Spänningen var nästan oumbärlig. Klockan nio på morgonen den 14 juli 2015 väntade ledaren för New Horizons-expeditionen, Alan Stern, i kontrollrummet på Johns Hopkins University i Maryland tillsammans med 2 000 inbjudna gäster.
Efter nio års resa skulle New Horizons-sonden i en precisionsmanöver flyga nära förbi Pluto fem miljarder kilometer från jorden. Med sondens hastighet på 52 000 kilometer i timmen kunde en kollision med bara ett stoftkorn förstöra två årtiondens arbete på ett ögonblick.
Plötsligt kom de första signalerna från satelliten. Några sekunder senare började stora datorer koda av signalerna och en efter en rapporterade kontrollanterna vid sina skärmar att de sju vetenskapliga instrumenten hade fungerat perfekt.
Då bröt jublet ut.
Jublet bröt ut i kontrollrummet på Johns Hopkins University när New Horizons-sonden skickade de första signalerna från Pluto 2015. Först nu har forskarna bearbetat alla bilder.
Om Stern och de andra forskarna hade vetat vilken rikedom av information New Horizons skulle hinna samla in under sin 24 timmar långa förbiflygning skulle begeistringen nog ha fått taket att lyfta.
Följande 16 måneder tickade 50 gigabit data in till kontrollcentralen med en olidligt långsamt hastighet på en kilobit per sekund på grund av det stora avståndet och sondens begränsade strömförsörjning.
Nu kan vi se Pluto från baksidan
Redan de första närbilderna på Plutos solbelysta framsida, som var vänd mot New Horizons, revolutionerade forskarnas kunskaper om den fjärran dvärgplaneten tack vare bildernas höga upplösning som visade detaljer på ned till 75 meter.
Före New Horizons besök visste astronomerna i stort sett bara att Pluto hade en delvis röd yta och istäcken på polerna. Sondens bilder avslöjade bergskedjor, isvulkaner och den enorma kometkratern Sputnik Planitia med glaciärer av kväveis.
Nu har forskarna äntligen hunnit bearbeta bilderna av Plutos baksida som sonden tog från större avstånd under dagarna före förbiflygningen. Här är upplösningen lägre, men bilderna visar ändå detaljer på ned till två kilometer, vilket är 250 gånger bättre än bilder från rymdteleskopet Hubble.
För första gången någonsin kan vi se hela Pluto och det är ingen överdrift att kalla slutsatsen förbluffande. Pluto är inte den döda isklump som astronomerna hade trott, utan ett geologiskt aktivt klot. Under den tjocka isskorpan gömmer sig ett inre hav som kanske kan rymma liv.
Dvärgplanet är mindre än månen
Fram till för hundra år sedan kände ingen till att Pluto fanns.
Omkring år 1900 kom den amerikanske astronomen Percival Lowell fram till att en okänd planet långt ute i solsystemet störde Uranus och Neptunus banor runt solen.
Tre årtionden senare, 1930, upptäckte den unge astronomen Clyde Tombaugh en liten prick som under några dagar rörde sig närmare stjärnbilden Tvillingarna. Han hade upptäckt den förutspådda planeten, som fick namnet Pluto efter Pluton, det romerska namnet på dödsrikets gud.
I början menade astronomerna att Pluto hade samma massa som jorden och det var först 1978, då den amerikanske astronomen James Christy upptäckte den stora månen Charon, som det blev möjligt att beräkna Plutos massa, som bara är ungefär 0,2 procent av jordens massa.
Den exakta diametern på 2 376 kilometer fastställdes först med New Horizons mätningar.
New Horizons flög förbi Pluto på bara 24 timmar, men sondens bilder har givit forskarna en helt ny syn på dvärgplaneten.
Det betyder att Pluto är mindre än vår egen måne, och dess beskedliga storlek och det stora avståndet gjorde att dvärgplaneten var i stort sett outforskad innan New Horizons flög förbi på 12 500 kilometers avstånd.
Sex kilometer höga berg av is
Forskarna var rädda att de första närbilderna av Pluto bara skulle visa en död sten med intakta nedslagskratrar från solsystemets barndom. Bilderna avslöjade dock ett klot där geologisk aktivitet hela tiden förändrar ytan och har skapat bergskedjor av is och kilometerhöga, knivskarpa spetsar av metanis.
