What is this about

This blog collects supplemental data on lesser worlds of the solar system (like Pluto and Titan) that have not (yet) been included in our books. You may contribute to our blog with brief articles that we will on your request also translate for our monolingual audience. The only precondition: Your content must in some way relate to dwarf planets or large moons of the solar system.

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Freitag, 15. Dezember 2017

NEU: Enceladus - Island des Weltraums

Wer noch ein Weihnachtsgeschenk für einen Hobbyastronomen sucht: Das 4. Buch aus unserer Serie ist heute online gegangen. Am kommenden Montag und Dienstag könnt ihr die Kindle-Version sogar gratis herunterladen. Die großformatige 4-Farb-Druckausgabe wird voraussichtlich im Lauf des Wochenendes bestellbar.

"Den Voyager-Sonden erschien Enceladus wie ein frischer glatter Schneeball.

Erst die Cassini bemerkte, wie außergewöhnlich dieser kleine Saturnmond ist, dessen Klüfte Geysire in den Himmel spucken, als sei er das Island des Weltraums.

Inzwischen ist die Cassini in den Saturn gestürzt worden, doch was sie beobachtete, ist noch lange nicht verstanden. Woher kommt die Wärme, von der die Geysire des Enceladus ihre Energie beziehen? Woher die organischen Substanzen darin? Kann es in seinem Innern sogar Leben geben?

In diesem Buch werden die außergewöhnlichen Beobachtungen der Cassini erstmals gesammelt vorgestellt."

Sonntag, 23. Juli 2017

Neue NASA-Videos von Pluto & Charon

Die NASA hat zwei neue digitale Videoüberflüge von Pluto und Charon online gestellt, die via Youtube abrufbar sind. Dramatisch!

Donnerstag, 22. Juni 2017

Free kindle edition of "Ceres: Pluto's little sister" provided for a limited time

"Like the Lonely Mountain Erebor in J. R. R. Tolkien's mythology, Ahuna Mons on Ceres was once occupied by a dragon, but one that 'breathed' ice, not fire."
- Bill Steigerwald, Goddard Space Flight Center
The Lonely Mountain is unique on Ceres and, matter of fact, in the entire solar system. Unfortunately, it had not been treated yet in any book, that's why we have published one ourselves. Three members of the Astronomical Society Urania Wiesbaden have joined to compile what we know about this minor world - the latest article referenced was published five days before this book!
In our latest campaign, the English Kindle edition will be available for free from Friday, June 22, to Sunday, June 24. The large-format full-colour printed edition is available from Amazon, Createspace and related services.
The live video recording of our latest public lecture on Ceres (in German) is available here:

Dienstag, 13. Juni 2017

Celestial Police looking for clouds in Pluto's atmosphere

Evidence for Possible Clouds in Pluto's Present Day Atmosphere describes "a search for discrete could features in Pluto's atmosphere using New Horizons data obtained on 14-15 July 2015, during the Pluto flyby closest approach. We report that Pluto's present day atmosphere is at least largely (>99% by surface area) free of discrete clouds. We also report a handful of features that may plausibly be clouds, all of which were detected obliquely and at high phase observing geometry. No cloud candidates were identified away from the terminators or in low phase (backscattering geometry) images."

Montag, 15. Mai 2017

Ungekürzter Livemitschnitt unseres Vortrags "Ceres: Der erdnächste Zwergplanet"

Wer unseren Vortrag über den Zwergplaneten Ceres vom 08.05.2017 verpasst hat oder noch einmal hören möchte, kann ihn hier in voller Länge nacherleben.

Mittwoch, 19. April 2017

New release: "Ceres: Pluto's little sister"

