Zwergplanet Makemake hat keine Atmosphäre

Künstlerische Darstellung der Oberfläche des Zwergplaneten Makemake Quelle: Illustration: ESO/L. Calçada/Nick Risinger (skysurvey.org) (idw)

Astronomen haben mit drei Teleskopen an ESO-Standorten in Chile beobachtet, wie der Zwergplanet Makemake vor einem Hintergrundstern vorüberzog und so für kurze Zeit das Licht des Sterns abdunkelte. Durch diese neuen Beobachtungen konnte man erstmalig prüfen, ob Makemake eine Atmosphäre besitzt. Der kalte Zwergplanet umkreist die Sonne weit draußen im äußeren Sonnensystem, und bisher gingen die Wissenschaftler davon aus, dass er genau wie Plutoeine Atmosphäre besitzt. Wie sich nun aber herausstellte, ist das nicht der Fall. Die Ergebnisse der Beobachtungen werden am 22. November in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Der Zwergplanet Makemake ^[1] hat etwa zwei Drittel der Größe von Pluto und bewegt sich in noch größerer Entfernung als dieser um die Sonne. Noch weiter draußen befindet sich die Umlaufbahn von Eris, des massereichsten bekannten Zwergplaneten im Sonnensystem. Die bisherigen Beobachtungen des eiskalten Makemake zeigten, dass er gewisse Ähnlichkeiten mit anderen Zwergplaneten aufweist, so dass einige Astronomen erwartet haben, dass seine Atmosphäre – falls er eine besitzen sollte – der von Pluto ähneln würde. Die hier vorgestellte neue Studie zeigt jedoch, dass Makemake stattdessen genau wie Eris keine nennenswerte Atmosphäre besitzt.

Makemake ist zu weit entfernt, um seine Eigenschaften direkt zu untersuchen. Dennoch bot sich durch die intensive Beobachtung einer sogenannten Sternbedeckung, während der er vor einem fernen Hintergrundstern vorbeizog ^[3], die Gelegenheit, ihnen auf die Spur zu kommen. Das von José Luis Ortiz vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC) in Spanien geleitete Team wertete dazu die Daten von drei verschiedenen Teleskopen an den chilenischen ESO-Standorten La Silla und Paranal – dem Very Large Telescope (VLT), dem New Technology Telescope (NTT) und TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope) – und von anderen kleinen Teleskopen in Südamerika ^[2] aus.

„Als Makemake vor dem Stern vorüberwanderte und ihn dabei vollständig bedeckte, verschwand der Stern abrupt, anstatt allmählich zu verblassen. Nach dem Ende der Bedeckung tauchte der Stern ebenso abrupt wieder auf. Das bedeutet, dass dieser Zwergplanet keine nennenswerte Atmosphäre haben kann”, so José Luis Ortiz. „Bisher sind wir davon ausgegangen, dass durchaus gute Chancen für das Vorhandensein einer Atmosphäre bestünden. Dass dem nicht so ist, zeigt uns wieder einmal, wie viel wir noch über diese rätselhaften Objekte lernen müssen. Die erste genaue Untersuchung der Eigenschaften von Makemake ist ein großer Schritt für unser Verständnis der Mitglieder des exklusiven Clubs der eisigen Zwergplaneten.”

Da Makemake keine bekannten Monde besitzt und sehr weit von der Erde entfernt seine Bahn zieht, sind genaue Untersuchungen sehr schwierig ^[4], und die wenigen bisher vorhandenen Erkenntnisse waren relativ ungewiss. Die neuen Beobachtungen des Wissenschaftlerteams fügen unserem Wissen über Makemake eine Fülle von Details hinzu: eine genauere Bestimmung von Makemakes Größe, die Erkenntnis dass er keine nennenswerte Atmosphäre haben kann und eine erste Abschätzung seiner Dichte. Ebenso war es den Astronomen möglich, die sogenannte Albedo von Makemake messen, eine Größe, die angibt, welcher Anteil des einfallenden Sonnenlichts von Oberfläche des Zwergplaneten zurückgeworfen wird ^[5]. Das Ergebnis ist, dass die Albedo von Makemake etwa 0,77 beträgt – ein Wert, der höher ist als für Pluto und niedrigerer als für Eris und etwa der Albedo von schmutzigem Schnee entspricht.