Yttemperaturen på Pluto är minus 233 grader celsius och den bistra kylan gör att vattenisen, som utgör berggrunden, är hård som granit och kan skapa över sex kilometer höga berg. Ytan är på många platser täckta av mjukare is av kväve, som också dominerar atmosfären.
Pluto har klyftor som är djupare än Grand Canyon, berg som är högre än Mount Everest och isvulkaner som kan ha haft utbrott och sprutat ut flytande vatten under de senaste årmiljonerna.
Bilderna avslöjade också tydliga spår av två våldsamma kollisioner som har skapat och format dvärgplaneten. Den första inträffade för över fyra miljarder år sedan, då Pluto och dess stora måne, Charon, bildades vid en kollision mellan två isklot.
Kollision skapade Pluto och månarna
1. Kometer var byggmaterialet för Pluto och Charon
Två isklot kolliderade och blev Pluto och dess stora måne, Charon. De två kloten hade sannolikt bildats vid kollisioner mellan över en miljard kometer. Plutos atmosfär och isslätten Sputnik Planitia är fylld med kväve som motsvarar kometers innehåll.
2. De små månarna skapades efter kollisionen
Kollisionen mellan iskloten gav ett moln av sten, is och gas som blev Plutos fyra små månar: Styx, Nix, Kerberos och Hydra. Kerberos är överraskande mörk och kan vara en rest av det ursprungliga isklot som kolliderade med Pluto. I förgrunden ses Charon.
3. Hela Plutos yta var täckt av hav
Kollisionen värmde upp Pluto så mycket att isen smälte och täckte dvärgplaneten med ett djupt hav. När havsytan frös till is uppstod revor i skorpan (pilar) eftersom isen utvidgade sig. Den mörka kratern, Sputnik Planitia, bildades vid ett senare kometnedslag.
Enligt forskarnas tidigare teori var dvärgplaneten till en början täckt med is, men värme från radioaktivt sönderfall i stenkärnan smälte isen inifrån så att det uppstod ett inre hav under istäcket.
Om det hade gått till på det viset skulle istäcket på ytan dra ihop sig och bilda rynkor som på ett gammalt, skrumpet äpple.
Med tiden skulle värmen från kärnan bli mindre i takt med minskande radioaktivt sönderfall. Därmed skulle isskorpan återigen bli tjockare och utvidgas, vilket skulle ge stora sprickor.
Forskarna förväntade sig därför att Plutos yta skulle vara täckt av gamla rynkor och nyare sprickor, men New Horizons kameror såg bara sprickor och därför har en ny teori nu fått vind i seglen.
New Horizons tog 24 timmar på sig att flyga förbi Pluto på 12 500 kilometers avstånd.
När förstadierna till Pluto och Charon kolliderade utlöste det så mycket värme att dvärgplaneten från början täcktes av ett djupt hav, men ytan frös snabbt till is som utvidgade sig och sprack.
Teorin får stöd särskilt av en gigantisk spricka som går hela vägen från pol till pol på både framsidan och baksidan. Sprickan är så gammal att det nu syns tydligt att Pluto föddes med ett flytande hav som nästan omedelbart började frysa till. Om teorin stämmer kan urhavet ha rymt liv.
Organiska ämnen gör vattnet rött
Bilderna av Plutos framsida visar tydliga spår på rödaktigt vatten som sannolikt har sprutat ut från ett hav under istäcket och sedan frusit till is på ytan.
Den röda färgen är ett tecken på att vattnet har innehållit betydande mängder organiska ämnen. Laboratorieförsök tyder på att solvinden – laddade partiklar som skickas ut från solens atmosfär – och kosmisk strålning, det vill säga strålning ute från universum, kan ha omvandlat enkla ämnen till komplexa organiska molekyler.
Nu har astronomen Dale Cruikshank från Nasas Ames Research Center i Kalifornien visat på närvaron av ammoniak i den rödaktiga isen och det öppnar möjligheten för att de genetiska byggstenarna för rna och dna kan ha bildats i havets röda soppa.
Enligt Cruikshank betyder upptäckten inte nödvändigtvis att liv uppstod i Plutos urhav, men om miraklet inträffade skulle mikroorganismer kunna bita sig fast och överleva.