When at New Year’s eve of 1801 - the first night of the new century - Guiseppe Piazzi watched through his telescope and saw a tiny point of light that no star map had registered, he could hardly gave anticipated how, by this discovery, he revolutionised our understanding of the structure of our solar system.
Up to then, only the sun, seven planets (the planet Uranus had been discovered by F. W. Herschel as late as 1781), their moons and a few comets had been known. When Ceres was discovered, it was first considered a comet, then it was classified as a planet. It was supposed that Ceres was that very world that had been predicted by astronomers for long to fill the gap between Mars and Jupiter. Within a short time, Pallas, Juno and Vesta were also discovered, that orbit in the same gap between Mars and Jupiter. Thus our planetary system grew to 11 planets. 38 years went by, however, until Astraea was found in 1845 (also between Mars and Jupiter), followed by Neptune in the year after. Now we reckoned even 13 planets.
When in 1847, the first detection of Hebe initiated a deluge of new discoveries, the true nature of these objects between Mars and Jupiter was finally acknowledged, and scientists coined the terms asteroids, planetoids or minor planets for them, took them out of the list of planets and numbered them by order of discovery, beginning with (1) Ceres. Now there were only eight major planets left, including Uranus and Neptune, while the number of minor planets steadily grew. When Clyde Tombaugh discovered Pluto in the vastness beyond Neptune in 1930, it was listed as a ninth planet.
Only sixty years after, in the nineties of the last century, evidence was found that the asteroid belt between Mars and Jupiter was paired with another belt of minor solar system bodies beyond Neptune, now called the Kuiper Belt. The objects there consist mainly of ice, mixed with silicates and organic compounds. Some of them are wider than 1000 km, meaning they are larger than Ceres. And only then it became obvious that Pluto is nothing else than another of these bodies, now called TNOs (Trans-Neptunian Objects) or KBOs (Kuiper Belt Objects).
In summer 2006, the International Astronomical Union, or IAU, during its general assembly in Prague decided for a new definition of the term planet. Since then, a planet of the sun has to meet two criteria: 1.) It must be in hydrostatic equilibrium on account of its gravity, i. e. be spherical. 2.) It must be the dominating object in its sphere of influence and have its orbit cleared of other objects.
Though Pluto is perfectly spherical, as the images of the New Horizons space probe have impressively shown us, it fails on the other criterion, because it shares its orbit, intersecting that of Neptune, with about a third of the newly discovered TNOs. Therefore Pluto was no more a planet. Not to degrade it too lowly, however, a new category was designed for it: the dwarf planets. Though they must fulfil the first criterion, to be spherical, they may share similar orbits with a variety of objects. Within the scope of this new definition, spherical Ceres, reckoned as a minor planet for 150 years, has suddenly become a dwarf planet.
Ceres is the largest body is in the asteroid belt between Mars and Jupiter. With a diameter of 1000 km, it is about twice as wide as the next largest asteroids, Pallas and Vesta. About one third of the total mass of the asteroid belt is included in the mass of Ceres.
Once it had been believed that the asteroids were fragments of a larger planet that had orbited between Mars and Jupiter and burst in a cosmic disaster. This hypothetical planet, however, could not have been very big: If you could assemble all the minor bodies of the asteroid belt on Ceres, its diameter would grow only by about half its current size. The asteroid belt simply does not contain enough material to provide for a larger planet. Its total mass amounts only to about half a thousandth that of Earth or about 4 % of the mass of our Moon. In the early stage of the solar system, the gravity of the rapidly growing proto-Jupiter had sucked too much material away from this area so that no proper planet could have developed there. Ceres is only a protoplanet that had not been given a chance to accrete into a true planet.
To understand these processes better, that is why the Dawn mission had been launched. (The name was chosen as a reference to the dawn of the solar system because the mission was intended to provide us insight into the origin of planets.) The camera on board of Dawn has been built in Germany, by the same team that had been in charge of the camera on the comet probe Rosetta. It is a masterpiece of German engineering that should make us proud and the product of long-standing experience with cameras on probes like Giotto or Mars Express. This should be underlined in an era of receding space budgets and fading interest in natural sciences. The camera has not only produced marvellous images of Ceres but, in the end, even saved the continuation of the Dawn mission because, when the US administration had stopped the Dawn project because it was surpassing the budgetary limit, it was just this international cooperation that yet kept the project alive.
Join a fascinating trip to Ceres in this book by Andreas Möhn and Metka Klemenčič with its impressive images: to a body that has not fully managed to become a true planet and has been caught in the protoplanetary stage yet given us thereby important knowledge about the dawn of our solar system and the origin of our own planet.
Dr Rainer Riemann
Heidelberg, in March 2017

The English translation is online and available for a sample read:
The complete printed book is available here:…

Donnerstag, 6. April 2017

Ceres' Temporary Atmosphere Linked to Solar Activity

Diese Publikation hat es nicht mehr in unser Buch geschafft. Wir merken es an dieser Stelle für die zweite Auflage vor:
This publication did not make it into the book any more. We record it here for inclusion in a future second edition.

Ceres' Temporary Atmosphere Linked to Solar Activity

Montag, 27. März 2017

Neuerscheinung im März 2017: Ceres: Plutos kleine Schwester

So! Den dritten Band unserer Reihe über Zwergplaneten und Nebenplaneten des Sonnensystems habe ich gerade als Druckausgabe hochgeladen, er sollte ab morgen über Amazon bestellbar sein! [Nachtrag: Hier geht es zur Druckausgabe, das eBuch wird im April freigegeben.]

