Astronomen entdecken Atmosphäre im Sonnensystem, die es nicht geben dürfte

Ein nur 500 Kilometer kleines Eisobjekt jenseits von Pluto besitzt offenbar eine eigene Atmosphäre. Das ist überraschend, weil eine Gashülle im Sonnensystem vor allem von Planeten, Zwergplaneten und großen Monden bekannt ist.

2002 XV93 ist dafür eigentlich viel zu klein: Seine schwache Schwerkraft dürfte flüchtige Gase kaum festhalten. Für Astronomen ist die Entdeckung deshalb brisant. Wenn selbst solche Mini-Welten eine Atmosphäre bilden können, müssen Modelle zum äußeren Sonnensystem neu gedacht werden. Die Fachzeitschrift Nature Astronomy berichtet über diese ungewöhnliche Beobachtung.

Atmosphäre im Sonnensystem überrascht bei einem winzigen Eisobjekt

2002 XV93 liegt jenseits der Neptunbahn und gehört zu den sogenannten transneptunischen Objekten. Diese Körper bewegen sich in den kalten Randbereichen unseres Sonnensystems. Dort ist die Sonnenwärme schwach, die Temperaturen sind extrem niedrig und die Schwerkraft vieler Objekte reicht kaum aus, um Gase festzuhalten. Das Team um Ko Arimatsu vom NAOJ Ishigakijima Astronomical Observatory schreibt: „Diese Entdeckung zeigt, dass selbst ein nur wenige Hundert Kilometer großer transneptunischer Körper zumindest vorübergehend eine Atmosphäre besitzen kann.“

Zum Vergleich: Pluto hat einen Durchmesser von 23.77 Kilometern. 2002 XV93 kommt nur auf etwa 500 Kilometer. Seine Schwerkraft ist viel schwächer. In der Aussendung heißt es:

Das Objekt ist so klein, dass es eigentlich keine dauerhafte Atmosphäre besitzen sollte.

Ein Stern verriet die dünne Gashülle

Der Nachweis gelang nicht durch ein Foto, sondern durch einen kurzen Moment am Himmel. Am 10. Januar 2024 zog 2002 XV93 von Japan aus gesehen direkt vor einem Stern vorbei. Solche Ereignisse nennen Astronomen Sternbedeckungen. Das Prinzip ist einfach:

• Verschwindet das Sternlicht abrupt, spricht das für einen festen Körper ohne Atmosphäre
• Wird das Licht vorher langsam schwächer, deutet das auf eine dünne Gashülle hin

Dieses langsame Abschwächen beobachteten professionelle und private Astronomen gleichzeitig an mehreren Orten in Japan. Arimatsus Team wertete die Daten aus. Die Ergebnisse passten zu einer Atmosphäre.

Die Forscher berechneten daraus einen Oberflächendruck von etwa 100 bis 200 Nanobar. Das ist extrem wenig. Pluto erreicht im Durchschnitt etwa 10 Mikrobar und besitzt damit rund 50- bis 100-mal mehr Gas in seiner Atmosphäre. Der Wert liegt damit zwar weit unter Pluto, aber höher als alles, was bei ähnlichen Objekten bisher gemessen wurde.

Noch spannender ist die Frage, wie lange diese Gashülle überhaupt existieren kann. Die Antwort überrascht: vermutlich nicht lange. Die Berechnungen zeigen, dass die Atmosphäre ohne Nachschub weniger als 1000 Jahre bestehen würde. Im Vergleich zum Alter des Sonnensystems ist das kaum mehr als ein kurzer Augenblick. Das bedeutet: Die Gashülle muss erst vor kurzer Zeit entstanden sein oder sie wird noch heute erneuert.

Zwei Erklärungen kommen infrage – JWST macht das Rätsel noch größer

Für die Herkunft der Gase gibt es derzeit zwei plausible Möglichkeiten. Die erste Erklärung liegt im Inneren des Himmelskörpers. Dort könnten gefrorene oder flüssige Stoffe verborgen sein. Gelangen sie an die Oberfläche, können sie Gas freisetzen und eine vorübergehende Atmosphäre bilden. Fachleute sprechen von Kryovulkanismus: einer Art Eisvulkanismus, bei dem keine heiße Lava austritt, sondern Wasser, Eis oder andere flüchtige Stoffe.

Die zweite Möglichkeit ist ein Einschlag. Ein kleiner eisiger Körper oder ein Komet könnte auf 2002 XV93 getroffen sein. Dabei wären Gase freigesetzt worden, die sich kurzzeitig als dünne Hülle um das Objekt sammelten.

Eigentlich hätte das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) die naheliegende Erklärung prüfen sollen. Doch seine Beobachtungen machten das Rätsel größer: Auf der Oberfläche von 2002 XV93 fanden sich keine klaren Spuren gefrorener Gase, die einfach verdampfen und die Atmosphäre speisen könnten. Damit fällt die einfachste Erklärung weitgehend weg – und der kleine Himmelskörper jenseits von Pluto bleibt vorerst ein ungewöhnlicher Fall.

Kurz zusammengefasst:

• Im äußeren Sonnensystem überrascht 2002 XV93 mit einer dünnen Atmosphäre, obwohl ein Himmelskörper von nur etwa 500 Kilometern Größe nach bisherigen Modellen kaum Gase dauerhaft festhalten sollte.
• Der Nachweis gelang durch eine Sternbedeckung: Das Licht eines Sterns wurde vor dem Verschwinden langsam abgeschwächt, was auf eine Gashülle hindeutet; der berechnete Oberflächendruck liegt bei nur 100 bis 200 Nanobar.
• Die Atmosphäre hält vermutlich weniger als 1000 Jahre und muss deshalb neu entstanden sein oder ständig erneuert werden – möglich sind Eisvulkanismus im Inneren oder der Einschlag eines kleinen eisigen Körpers.

Übrigens: Auch bei Uranus und Neptun bröckeln alte Gewissheiten – neue Modelle legen nahe, dass unter den blauen Wolken deutlich mehr Gestein stecken könnte als gedacht. Die vermeintlichen Eisriesen könnten ganz anders aufgebaut sein als lange angenommen. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © NAOJ