Teorin stärks av att det nu också upptäckts ett rött bälte av organiska ämnen på dvärgplanetens baksida. Bältet går runt ekvatorn där det är mest solljus och där temperaturerna är högre än på resten av Pluto.
”Tre förutsättningar måste finnas för att liv ska kunna uppstå. Det måste finnas flytande vatten, organiska ämnen och en energikälla. Nu har vi upptäckt de första två på Pluto, och det är ett stort framsteg”, säger Alan Stern som leder New Horizons-expeditionen.
I början pumpade kollisionen mellan förstadierna till Pluto och Charon in värmeenergi i dvärgplaneten, men det är över fyra miljarder år sedan. Om det uppstod liv i urhavet är det oklart om värmen från radioaktivt sönderfall i Plutos stenkärna frigör tillräckligt mycket energi för att stödja liv i det inre havet i dag.
Därför är möjligheterna att hitta levande mikroorganismer långt ut i solsystemet sannolikt större i de inre haven i Jupiters måne Europa och Saturnus måne Enceladus. Här pumpar starka tidvattenskafter från de enorma gasplaneterna konstant in energi i månarna.
En dolkstöt i hjärtat förändrade Pluto
Den andra stora kollisionen som formade Pluto inträffade för mindre än tio miljoner år sedan då en 400 kilometer stor komet slog in i dvärgplaneten med över 7 000 kilometer i timmen.
Nedslaget skapade den fyra kilometer djupa nedslagskratern Sputnik Planitia som täcker 797 000 kvadratkilometer – större än hela Frankrike. Kratern är en del av den enorma, hjärtformade isslätten norr om ekvatorn, som New Horizons första bilder avslöjade.
Nu visar de nya New Horizons-bilderna att det på den diametralt motsatta sidan av Pluto finns ett kaotiskt landskap som trasats sönder av seismiska vågor från kometnedslaget.
”Tre förutsättningar måste finnas för att liv ska kunna uppstå. Nu har vi upptäckt de första två på Pluto.” Alan Stern, ledare för New Horizons-expeditionen
Liknande fenomen är kända från Mars och från Jupiters måne Europa, men först och främst från Merkurius, där en kaotisk terräng som saknar motstycke på resten av planeten finns på motsatt sida av den enorma nedslagskratern Caloris-bassängen.
Enligt planetforskare är den omfattande förstörelsen på Plutos baksida bara möjlig om det finns ett djupt hav av flytande vatten under isskorpan. Det beror på att seismiska vågor har olika styrka beroende på det material som de utvidgar sig i.
Tryckvågorna rör sig långsammare genom vatten än genom en stenkärna, men deras förstörande kraft är som störst om de kan röra sig med jämn hastighet genom hela klotet.
Simulationer som astronomen Adeene Denton på Purdue University i USA har gjort pekar på att kärnan i huvudsak består av bergarten serpentin, där seismiska vågor rör sig långsammare än genom andra typer av berg.
Kombinationen av den speciella bergarten och vatten i Plutos inre gör att tryckvågorna kan skicka så mycket energi tvärs igenom dvärgplaneten att ytan på baksidan har slagits i spillror.
Kometnedslag avslöjar ett hav under ytan
1. Kollision skickade tryckvågor genom Pluto
En komet med en diameter på 400 kilometer träffade Pluto och skapade den fyra kilometer djupa nedslagskratern Sputnik Planitia. Kratern täcker en yta på 797 000 kvadratkilometer och botten är djupfryst vattenis, hård som granit. Nedslaget skickade seismiska vågor genom Pluto.
2. Stötvågen trasade sönder Plutos baksida
De nya bilderna av Plutos baksida visar en kaotisk terräng på den diametralt motsatta sidan av kratern. Här trasades ytan sönder av tryckvågorna från nedslaget. Det är bara möjligt om vågorna färdats genom ett hav mellan stenkärnan och skorpan av is.
3. Tryckvågorna ger en inblick under isen
Baserat på New Horizons observationer har astronomer beräknat Plutos inre. Dvärgplaneten består av en minst 200 kilometer tjock isskorpa och under den ett 150 kilometer djupt hav av flytande vatten där det kan finnas liv. Kärnan består av silikater, huvudsakligen bergarten serpentin.
Utifrån New Horizons mätningar av dvärgplanetens diameter och massa har forskarna simulerat Plutos inre struktur och beräknat dess densitet.