Die NASA hatte 2015 inoffiziell zum Jahr der Zwergplaneten ausgerufen. Innerhalb nur weniger Monate kam die Raumsonde Dawn beim erdnächsten Zwergplaneten Ceres an und die Sonde New Horizons flog am Pluto vorbei. Damit sind nun alle Himmelskörper zwischen der Sonne und dem Innenrand des Kuiper-Gürtels von mehr als knapp 1000 km Durchmesser optisch erfasst worden.
Die Dawn hatte zu diesem Zeitpunkt schon eine lange Reise hinter sich. Eine Weile hatte sie den Protoplaneten Vesta umkreist, der wie die Ceres auf einer exzentrischen, stark geneigten Bahn zwischen Mars und Jupiter umläuft. Dieser Abschnitt ihrer Mission kann im vorliegenden Buch aus Platzgründen leider nicht behandelt werden, wir werden ihm einen späteren eigenen Band widmen. Die Beobachtung der Ceres läuft indes weiter und wird noch fortgesetzt werden, bis sich spätestens 2019 der Hydrazintank der Dawn geleert hat und sie als manövrierunfähiger Satellit den Zwergplaneten weiter begleiten wird.
Dawn und New Horizons waren nur zwei der unbekannten Raumfahrtmissionen, mit denen im 21. Jahrhundert das Sonnensystem erforscht wird. Neben verschiedenen Sonden und Landegeräten auf dem Mond und dem Mars sahen wir auch Messenger den Merkur umkreisen, Venus Express die Venus, Juno ist derzeit am Jupiter aktiv, Cassini wird im September 2017 in den Saturn stürzen. Keine neuen Anflüge sind derzeit leider für die äußeren Planeten Uranus und Neptun und deren Satellitensysteme vorgesehen, von denen wir bis heute nur die kurzen Blicke kennen, die Voyager 2 im Vorbeirasen auf sie geworfen hat.
Und dann war da auch noch die Rosetta mit dem unglücklichen Lander Philae, der sich auf dem Kometen Tschurjumov-Gerassimenko geradezu zu Tode hopste. Aber neue Raumflugunternehmen insbesondere zu den Kleinplaneten des Sonnensystems sind bereits unterwegs: Der inzwischen beendeten Hayabusa zum Planetoiden (25143) Itokawa folgt Hayabusa 2  zum erdnahen (162173) Ryugu, OSIRIS-REx hat sich auf den Weg zu dem weitgehend aus Eisen bestehenden (101955) Bennu gemacht, und am Neujahrstag 2019 wird die bestens funktionsfähige New Horizons sehr dicht an dem noch immer namenlosen Kuiper-Gürtelobjekt 2014 MU69 vorbeiziehen.
Bei all diesen Ereignissen stand die kleine Ceres ein wenig im Schatten vor allem ihres spektakulären großen Bruders Pluto. Das Unternehmen Dawn war jedoch höchst erfolgreich. Fachartikel der beteiligten Forschergruppen erscheinen weiterhin in schneller Folge: Der neueste, der in dieses Buch einging, erschien am 22. März 2017, gerade eine Woche vor der Drucklegung, und er behandelte die Frage, an welchen Stellen auf der Oberfläche sich Wassereis langfristig halten kann.
An einigen Beobachtungen der Dawn  entzündet sich die Fantasie: Die Ceres ist ein grandioses Rohstofflager für den Bergbau, aus ihren Mineralien ließen sich ganze Raumschiffsflotten bauen. Und noch schöner: Es sind alle Zutaten vorhanden, um irgendwo in der Tiefe eine präbiotische Chemie anzustoßen, also Vorstufen zum Leben, wenn nicht gar mikrobielle Lebensformen selbst. Die Ceres, eine bewohnte Welt?
Damit reiht sich der erdnächste Zwergplanet in die einst für erstarrte Eisklumpen gehaltenen, aktiven Welten wie Europa, Enceladus, Dione, Titan und Pluto ein; auch, wenn die Ceres offenbar keinen weltweiten Ozean unter ihrer Kruste birgt, wie man ursprünglich angenommen hatte, so gibt es doch stellenweise eine brackige Sole, die zu manchen Gelegenheiten an die Oberfläche spritzt. Es verführt zu Träumen zu einer Nachfolgemission zu der kleinen Dawn, die mit nur drei Instrumenten an Bord eine ganze Welt zu erkunden hat. Ein Ceres Polar Lander ist angeregt worden, der mit einer Sojus-Rakete zu starten wäre und nach vier Jahren Flugzeit zuerst in den Orbit gehen und danach auf die Oberfläche absteigen sollte - um nach primitivem Leben auf der Ceres zu suchen (so verkauft man seine Projekte an den amerikanischen Congress).
Sogar eine bemannte Mission zur Ceres wird in Betracht gezogen. Angeblich sei sie nicht aufwändiger als ein Flug zum Mars, mit 270 Tagen in eine Richtung sei auch die Flugzeit ungefähr dieselbe, wenn man ein atomgetriebenes Raumfahrzeug verwende. Das aber erfordert noch ein paar technische Innovationen. Ein unbemanntes Landegerät ist indessen heute schon machbar - sofern sich die Verantwortlichen überzeugen lassen, dass er sein Geld wert ist.
Mit diesem Buch möchten wir unseren kleinen Beitrag  zu dieser Diskussion leisten.

A. Möhn, M. Klemenčič
im März 2017

Nachtrag: Eine kostenlose Leseprobe gibt es wie üblich auf

Montag, 20. Februar 2017

Printed edition temporarily not available due to a fault in Createspace's upload service

Regrettably, the English print edition of our non-fiction book "Titan - Pluto's big brother" is temporarily out of stock due to software problems at the provider's. I tried to upload an error correction yesterday, and Createspace's algorithms rejected it, claiming wrong page size, though the pages were exactly as large as before. Trying to restore the previous version failed with the same stupid error message though it has been flawlessly available till yesterday. Createspace is informed and investigating the problem. I will drop a note when the printed version is in stock again.

The ebook edition is not affected!

Postscriptum 2017-02-23: Createspace has now identified the problem, and we have been able to jointly remedy it. The printed version is available for ordering again.

Freitag, 17. Februar 2017

Codex Regius books: Auf der Suche nach Ceres

Codex Regius books: Auf der Suche nach Ceres: Kennen Sie die »Himmelspolizey«? So nannte sich scherzhaft eine Gruppe von ursprünglich sechs Astronomen, die in den letzten Tagen des 18. Jahrhunderts zu den ersten Planetenjägern wurden.

Sonntag, 29. Januar 2017

Do we need a class of "Plutonian" planets?

The physical and chemical characteristics of dwarf planets and large moons of the gas giants have suggested to the authors to question the present differentiation. Instead of classifying by orbits only, the structure of the worlds should be stronger weighted and distinct classes be developed that may include worlds as similar to each other as Pluto, Triton and Titan. The article suggests that the obsolete term secondary planets might be revived for moons in hydrostatic equilibrium.

