Rote Polarkappe von Charon erklärt

Die Polarkappe des Plutomonds Charon ist rötlich gefärbt, während der restliche Himmelskörper auf Aufnahmen der Raumsonde New Horizons – die im Juli 2015 das Plutosystem durchquerte – einheitlich grau erscheint. Ein Forscherteam aus den USA und Frankreich hat nun die klimatischen Bedingungen auf Charon über Millionen von Jahren modelliert und so die Ursache der rötlichen Verfärbung gefunden: An den Polen des Plutomonds sammelt sich Methan und wandelt sich durch energiereiche Strahlung in rotbraune Tholine. Die Schicht aus diesen organischen Makromolekülen könne etwa dreißig Zentimeter dick sein, schätzen die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Die rötliche Polarkappe ist die auffälligste Struktur auf den Bildern, die New Horizons von Charon geliefert hat“, schreiben Will Grundy vom Lowell Observatory in Arizona und seine Kollegen. Auch Pluto besitzt eine rötliche Farbe. Als Ursache sehen die Planetenforscher Tholine, organische Makromoleküle auf der Basis von Kohlenstoff und Wasserstoff, die sich vor allem aus Methan unter dem Einfluss energiereicher Strahlung bilden. Zwar strömt aus Plutos dünner Atmosphäre Gas ins Weltall ab und könnte so auch zu Charon gelangen – doch die Tholine sind zu schwer, um in ausreichenden Mengen mitgerissen zu werden.

Grundy und seine Kollegen haben jetzt eine andere Erklärung für Charons rötliche Polarkappe gefunden. Die Umlaufbahn Charons verläuft so, dass die Pole jeweils für über hundert Jahre dauerhaft der Sonne zu- oder abgewandt sind. In der Zeit des polaren Winter sind die Temperaturen so niedrig, dass sich von Pluto stammendes Methan ablagern kann – und zwar pro Winter auf Charon eine 0,3 Mikrometer dünne Schicht. Im nachfolgenden Sommer würde dieses Methaneis sofort wieder verdampfen. Doch wie die Simulationen von Grundy und seinen Kollegen zeigen, wandelt sich ein Teil des Methans vorher durch ultraviolette Strahlung – an interplanetarischem Gas reflektiertes Sonnenlicht – in schwerere Kohlenwasserstoffe um.

Diese schwereren Moleküle verdampfen nicht, reagieren unter der stärkeren Strahlung im Sommer weiter und bilden schließlich die rotbraunen Tholine. Pro Winter könne sich so eine vierzig Nanometer dünne Tholinschicht aufbauen, im Verlauf einer Million Jahre werden daraus 0,16 Millimeter und über die gesamte Entwicklungsgeschichte Charons schließlich etwa dreißig Zentimeter.

Natürlich müsste dieser Vorgang nicht nur am Nordpol, sondern auch am Südpol des Plutomonds ablaufen. Dieser lag zwar beim Vorbeiflug von New Horizons gerade im Dunkel des Winters auf Charon. Doch die Analyse des von dort reflektierten Plutolichts deutet auf eine dunkle Verfärbung auch am Südpol. Das ist ein starkes Indiz für die Richtigkeit der Erklärung von Grundy und seinen Kollegen.