Beräkningarna visar att stenkärnan utgör 70 procent av massan medan resten i stort sett består av vatten. Kärnan omges av ett 150 kilometer djupt hav, vilket i sin tur täcks av en över 200 kilometer tjock skorpa av vattenis som utgör berggrunden.
Efter kometnedslaget fylldes nedslagskratern med mjuk och tung kväveis från atmosfären och från glaciärer som flöt ned i hålet från de omgivande bergskedjorna.
tunga isklumpen förändrade Plutos massafördelning. Vikten från kväveisen i kratern fick gradvis dvärgplaneten att tippa över på sidan så att tidvattensaxeln, där Pluto och den stora månen Charon drar som mest i varandra, nu går tvärs igenom den tunga isen i Sputnik Planitia-kratern.
Gåtfulla isspetsar tornar upp sig
New Horizons bilder har revolutionerat vår kunskap om Pluto, men har också ställt nya frågor som forskarna arbetar på att besvara.
När de första bilderna av dvärgplaneten analyserades upptäckte forskarna klippor med kilometerhöga, sylvassa spetsar på den östra delen av planetens framsida.
De vassa isspetsarna var dock bara en liten kuriositet på kartan tills forskarna kunde se Plutos baksida, där de enorma isspetsarna bildar ett bälte genom de höglänta områdena av ekvatorn hela vägen runt till den mest västliga delen av framsidan.
Upptäckten får expeditionens ledare Alan Stern att kalla de sylvassa isspetsarna, som är tre gånger så höga som Empire State Building, för Plutos största mysterium.
Om rovers eller människor någon gång skulle landa på den fjärran dvärgplaneten skulle det vara en mardröm att försöka korsa landskapet med de enorma och förbluffande vassa klipporna.
🎬 SE VIDEO: Flyg med New Horizons-sonden över Pluto
Baserat på data från New Horizons förbiflygning av Pluto har Nasa skapat en animering av vad sonden såg.
New Horizons mätningar visar att isspetsarna består av metanis, vilket hör ihop med Plutos atmosfär.
Den nedre delen av atmosfären består i huvudsak av kväve som bland annat har fyllt den djupa nedslagskratern Sputnik Planitia med kväveis. Högre upp i atmosfären finns stora mängder metan som sannolikt har byggt upp jättespetsarna på höglänta områden. Hur de har bildats är dock ett mysterium.
Kanske är isspetsarna rester av ett tidigare tjockt lager av metanis på de höga platåerna som har eroderats av solljuset. Eller kanske har metanet fryst ut ur atmosfären på samma sätt som vattenånga i luften kan frysa till is på jordens yta. Bara en sak är säker: Det har tagit miljontals år att bilda spetsarna och möjliga klimatförändringar i Plutos långa historia kan ha spelat in.
Satellit ska läggas i omloppsbana runt Pluto
Trots flodvågen av resultat har utforskningen av den fjärran dvärgplaneten bara börjat.
Under de kommande åren kommer forskarna tveklöst att göra nya upptäckter baserade på de data som New Horizons skickat hem till jorden.
Rymdteleskopet James Webb, som skickas upp i år, ska studera Pluto under längre perioder än någonsin tidigare. Nästa steg är att lägga en satellit i omloppsbana runt dvärgplaneten.
Senare i år skickas också Nasas nya, stora rymdteleskop James Webb upp, som ska kunna studera Pluto under långa perioder – om än med en lägre upplösning än New Horizons – och jämföra resultaten med observationer av andra dvärgplaneter i Kuiperbältet, som Ceres, Eris, Haumea och Makemake.
Planetforskarna har fått blodad tand och vill veta ännu mer om isdvärgarnas konung.
Mot den bakgrunden drömmer forskare att med stöd från Nasa nu utveckla en satellit som ska ligga i omloppsbana runt Pluto och leverera högupplösta bilder av hela planeten i kombination med ännu mer exakta mätningar av ämnen på ytan och i atmosfären.
Dessutom kommer observationerna att sträcka sig över flera år och visa förändringar i atmosfären och vädret över tid.
Om satelliten konstrueras kommer den tidigast att skickas upp på 2030-talet. Därefter följer en 15 år lång rymdresa ut till den förbluffande aktiva dvärgplaneten i det iskalla yttre solsystemet där det mot alla tidigare förväntningar kanske kan finnas liv.