Pluto, Charon, Titan, Ceres, Triton, dwarf planets, moons, Tholin

Montage by Emily Lakdawalla. Data from NASA / JPL, JHUAPL/SwRI, SSI, and UCLA / MPS / DLR / IDA,
processed by Gordan Ugarkovic, Ted Stryk, Bjorn Jonsson, Roman Tkachenko, and Emily Lakdawalla.

Do we need a new definition of our moons?

The year 2015 has initiated a scientific revolution whose scope we have not fully grasped yet. With Ceres and Pluto, two dwarf planets have been visited by unmanned spacecraft at the same time. Their findings suggest to us to question the present division of solar system objects.
When it is said today that Ceriesi was an intruder to the asteroid belt that has developed farther out in the solar system, should it not to be reckoned then with the icy worlds of the Kuiper Belt [1]? Watching how alike to each other are the chemical, physical and even geographical properties of Pluto and Saturn's moon Titan [2] (they have virtually the same density, to begin with), is it still justified to sort them into two different classes for the sole reason that one of them orbits a larger body and the other, a smaller one?

It might be more sensible to classiy objects in the solar system based on their planetological characteristics instead of merely their orbits. We have made a good beginning with "terrestrial" and "Jovian" planets, a little bit less fortunate we have been with the introduction of the dwarf planets. In our opinion, we need a similar division for our moons that include common classes for objects with similar properties.

But not "dwarf planets", please! I couldn't call Titan in good conscience a dwarf though it is larger than Mercury.

That's one of the problems with the definition of the International Astronomical Union: Ceres is more or less the tiniest object that may still pass as a dwarf planet, but they have failed to define an upper limit. How big does a dwarf planet have to grow to become a proper planet? Basically we believe that everything should be covered by the umbrella term "planet" that, according to the applying definition, is in hydrostatic equilibrium, regardless of what it orbits around.

In other words, everything that is more or less round.

Though at least Haumea poses a major problem here! But with regard to the big moons we suggest reviving the obsolete expression secondary planets (first used by Newton, I think) for moons in hydrostatic equilibrium that has been in common use for any moons satellites in the solar system in the 18th and 19th centuries. It fell into disuse, it seems, when the moons of Mars were discovered because it felt too awkward to call those two potatoes planets. As a result, we would have five terretesrial planets in the inner solar system: as before, the four primary planets Mercury to Mars, and one secondary planet, the Moon. The class of Jovian planets stays the same. Then, a new category should follow for ice/tholin worlds like Titan, Triton and Pluto.

Or a more general one, for planets with icy crust and liquid water mantle? That would also cover the dwarf planet Ceres or other active secondary planets like Enceladus.

That might be worth consideration. This category could be dubbed Plutonian planets, to cool some moods across the Pond, [3], even though from the historical point of view, Titan was the first discovered, and prototype, of the big ice planets.

What about the Galilean Moons?

We are undecided about whether they should be included. Io is definitely a case apart. Especially Callisto may absolutely belong into the same category, because its density is also comparable to that of Pluto. What do our readers think? We are waiting for your suggestions!

Postscriptum 2016-02-08: Such a proposal seems to actually have been made, see Six New Horizons scientists propose geophysical planet definition by L. Kornfeld. I do not like the term "moon planet" much because it is hard to translate into other languages. Planète lunaire for French is already occupied by the meaning "planet looking like the moon", i.e. Mercury, Mondplanet for German, though better than "Satellitenplanet", is commonly understood as referring to inhabited SF moons (like Endor or Pandora), meaning that verbatim translations will lead to a lot of avoidable confusion. I am sure we can come up with something better than that. French astronomers of the 19th cntury also used the term planètes subalternes, what about that?

[1] Möhn/Klemenčič/Riemann (Codex Regius): „Ceres - Pluto's little sister“, Wiesbaden/Ljubljana 2017 (prep.)

[2] Möhn/Klemenčič/Riemann (Codex Regius): „Titan - Pluto's big brother“, Wiesbaden/Ljubljana 2016

[3] Möhn/Klemenčič/Riemann (Codex Regius): „Pluto & Charon“, Wiesbaden/Ljubljana 2016

Donnerstag, 26. Januar 2017

Brauchen wir eine neue Definition unserer Monde?

Die physikalischen und chemischen Ähnlichkeiten im Aufbau von Zwergplaneten und großen Monden der Gasplaneten veranlassen die Autoren, die bisherige Unterscheidung in Frage zu stellen. Statt strikt nach Umlaufbahnen zu urteilen, sollte der Aufbau der Welten stärker berücksichtigt und u. a. eine eigene Klasse für einander so ähnliche Welten wie Pluto, Triton und Titan beschaffen werden. Es wird vorgeschlagen, für Monde in hydrostatischem Gleichgewicht die ausgestorbene Bezeichnung Nebenplaneten (engl. secondary planets) wiederzubeleben.

Pluto, Charon, Titan, Ceres, Triton, Zwergplaneten, Monde, Tholin

Montage by Emily Lakdawalla. Data from NASA / JPL, JHUAPL/SwRI, SSI, and UCLA / MPS / DLR / IDA,
processed by Gordan Ugarkovic, Ted Stryk, Bjorn Jonsson, Roman Tkachenko, and Emily Lakdawalla.

