Als die Internationale Astronomische Union im Jahr 2006 bekannt gab, dass Pluto herabgestuft werden von seinem Status als neunter Planet der Sonne, viele Astronomen und Laien gleichermaßen waren schockiert.
Pluto bleibt jedoch ein wichtiges Studienobjekt. Heute gilt er als einer von vielen Zwergplaneten jenseits von Neptun, in einer ringförmigen Region aus überwiegend eisigem Schutt, die die Sonne umkreist und als Kuipergürtel. Diese Randgebiete des Sonnensystems sind noch weitgehend unerforscht. Sie wurden erstmals von der US-Raumfahrtbehörde NASA erreicht. Neue Horizonte Raumsonde; sie flog 2015 nahe an Pluto vorbei und lieferte spektakuläre Bilder von der Oberfläche und Atmosphäre des Zwergplaneten. Aber es gibt noch viel zu lernen.
Deshalb waren meine Kollegen und ich an der südafrikanischen University of the Western Cape (UWC) überglücklich, als wir eingeladen wurden, an einem internationale Mission finanziert von der NASA. Wir sind eine Gruppe erfahrener Kernphysiker mit bahnbrechender Forschung, die sich über Astronomie und Sternexplosionen erstreckt.
Pluto hat seinen sonnennächsten Punkt erreicht im Jahr 1989. Während er sich auf seiner 248 Jahre dauernden ovalen Umlaufbahn von der Sonne entfernt, wird seine Atmosphäre in den nächsten Jahren wahrscheinlich kollabieren und auf seiner Oberfläche gefrieren.
Wir wurden gebeten, ein seltenes Ereignis zu beobachten, das Einblicke in die Atmosphäre des Zwergplaneten und insbesondere in dieses wahrscheinliche Gefrierszenario geben würde. Das Ereignis wird Okkultation genannt und tritt auf, wenn ein Himmelsobjekt vor einem entfernten Stern vorbeizieht und das Licht des Sterns vorübergehend blockiert oder abschwächt. Dadurch kann die Atmosphäre des Objekts – nur für etwa eine Sekunde – als Linse wirken, die das Sternenlicht verstärkt. In diesem Fall war die Okkultation eine Gelegenheit, Informationen über Plutos Atmosphäre zu gewinnen, wie unten erläutert.
Ein einzelnes Teleskop
Wir haben ein einzelnes hochmodernes 0,5-Meter-Newton-Teleskop verwendet, das dem UWC großzügig von der University of Virginia gespendet wurde.
Wenn Wissenschaftler versuchen, eine Bedeckung zu erfassen, verwenden sie möglicherweise ein einzelnes Teleskop, das den Schatten des vorbeiziehenden Objekts verfolgt, oder bis zu 100 strategisch verteilte Teleskope, um die Form eines Objekts zu kartieren und Satelliten und Asteroiden zu entdecken oder zu charakterisieren. Diese Teleskope müssen kleiner und mobiler sein als ihre statischeren, größeren Gegenstücke, die für andere Forschungsarbeiten verwendet werden.
Das Aufstellen und die Inbetriebnahme des Teleskops waren eine große Aufgabe, die hochmoderne Einrichtungen und menschliche Arbeitskraft erforderte. Studenten und Mitarbeiter der Fakultät für Physik und Astronomie der UWC bereiteten die Beobachtung intensiv vor und lernten den Betrieb des Teleskops und die erforderliche Software kennen.
Einige Modifikationen waren auch erforderlich. Das Teleskop kam aus der Fabrik mit einem defekten GPS, das ersetzt wurde und für unsere Zwecke etwas zu kurz war. Wir verwendeten 3D-Drucktechnologie in der Universität Modernes afrikanisches Nukleardetektorlabor um die Länge zu korrigieren und den Brennpunkt des Teleskops anzupassen.
Dann war es Zeit für das Hauptereignis.
Den Moment festhalten
Am 4. August 2024 reiste mein UWC-Kollege Siyambonga Matshawule zusammen mit zwei meiner Postdocs, Cebo Ngwetsheni und Craig Mehl, und meinem Doktoranden Elijah Akakpo zum Beobachtungsort. Sie schlossen sich den Professoren Michael Skrutskie und Anne Verbiscer von der University of Virginia und der NASA an, die beide leitende Forscher der Pluto-Bedeckung und anderer NASA-Missionen wie New Horizons sind.
Der Beobachtungspunkt befand sich in einer abgelegenen Gegend in der südafrikanischen Provinz Nordkap, etwa 40 km nördlich der Stadt Upington. Dies war genau der Mittelpunkt oder das tote Zentrum von Plutos Schatten auf der Erde, der sich über 2.377 km im Durchmesser erstreckt und mit 85.000 km/h über Südafrika und Namibia hinwegzieht. Da sich unsere Erde zur gleichen Zeit ebenfalls mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 107.000 km/h bewegt, war es entscheidend, den richtigen Zeitpunkt und die richtige Position für unser Teleskop zu finden.
Die Temperatur erreichte 0 °C und der Himmel über unserem Beobachtungspunkt war teilweise bewölkt. Doch genau zur richtigen Zeit und am richtigen Ort rissen die Wolken auf – und obwohl die Bedeckung nur wenige Sekunden dauerte, reichte sie möglicherweise aus, um wichtige Informationen über Plutos Atmosphäre zu erhalten.
Das Problem war, dass während der Bedeckung ein plötzlicher und unerwarteter Windstoß das Teleskop (und unsere Herzen) kurzzeitig erschütterte. Wir führen weitere Verarbeitungsvorgänge durch, um das daraus resultierende Rauschen zu entfernen.
Wissenschaftliche Entdeckung
Während der Bedeckung beginnt das Licht des Sterns zu verblassen, da es von Plutos Atmosphäre absorbiert wird. Kurz darauf ereignet sich ein zentraler Blitz genau im Zentrum von Plutos Schatten, wobei Plutos Atmosphäre wie ein Vergrößerungsglas wirkt und der Stern heller erscheint als vor oder nach der Bedeckung.
Nach dem zentralen Blitz beginnt der Stern wieder zu verblassen und erreicht schließlich wieder seine normale Helligkeit. Dieser zentrale Blitz zeigt, wie das Licht des Sterns durch Plutos Atmosphäre gebrochen wird und liefert wichtige Informationen über seine Temperatur und chemische Zusammensetzung. Diese Informationen fließen in Atmosphärenmodelle ein, die uns sagen, ob sich die Atmosphäre schließlich zusammenzieht.
Es ist noch zu früh, um aus unseren Beobachtungen Erkenntnisse über Plutos Atmosphäre abzuleiten, und es kann gut sein, dass wir bei unserem ersten Versuch in den Daten nichts Quantitatives erkennen können. Wenn nicht, bekommen wir ungefähr zur gleichen Zeit im nächsten Jahr eine weitere Gelegenheit. Und dieses Mal werden wir gut auf plötzliche Windstöße vorbereitet sein. Wir werden auch Wärmflaschen mitbringen. Das Abenteuer wartet da draußen!
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