet lijkt wat dat betreft een zeer divers hemellichaam. Dat was tegen de verwachting van veel wetenschappers in.

Atmosfeer wegblazen

Al relatief snel na het passeren van New Horizons kwamen er prachtige foto’s van de atmosfeer van de dwergplaneet binnen. Maar de dampkring (de druk is er ongeveer 100.000 keer lager dan op aarde) had nog een paar verrassingen in petto. De atmosfeer heeft een gemiddelde temperatuur van zo’n 180 graden onder nul, en vooral de bovenste lagen blijken kouder dan verwacht. Waardoor dat precies komt, bijvoorbeeld de aanwezigheid van een onbekende ‘koelende’ stof, is vooralsnog onduidelijk. Wel is waarschijnlijk dat Pluto door deze lager uitgevallen temperatuur minder atmosfeer verliest dan gedacht. Deeltjes in de toplagen van de atmosfeer kunnen namelijk op drift raken en voorgoed de ruimte in vliegen.

Evenals eerdere metingen vanaf de aarde, lieten de precisiemetingen van New Horizons verder zien dat de atmosfeer vooral uit stikstof en methaan bestaat, maar dat er ook complexere stoffen zoals acetyleen en ethyleen aanwezig zijn. Stoffen die overigens ook op Saturnusmaan Titan aanwezig zijn. Verder is het mistig op Pluto. De blauwe waas is afkomstig van kleine deeltjes die in de lucht zweven, waarschijnlijk zogenoemde tholinen. De organische deeltjes klonteren in de loop van duizenden jaren samen en ‘sneeuwen’ uiteindelijk uit over het oppervlak van Pluto.

De atmosfeer van Pluto gezien door ruimtesonde New Horizons terwijl het licht van de zon er doorheen valt. De kleur is later toegevoegd. Deeltjes in de atmosfeer van Pluto hebben een rode kleur, maar zorgen bijvoorbeeld tijdens de zonsondergang juist voor een blauwe gloed.
NASA

Ook een ander proces dat kan bijdragen aan het verlies van de atmosfeer bleek minder invloed te hebben: de interactie met de zonnewind. Dat is de sterke, naar buiten gaande stroom van geladen deeltjes uit de zon die de toplagen van een atmosfeer kan ioniseren en als het ware wegblazen. Dit is vermoedelijk de reden waarom Mars nauwelijks nog een atmosfeer heeft.

Dichtbij grote hemellichamen vormt zich als het ware een boeggolf in de zonnewind (zoals bij een varend schip). Dat komt doordat de geladen deeltjes van de zonnewind opeens een omweg moeten vinden. De Amerikaanse astronoom Fran Bagenal en collega’s zagen echter dat Pluto een relatief kleine boeggolf heeft. Ook daaruit is af te leiden dat de dwergplaneet minder atmosfeer verliest dan gedacht.

Pluto-maan Charon gefotografeerd door ruimtesonde New Horizons. De kleuren zijn aangedikt. Op de foto zijn details tot 2,9 kilometer groot te zien.
NASA/JHUAPL/SwRI

Charon en de maantjes

Dat Pluto niet alleen is, maar wordt vergezeld door verschillende manen was al lang bekend. De grootste maan Charon werd vanaf de aarde al in 1978 ontdekt. Maar net als bij Pluto bood de scheervlucht van New Horizons voor het eerst een gedetailleerde blik op het hemellichaam, dat een diameter heeft van 1208 kilometer.

Wat het meest opvalt is de enorme vallei die een breed spoor trekt langs de evenaar van de maan, die in tegenstelling tot Pluto aan het oppervlak vooral bestaat uit waterijs. Wetenschappers speculeren dat een ondergrondse oceaan het oppervlak van de maan deed openbarsten op het moment dat hij bevroor en uitzette. Verder is de noordpool rood, waarschijnlijk door een interactie van de zonnestraling vastgevroren stoffen. Zoals verwacht heeft Charon geen atmosfeer.

Samengesteld portret van de manen van Pluto. Kerberos en Styx werden pas in 2012 vanaf de aarde ontdekt. New Horizons was toen al ruim zes jaar op weg naar Pluto.
NASA/JHUAPL/SwRI

Naast Charon zijn er nog meer manen, die qua afmetingen overigens bescheiden zijn in vergelijking met Pluto en Charon (die laatstgenoemde is relatief gezien zelfs de grootste maan in ons zonnestelsel). De maantjes Styx, Nix, Kerberos en Hydra zijn maximaal enkele tientallen kilometers groot.

“Dynamisch zit het systeem van Pluto en zijn manen vreemd in elkaar”, zegt Vermeersen. “Zo gaan de maantjes alle kanten op, ze hebben geen zogenoemde corotatie met Pluto, wat betekent dat ze altijd met dezelfde kant richting de dwergplaneet staan: iets dat je bij veel andere planeten en maantjes wél ziet gebeuren onder invloed van de zwaartekracht. Ook dit kan een aanwijzing zijn dat er relatief recent iets in het systeem gebotst is.”

Enorme verscheidenheid in de Kuipergordel

Concluderend schrijven de betrokken wetenschappers verrast te zijn door de verscheidenheid van de verschillende zogenoemde Kuipergordelobjecten die tot nu toe van dichtbij zijn waargenomen door ruimtesondes. Pluto en Charon horen namelijk tot een grote verzameling steen- en ijsklompen die ver voorbij de maan van de buitenste planeet Neptunus traag rondjes om de zon maakt: de Kuipergordel.

Wetenschappers vermoeden dat ook Neptunusmaan Triton een door de planeet ingevangen Kuipergordelobject is. Triton werd in 1989 van dichtbij gefotografeerd door de Voyager 2-sonde. ‘Al deze hemellichamen lijken meer verschillen dan overeenkomsten te hebben’, besluiten de wetenschappers in hun artikel.

Impressie van de Kuipergordel, een grote verzameling van objecten van steen en ijs voorbij de baan van Neptunus. Pluto is een van de grootste objecten in de Kuipergordel.

Dat belooft nog wat voor de verdere verkenning van de Kuipergordel. Om te beginnen met het bezoekje dat New Horizons gaat brengen aan 2014 MU69, een ander Kuipergordelobject. Helaas is dat geen dwergplaneet, maar een rotsblok van naar schatting krap 50 kilometer groot. De ruimtesonde scheert er op 1 januari 2019 op korte afstand langs en zal ongetwijfeld weer bergen nieuwe artikelen opleveren.

Bronnen

  • Bagenal F. et al., Pluto’s interaction with its space environment: Solar wind, energetic particles, and dust, Science (18 maart 2016), DOI:10.1126/science.aad9045
  • Grundy W. et al., Surface compositions across Pluto and Charon, Science (18 maart 2016), DOI:10.1126/science.aad9189
  • Moore J. et al., The geology of Pluto and Charon through the eyes of New Horizons, Science (18 maart 2016), DOI:10.1126/science.aad7055
  • Gladstone G. et al., The atmosphere of Pluto as observed by New Horizons, Science (18 maart 2016), DOI:10.1126/science.aad8866
  • Weaver H. et al., The small satellites of Pluto as observed by New Horizons, Science (18 maart 2016), DOI:10.1126/science.aae0030
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 april 2016

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.