Brauchen wir eine neue Definition unserer Monde?

2015 hat uns eine wissenschaftliche Revolution beschert, die wir noch nicht in ihrem vollen Umfang überschauen. Mit der Ceres und dem Pluto wurden gleich zwei Zwergplaneten auf einmal von Raumsonden besucht. Ihre Erkenntnisse veranlassen uns zu der Überlegung, ob die bisherige Unterteilung der Objekte im äußeren Sonnensystem noch brauchbar ist.
Wenn es heute heißt, dass die Ceres ein Eindringling im Planetoidengürtel sei, der sich weiter draußen im Sonnensystem entwickelt habe, ist sie dann nicht womöglich eher den Eiswelten des Kuiper-Gürtels zuzurechnen [1]? Wenn wir sehen, wie chemisch und physikalisch ähnlich sich der Pluto und der Saturnmond Titan sehen [2] (beide haben zum Beispiel praktisch dieselbe Dichte), ist es dann noch gerechtfertigt, sie in zwei verschiedene Klassen einzustufen, nur, weil der eine von ihnen eine größere Welt umkreist und der andere eine kleinere?

Es wäre womöglich sinnvoller, Objekte im Sonnensystem planetologisch zu klassifizieren statt lediglich nach ihren Umlaufbahnen. Mit den erdähnlichen und jupiterähnlichen Planeten haben wir einen guten Anfang gemacht, etwas weniger glücklich haben wir das mit den Zwergplaneten fortgesetzt. Unseres Erachtens brauchen wir eine ähnliche Einteilung für unsere Monde, die auch gemeinsame Klassen für Objekte mit ähnlichem Aufbau zulässt.

Aber nicht „Zwergplaneten“, bitte. Ich könnte nicht guten Gewissens den Titan als Zwerg bezeichnen, wo er doch größer ist als der Merkur.

Das ist eines der Probleme mit der Definition der Internationalen Astronomischen Union: Die Ceres ist so ziemlich das Kleinste, was noch als Zwergplanet durchgehen kann, aber man hat versäumt, eine Obergrenze festzulegen. Wie groß muss ein Zwergplanet denn werden, damit er zu einem richtigen Planeten wird? Grundsätzlich sind wir der Meinung, dass alles unter dem Oberbegriff Planet zusammengefasst werden sollte, was sich nach der geltenden Definition im hydrostatischen Gleichgewicht befindet.

Also alles, was mehr oder weniger rund ist.

Wobei uns die Haumea ein Problem darstellt. <lacht> Was die großen Monde angeht, schlagen wir vor, für Monde im hydrostatischen Gleichgewicht den Ausdruck Nebenplaneten wiederzubeleben, der im 18. und 19. Jh. für Satelliten im Sonnensystem gängig war. Er geriet offenbar mit der Entdeckung der Marsmonde außer Mode, denn diese beiden Kartoffeln konnte niemand mehr guten Gewissens als Planeten bezeichnen. Dann hätten wir im inneren Sonnensystem fünf erdähnliche Planeten: die vier Hauptplaneten Merkur bis Mars sowie den Nebenplaneten Mond. An den vier Gasplaneten ändert sich nichts. Wir brauchen jedoch eine neue Klasse für Eis/Tholinwelten wie Titan, Triton und Pluto.

Oder allgemeiner für Planeten mit Eiskruste und flüssigem Wassermantel? Dann würden auch der Zwergplanet Ceres erfasst sowie weitere aktive Nebenplaneten wie der Enceladus.

Das wäre zu überlegen. Man könnte sie als plutoähnliche Planeten bezeichnen zur Beruhigung der Gemüter drüben, jenseits des großen Teichs [3], auch wenn historisch gesehen vielleicht eher der Titan der Prototyp der großen Eisplaneten wäre.

Was ist mit den Galileischen Monden?

Wir sind unentschieden darüber, ob sie einzuschließen wären. Der Io ist ganz sicher ein Fall für sich. Insbesondere die Callisto mag aber durchaus in dieselbe Klasse fallen, wo doch auch ihre Dichte mit der des Plutos vergleichbar ist. Was meinen die Leser? Wir nehmen gerne Vorschläge und Anregungen entgegen!

[1] Möhn/Klemenčič/Riemann (Codex Regius): „Ceres – Plutos kleine Schwester“, Wiesbaden/Ljubljana 2017 (in Vorb.)

[2] Möhn/Klemenčič/Riemann (Codex Regius): „Titan – Plutos großer Bruder“, Wiesbaden/Ljubljana 2016

[3] Möhn/Klemenčič/Riemann (Codex Regius): „Pluto & Charon“, Wiesbaden/Ljubljana 2016

Dienstag, 10. Januar 2017

The ice spike forests of Pluto: What the heck are penitentes?

Astronomy websites are spreading the news these days that an icy structure called 'nieve penitentes' has been confirmed for Pluto, of a kind known from the high mountains of South America, and that a computer simulation had shown where it came from. Alas, many commenters were not too familiar with the concept and got the details wrong. The following contribution tries to explain what kind of a phenomenon is really behind the nieve penitentes, or snow penitents.

Fig. 1: Tartarus Dorsa, originally
described as a snake-skin structureNASA/JHU-APL/SwRI
First: The finding as such is not quite so new any more. The supposition that the region of Tartarus Dorsa on Pluto (fig. 1) might constitute an extraterrestrial equivalent of nieve penitentes has already been mentioned in our book Pluto & Charon, June, 2016. The news about it is the digital simulation by Moores et al. that has confirmed in December 2016 what had been but mere speculation in spring.

