Auf der Oberfläche von Pluto haben Planetenforscher Spuren einer Flüssigkeit gefunden, die dort nach allen gängigen Modellen gar nicht existieren dürfte. Bei Temperaturen um 44 Kelvin ist flüssiger Niederschlag physikalisch ausgeschlossen, und dennoch zeigen die Bilder der Raumsonde New Horizons dunkle Streifen, die sich nur durch eine benetzte Oberfläche erklären lassen. Eine neue Auswertung ordnet diese Strukturen erstmals einem aktiven Transportvorgang zu, der aus mehreren Kilometern Tiefe stammt. Der Zwergplanet gilt damit als geologisch weit lebendiger als lange gedacht.
Pluto zieht in einem mittleren Abstand von rund 39 Astronomischen Einheiten um die Sonne und gehört damit zu den kältesten Körpern, die jemals aus der Nähe untersucht wurden. Die Oberflächentemperatur liegt bei etwa 44 Kelvin, das entspricht ungefähr minus 229 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen verhalten sich Stoffe, die auf der Erde als Gase bekannt sind, wie festes Gestein. Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid bilden dort harte Eisschichten, die sich über geologische Zeiträume verformen und langsam fließen können. Die auffälligste dieser Landschaften ist die Sputnik Planitia, ein riesiges Becken aus gefrorenem Stickstoff, das die helle westliche Hälfte der herzförmigen Region Tombaugh Regio bildet. Mit einer Ausdehnung von rund 1.000 Kilometern übertrifft dieser Gletscher die Fläche vieler Staaten und ist das größte bekannte Stickstoffeisfeld des Sonnensystems. Die Raumsonde New Horizons lieferte im Juli 2015 beim Vorbeiflug die bis heute einzigen hochaufgelösten Aufnahmen dieser Region.
Schon damals fiel eine Besonderheit im Norden des Beckens auf. Das Eis ist dort in stadtgroße Konvektionszellen gegliedert, in denen Wärme aus dem Inneren Stickstoffeis nach oben treibt, während es an den Rändern wieder absinkt. Vergleichbare Muster kennt man von der Sonne, deren Oberfläche ebenfalls vollständig von winzigen Wirbeln und Strömungszellen überzogen ist, nur läuft der Vorgang auf Pluto millionenfach langsamer ab. Zwischen den Zellen verlaufen auffällig dunkle Linien, dazu kommen diffusere dunkle Flächen an ihren Rändern. Eine Ablagerung von Staub oder organischem Material hätte nahegelegen, doch die Verteilung passte nicht zu einem solchen Prozess. Niederschlag schied ohnehin aus, weil der Atmosphärendruck an der Oberfläche viel zu gering ist, als dass eine Flüssigkeit dort dauerhaft bestehen könnte.
Ein Team um Alan Stern vom Southwest Research Institute hat die Aufnahmen der nördlichen Sputnik Planitia noch einmal systematisch vermessen und dabei zwei Klassen von Strukturen unterschieden. Zum einen schmale, scharf begrenzte dunkle Linien entlang der Zellgrenzen, zum anderen breitere, unscharf auslaufende dunkle Flächen an deren Rändern. Beide treten ausschließlich in einem eng umgrenzten Gebiet auf und beide folgen dem Gefälle des Geländes. Genau dieses Muster erwarten Geologen, wenn ein Material den Untergrund benetzt und anschließend hangabwärts abläuft. Als Ursache kommt nach der im The Planetary Science Journal veröffentlichten Untersuchung praktisch nur flüssiger Stickstoff infrage, der von unten an die Oberfläche gelangt und das umgebende Stickstoffeis vorübergehend dunkler erscheinen lässt. Es wäre der erste Nachweis einer kürzlich geflossenen Flüssigkeit auf diesem Körper überhaupt.
Der entscheidende Punkt ist die Herkunft der Flüssigkeit. Weil sie von oben nicht kommen kann, muss sie von unten stammen. Unter dem mehrere Kilometer mächtigen Eispanzer der Sputnik Planitia herrscht ein erheblicher Auflastdruck, und zugleich strömt aus dem Inneren Restwärme nach außen. Beides zusammen kann am Grund des Gletschers einen schmalen Bereich erzeugen, in dem Stickstoff den festen Zustand verlässt. Da die flüssige Phase eine geringere Dichte besitzt als das umgebende Eis, steigt sie in engen Kanälen nach oben, ähnlich wie Schmelzwasser in irdischen Gletschern oder Magma in vulkanischen Schloten. An der Oberfläche verdampft ein Teil sofort, der Rest sickert kurzzeitig in das poröse Eis. Dass der Zwergplaneten weiterhin für Überraschungen gut ist, hatte sich zuletzt auch daran gezeigt, dass seine Atmosphäre messbar dünner wird.
Für die zeitliche Einordnung sorgt die Beschaffenheit der Landschaft selbst. Die Oberfläche der Sputnik Planitia trägt praktisch keine Einschlagkrater, was in der Planetologie als starkes Indiz für ein sehr geringes Alter gilt. Gängige Abschätzungen setzen sie bei deutlich unter einer Million Jahren an, während der Zwergplanet selbst rund 4,5 Milliarden Jahre alt ist. Die dunklen Strukturen müssen also innerhalb dieses schmalen Zeitfensters entstanden sein. Die Forscher halten es zudem für möglich, dass sich die Flächen im Lauf der Zeit verändern, also zeitweise auftauchen und wieder verblassen. Das wäre eine bislang unbekannte Klasse veränderlicher Oberflächenmerkmale auf einem Körper, den viele Modelle als geologisch erstarrt betrachtet haben. Eine Mitteilung der US-Raumfahrtbehörde zum Fund ordnet das Ergebnis in die weitere Auswertung der Missionsdaten ein.
Offen bleibt vorerst, wie belastbar der Befund ist. Alle Aufnahmen stammen aus einem einzigen Vorbeiflug, eine zweite Datenserie zum Vergleich existiert nicht, und die Auflösung reicht nicht aus, um einzelne Kanäle direkt abzubilden. Ein endgültiger Beweis wäre erst mit einer Orbitermission möglich, die dieselbe Region über Jahre hinweg beobachtet. Interessant ist der Mechanismus dennoch weit über den Zwergplaneten hinaus, denn auf dem Neptunmond Triton wurden bereits in den Achtzigerjahren aktive Fontänen beobachtet, deren Antrieb bis heute umstritten ist. Auch dort besteht die Oberfläche überwiegend aus Stickstoffeis. Dass die äußeren Regionen des Sonnensystems keineswegs tote Zonen sind, zeigen ebenso Funde wie jener Meteorit mit außerirdischen Aminosäuren, der in New Jersey ein Hausdach durchschlug.
The Planetary Science Journal, Evidence for Possible N2 Basal Flow beneath Pluto's Northern Sputnik Planitia; doi:10.3847/psj/ae7e85