Derart detaillierte Beobachtungen von Makemake waren nur möglich, weil er vor einem Stern vorüberzog – ein Ereignis, das man als Sternbedeckung bezeichnet. Nur diese seltenen Ereignisse eröffnen den Wissenschaftlern die Chance, viele Erkenntnisse über die manchmal sehr dünnen Atmosphären und viele weitere Eigenschaften dieser fernen und dennoch wichtigen Mitglieder des Sonnensystems zu gewinnen.

Sternbedeckungen durch Makemake sind besonders selten, da er sich zur Zeit durch ein relativ sternarmes Himmelsareal bewegt. Die präzise Vorhersage und Beobachtung eines solchen Ereignisses ist extrem schwierig. Daher ist die nun vorgestellte erfolgreiche Beobachtungskampagne, an der zahlreiche Teammitglieder und Instrumente an verschiedenen Standorten in Südamerika teilnahmen, ein großer Erfolg.

„Pluto, Eris und Makemake gehören zu den größeren Vertretern der vielen eisigen Objekte, die unsere Sonne in großer Entfernung umkreisen”, ergänzt Ortiz. „Unsere neuen Beobachtungen haben uns viele neue Erkenntnisse über Makemake beschert. In der Zukunft werden wir auf diese Erkenntnisse aufbauen und diese faszinierenden Objekte noch eingehender untersuchen.”

Endnoten

[1] Makemakes ursprüngliche Bezeichnung lautet 2005 FY9. Er wurde im März 2005, wenige Tage nach Ostern, entdeckt, und erhielt daher zunächst den Spitznamen Osterhase. Im July 2008 erhielt er offiziell den Namen Makemake. Makemake ist die Schöpfer- und Fruchtbarkeitsgottheit der Kultur der Osterinsel.

Makemake ist einer von fünf Zwergplaneten, die bislang von der Internationalen Astronomischen Union anerkannt werden. Die vier weiteren sind Ceres, Pluto, Haumea und Eris. Weitere Informationen zum Thema Planeten und Zwergplaneten sind auf den Webseiten der Internationalen Astronomischen Union erhältlich (auf Englisch).

[2] Zu den Teleskopen, die bei dieser Beobachtungskampagne zum Einsatz kamen, gehörte auch das 84-Zentimeter-Teleskop der chilenischen Universidad Católica del Norte. Dieses Teleskop befindet sich auf dem Cerro Armazones, am zukünftigen Standort des European Extremely Large Telescope (E-ELT).

[3] Makemake bedeckte am 23. April 2011 den Stern NOMAD 1181-0235723 (dabei steht NOMAD für „Naval Observatory Merged Astrometric Dataset“). Das Astronomenteam beobachtete das Ereignis mit sieben verschiedenen Teleskopen, die über Brasilien und Chile verteilt stehen. Da die Bedeckung nur etwa eine Minute dauerte, verwendeten die Astronomen eine spezielle Hochgeschwindigkeitskamera namens ULTRACAM (eso0520) und eine Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera namens ISAAC für die Beobachtung.

[4] Wenn Objekte von einem oder mehreren Monden umkreist werden, kann man anhand der Bewegungen der Monde die Masse des Objekts bestimmen. Da Makemake keine bekannten Monde besitzt, konnte diese Strategie hier jedoch nicht angewandt werden.

[5] Die aus den Beobachtungen abgeleitete geometrische Albedo des Zwergplaneten ist 0,77± 0,03, größer als bei Pluto aber kleiner als bei Eris. Ein perfekt reflektierender Körper hätte eine Albedo von 1, während eine nicht reflektierende, schwarze Oberfläche den Wert 0 hätte. Zusammen mit früheren Resultaten ergeben die Beobachtungen für Makemake eine Dichte von 1,7 ± 0,3 Gramm pro Kubikzentimeter. Dieser Wert wiederum ermöglichte es dem Team anschließend, die Form von Makemake zu bestimmen: Der Zwergplanet ist eine an beiden Polen leicht abgeflachte Kugel mit Achsen, die 1430 ± 9 Kilometer und 1502 ± 45 Kilometer lang sind. Makemake besitzt anders als Pluto keine globale Atmosphäre, zumindest keine, die mehr als ein Tausendstel der Dichte derjenigen des Pluto hätte. Eine lokale Atmosphäre, die nur einen Teil der Oberfläche bedeckt, wäre theoretisch denkbar und kann durch die hier vorgestellten Beobachtungen nicht ausgeschlossen werden.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie (idw)