In the Alps or in the Pyrenees, you would not find any nieve penitentes because it is restricted to high mountains close to the equator, such as the Andes, Mount Kilimanjaro, the Elbruz or the Himalayas. The air must be very dry and very cold - maybe also very low-pressure? - to reduce layers of ice sublimating in sunlight to structures that grow most frequently up to 0.5 to 1.5 metres and to a few decimeters in width, though occasionally they may tower as high as six metres. They are arranged in regular spaces following the prevailing direction of irradiation. Mountaineers know this phenomenon also as ice spikes or ice blades. Despite its outward beauty, particularly when the moon is out, it is little popular because it is difficult to tread on and complicates making headway.

Fig. 2: Nazarenos as a model for snow penitents
By Pedro J Pacheco (Own work) [CC BY-SA 4.0],
via Wikimedia Commons
Ice blades have not been named by painter Rudolf Reschreiter, as you often may read these days, but by mountaineer Dr Paul Güssfeldt who first discovered them on Mount Aconcagua in 1883. In the Deutsche Rundschau journal, vol. 42, 1885, Güssfeldt recalled that he was first tempted to refer to the head-high ice spikes, 'which deserve to be introduced to science by a special term' as 'Kerzenfelder', candle fields,'until [mountain guide Lorenzo] Zamorano gave the better word nieve de los penitentes, or nieve penitente, "snow penitents", into my hand.' Lorenzo Zamorano was obviously reminded of the white pointed hoods of the nazarenos, the penitents of processions of the Spanish Catholic church (fig. 2). The term, nieve penitentes, was plainly claimed as the 'international name' of the phenomenon by the Popular Science journal in December 1917.

Concerning visuals, however, it was indeed Rudolf Reschreiter (* 1868; † 1939) who popularised snow penitents when he travelled the Cordilleras in 1903, in the wake of Prof Hans Meyer. On 12 July, Reschreiter discovered ice blades on the west slope of Mount Chimborazo, took photos (image 3) and converted them later into naturalistic paintings that Prof Meyer used to illustrate his 1907 book In den Hoch-Anden von Ecuador: Chimborazo, Cotopaxi, etc. One of these paintings is now on display in the Alpenvereinsmuseum Innsbruck.

Fig. 3 Ice blades rendered by
R. Reschreiter in 1907
Neither Güssfeldt nor Meyer were able to explain the origin of snow penitents beyond the obvious, namely that wind and sun had to be involved in some way or another. In 1917, Popular Science even smugly fell back on precipitated grains of 'meteor' dust to explain why ice blades should stay behind when a glacier was melting away. It was not before a hundred years later, in 2007, when a team led by M. D. Betterton finally managed to generate small-scale snow penitents in the lab:

'In nature, these spikes develop every year anew when tiny bumps on a surface of fresh snow scatter sunlight inside. More light causes more snow to evaporate, or sublimate - owing to the dryness of the air, the solid-state snow transforms into vapour. The process is accumulative: the depressions become deeper and deeper and, hence, can "trap" more and more sunlight, so that at the end there are deep troughs between which those ice spikes have remained. In winter, when the sun is less powerful, fresh snowfall fills in the troughs, so that in spring, another level surface will welcome the sun. The spikes protect the glacier surface in two ways: On the one hand, they cast shadows so that less surface is exposed to the sun. On the other hand, their three-dimensional structure multiplies the available surface of the glacier - providing more surface for heat exchange, and cold mountain winds can cool the ice more effectively.

To accelerate the process, Betterton's team had spread toner particles from a photocopier on fresh blocks of snow. If the particles were spread thin enough to let light pass to the ice, troughs developed there as well. The toner particles then protected the ice spikes against irradiation and you had to wait only half an hour, rather than three hours, for "ice blade forests" to develop.
' (Was this approach inspired by the 'meteor' dust hypothesis?)
(Translated from Welt der Physik)

This model had a drawback, though: it still failed to explain why the ice blades would be set in regular spaces and turned parallel to each other. A study published by Philippe Claudin in 2015 helped explain this:

'Regarding the characteristic spacing of these troughs, Claudin and his colleagues found that vapour diffusion at the surface is essential. It" see only when there ares significant local variations in the vapour contents of the air precisely above the surface that one part of the surface can sublimate quicker than another. But lateral diffusion [by wind] suppresses look thus if this diffusion is almost, discrete penitentes can only grow a long distance striking. In other Word, the separation of the penitentes increases with the diffusion advises.'

However, the structures in Tartarus Dorsa on Pluto are very different from those on Earth. Firstly, they are arranged not in one but in three different directions, interpreted by Moores et al. as a sign of high age, while ice blades on Earth do not survives even a full year: Pluto must have changed its orbital parameters several times while they were growing. Secondly, they are overwhelmingly gigantic: Made of frozen methane rather than water ice, they are not restricted to Reschreiter's hip-high spikes but grow to pillars that loom up to 500 metres and stand so far apart that you could squeeze a colony in between!

A viewer on the surface of Pluto must consider Tartarus Dorsa a wonder of nature that only the most daring SF authors might have imagined. Maybe this description comes closest that Stanislaw Lem gave of the fictive Wood of Birnam on Saturn's moon Titan in his novel Fiasco (1985): 'The furious play of chemical radicals … created a crusty porcelain jungle that atteined heights of a quarter of a mile; the weak gravitation assisted its growth, so that there were treelike formations and thickets of glassy white laid upon each other in successive layers. … The enormous bulk was actually a solidified cloud formed of spiderweb capillaries in every shade of white, from pearly opalescent to dazzling milky.' It would be worth knowing whether snow penitents may also occur under the conditions prevailing on Titan - may this explain the remarkably bright features of the landscape of Xanadu?

Now here is a challenge for you artist illustrators: What would the ice spike forests of Tartarus Dorsa look like for astronauts landed on the ground?

Codex Regius, in January 2017

Montag, 9. Januar 2017

Die Eisnadelwälder des Plutos: Was ist eigentlich Büßerschnee?

Astronomiewebseiten verbreiten in diesen Tagen die Nachricht, auf dem Pluto sei eine Eisformation namens »Nieve penitentes« nachgewiesen worden, wie man sie aus den Hochgebirgen Südamerikas kenne, und eine Computersimulation habe gezeigt, wie sie entstehe. Dabei können viele mit dem Begriff nichts Richtiges anfangen und geben den Zusammenhang falsch wieder. Der folgende Artikel sucht, zu vermitteln, um was für eine Erscheinung es sich bei Nieve penitentes, dem Büßerschnee, tatsächlich handelt.

Abb. 1: Tartarus Dorsa, anfangs
beschrieben als Schlangenhaut
Zunächst: Der Fund an sich ist nicht mehr ganz neu, die Vermutung, bei der Landschaft Tartarus Dorsa auf dem Pluto (Abb. 1) handle es sich um eine außerirdische Ausprägung von Nieve penitentes, findet sich schon in unserem Buch Pluto & Charon, Juni 2016. Neu ist lediglich die digitale Simulation von Moores u. a., die theoretisch bestätigt hat, was im Frühjahr nur eine Spekulation gewesen ist.

In den Alpen oder den Pyrenäen sucht man Nieve penitentes vergebens, denn er bildet sich nur in äquatornahen Hochgebirgen wie den Anden, dem Kilimandscharo, dem Elbrus oder dem Himalaya aus. Die Luft muss sehr trocken und sehr kalt sein – vielleicht auch sehr dünn? -, dann hinterlassen im Sonnenlicht sublimierende Eisdecken Strukturen, die meist nur 0,5 bis 1,5 m hoch und wenige Dezimeter weit sind, manchmal aber auch bis auf 6 m anwachsende Spitzen ausbilden können. Sie sind in regelmäßigen Abständen angeordnet und nach der vorherrschenden Einstrahlungsrichtung orientiert. Bergsteiger kennen diese Erscheinung auch als Zackenfirn (ice spikes oder ice blades). Abgesehen von ihrer äußeren Schönheit, vor allem bei Mondschein, ist sie wenig beliebt, denn sie ist mühsam zu begehen und erschwert das Vorankommen.
Abb. 2: Nazarenos als Vorbild für
den Büßerschnee
By Pedro J Pacheco (Own work) [CC BY-SA 4.0],
via Wikimedia Commons

Zum ersten Mal beschrieb den Zackenfirn nicht, wie oft behauptet wird, der Maler Rudolf Reschreiter, sondern der Bergsteiger Dr. Paul Güssfeldt bei der Erstbesteigung des Aconcaguas 1883. In der Deutschen Rundschau, Band 42, 1885, erinnerte er sich, dass er die mannshohen Eiszacken, »welche unter einem besonderen Namen in die Wissenschaft eingeführt zu werden verdienen«, zuerst als »Kerzenfelder« bezeichnen wollte, »bis mir [der Bergführer Lorenzo] Zamorano das bessere Wort nieve de los penitentes, oder nieve penitente, 'Büßerschnee', an die Hand gab.« Lorenzo Zamorano fühlte sich von den Firnzacken offensichtlich an die spitzen weißen Hauben der Nazarenos erinnert, der Büßer bei den Prozessionen der spanischen katholischen Kirche (Abb. 2). Der Begriff nieve penitentes wird bereits von der Popular Science, Dezember 1917, als »international name« der Erscheinung bezeichnet.

Für das Auge machte in der Tat Rudolf Reschreiter (* 1868; † 1939) den Büßerschnee bekannt, der 1903 gemeinsam mit Prof. Hans Meyer die Kordilleren bereiste. Auf dem Westhang des Chimborazo entdeckte Reschreiter am 12. Juli Formationen von Zackenfirn, fotografierte sie (Abb. 3) und setzte seine Aufnahmen später in naturalistische Gemälde um, mit denen Prof. Meyer seinen 1907 erschienenen Bildband In den Hoch-Anden von Ecuador: Chimborazo, Cotopaxi, etc illustrierte. Eines dieser Gemälde ist heute im Alpenvereinsmuseum Innsbruck ausgestellt.
Abb. 3. Darstellungen des Zackenfirns
von R. Reschreiter, 1907

Weder Güssfeldt noch Meyer hatten eine Erklärung für die Entstehung des Büßerschnees, außer, dass Wind und Sonne irgendwie beteiligt sein mussten. 1917 vermutete die Popular Sciences originellerweise Abschattung durch niedergeregnete Staubkörnchen von »meteors« als Ursache, warum beim Abschmelzen des Gletschereises Zacken zurückbleiben könnten. Erst hundert Jahre später, 2007, gelang es dem Team um M. D. Betterton, kleinmaßstäblichen Büßerschnee im Labor zu erzeugen:

»In der Natur entstehen die Nadeln jedes Jahr neu, wenn winzige Unebenheiten auf der Neuschneeoberfläche das Sonnenlicht in sich selbst streuen. Intensiveres Licht bringt mehr Schnee zum Verdampfen -- bei der Sublimation geht der Festkörper Schnee durch die trockene Luft direkt in Wasserdampf über. Der Prozess verstärkt sich selbst: Die Dellen werden immer tiefer und können so immer mehr Sonnenlicht "einfangen", so dass am Ende tiefe Höhlungen entstehen, zwischen denen die Eisspitzen stehen bleiben. Im Winter mit weniger intensiver Sonne füllt Neuschnee die Löcher auf, so dass im Frühjahr wieder eine geschlossene Oberfläche auf die Sonne wartet. Die Nadeln schützen die Gletscheroberfläche auf zweierlei Weise: Zum einen werfen sie Schatten, so dass weniger Oberfläche der Sonne ausgesetzt ist. Zum anderen vergrößert die dreidimensionale Form die Oberfläche des Gletschers enorm -- das liefert mehr Fläche für den Wärmeaustausch, und kalte Bergwinde können das Eis besser kühlen.

Um den Prozess zu beschleunigen, verstreute Bettertons Team Tonerpartikel eines Kopiergeräts auf frische Schneeblöcke. Waren die Partikel dünn genug verstreut, um Licht ans Eis zu lassen, so begann auch hier die Löcherbildung. Die Rußpartikel dienen den Eisspitzen als Lichtschutz und die Wartezeit bis zur Bildung der "Eisnadelwälder" verkürzte sich von drei Stunden auf eine halbe.« (Stand hier die These vom »Meteor«-Staub Pate?)
(Welt der Physik)

Dieses Modell hatte indessen einen Nachteil: Es erklärte ebenso wenig, warum der Zackenfirn in regelmäßigen Abständen und parallelen Orientierungen auftrat. Da half eine 2015 veröffentlichte Untersuchung von Philippe Claudin bei der Klärung:

»Regarding the characteristic spacing of these troughs, Claudin and his colleagues found that vapor diffusion at the surface is essential. It«s only when there are significant local variations in the vapor content of the air just above the surface that one part of the surface can sublimate quicker than another. But lateral diffusion [by wind] suppresses such differences—so if this diffusion is fast, separate penitentes can only grow a long distance apart. In other words, the separation of the penitentes increases with the diffusion rate.
(Bezüglich der typischen Verteilung dieser Mulden fanden Claudin und seine Kollegen heraus, dass die Oberflächenverbreitung des Dampfs ausschlaggebend ist. Nur bei deutlichen räumlichen Unterschieden im Dampfgehalt der Luft kann ein Teil der Oberfläche schneller sublimieren als ein anderer. Aber Seitwärtsverbreitung [durch Wind] verwischt derartige Unterschiede – geschieht diese Verteilung also schnell, können die Firnzacken nur weit entfernt voneinander gedeihen. Anders ausgedrückt: Der Abstand der Zacken steigt mit der Verbreitungsgeschwindigkeit.)«

Nun weichen die Strukturen in Tartarus Dorsa auf dem Pluto erheblich von denen auf der Erde ab. Zum einen: Sie sind nicht in eine, sondern in drei verschiedenen Richtungen orientiert, was nach Moores u. a. für ihr hohes Alter spricht, während irdischer Zackenfirn kein Jahr überdauert: Der Pluto muss mehrmals seine Bahndaten geändert haben, während sie anwuchsen. Zum anderen sind sie von gigantischer Größe: Wir haben es nicht mit einem Feld von Reschreiters hüfthohen Spitzen zu tun, sondern da türmen sich bis zu 500 m hohe Eiszinnen auf, die so weit auseinander stehen, dass man eine Kolonie zwischen sie setzen könnte!

Für einen Betrachter auf der Oberfläche des Plutos muss Tartarus Dorsa ein Naturwunder sein, wie es nur die kühnsten SF-Autoren hätten erdenken können. Vielleicht kommt ihm die Beschreibung am nächsten, die Stanislaw Lem in seinem Roman Das Fiasko (1985) von dem fiktiven Wald von Birnam auf dem Saturnmond Titan gab: »Das verbissene Spiel der chemischen Radikale … bringt einen Dschungel von zerbrechlichem Porzellan hervor, der, begünstigt durch die schwache Gravitation, Höhen bis zu einer Viertelmeile erreicht. … Das Ganze ist eigentlich eine geronnene Wolke aus geädertem Spinngewebe in allen Schattierungen von weiß, vom opalisierenden Perlmutt bis zum blendenden Milchweiß.« Nun wäre es interessant zu wissen, ob Büßerschnee auch unter den Bedingungen auf dem Titan auftreten kann – wäre das eine denkbare Erklärung für die auffallend helle Landschaft Xanadu?
Nun sind die Illustratoren gefordert: Wie sähe der Rieseneisnadelwald von Tartarus Dorsa aus der Sicht gelandeter Astronauten aus?

Codex Regius, Januar 2017