War bis vor kurzem über die Landschaften und die Geologie von Pluto und Charon kaum etwas bekannt, änderte der Vorbeiflug der Raumsonde New Horizons am 14. Juli 2015 unser Bild des beliebten Zwergplaneten schlagartig. New Horizons wurde gezielt als kleine Raumsonde und deshalb als Vorbeiflugmission geplant, um das ferne Ziel überhaupt erreichen zu können, ehe Pluto sich auf seiner elliptischen Bahn noch viel weiter von der Sonne entfernt. So kam es, dass New Horizons als die bisher schnellste Raumsonde mit etwa 70.000 Kilometer pro Stunde neun Jahre lang bis hinter die Neptunbahn flog, um dann mit einer Relativgeschwindigkeit von 52.500 Stundenkilometer durch die Ebene der Mondebahnen hindurchzufliegen. Innerhalb weniger Stunden wurden alle vorgesehenen Experimente durchgeführt und hunderte von brillanten Aufnahmen gemacht, deren Übertragung zur Erde wegen der begrenzten Sendeleistung allerdings über ein Jahr andauerte.

Plutos dünne, 300 Kilometer hohe geschichtete Atmosphäre im Gegenlicht. Auf der Oberfläche die bis zu 3500 Meter hohen Berge der Norgay Montes. (© NASA/JHUAPL/SWRI)Plutos dünne, 300 Kilometer hohe geschichtete Atmosphäre im Gegenlicht. Auf der Oberfläche die bis zu 3500 Meter hohen Berge der Norgay Montes. (© NASA/JHUAPL/SWRI)Die Oberfläche Plutos zeigt sowohl in ihrer Struktur als auch in ihrer Helligkeit starke Kontraste. Es gibt Gebiete mit relativ vielen Einschlagskratern, die auf ein hohes Alter von mehr als drei oder sogar vier Milliarden Jahren hindeuten. Aber auch ausgedehnte Ebenen, auf denen es fast keine Krater gibt, die also in geologisch jüngerer Vergangenheit, vielleicht erst in den letzten hundert Millionen Jahren entstanden sein müssen. In Tombaugh Regio und Sputnik Planum – einem Gebiet von etwa 1000 Kilometer Durchmesser – sind in der eisigen Oberfläche Fließstrukturen und Polygone erkennbar, die möglicherweise auf Konvektionszellen unter der Eiskruste hindeuten. Unklar ist, woher das eigentlich bei diesen tiefen Temperaturen vollkommen spröde Eis durch eine Energiequelle erwärmt werden könnte, plastisch verformbar wird und diese Landschaftsformen entstehen lässt. Möglicherweise handelt es sich um die Restwärme eines Einschlags, der mit seiner Impaktenergie die eisigen Substanzen zeitweise zum Teil geschmolzen hat.

In den angrenzenden Gebieten gibt es zahlreiche zwei- bis dreitausend Meter hohe Berge aus Eis, die wegen der hohen Auflast an ihrer Basis eigentlich „zerfließen“ müssten, doch das ist nicht der Fall – ein weiteres noch ungelöstes Rätsel der Geologie auf Pluto. Auffallend ist ein dunkelbraun-rötliches Material, das an vielen Stellen Plutos, und in weiter Verbreitung auch auf Charon zu sehen ist. Dabei handelt es sich um eine komplexe Ansammlung kohlenstoffhaltiger Moleküle, vermischt mit Stickstoff und Wasserstoff, die als Tholine bezeichnet werden. Es wird vermutet, dass sich diese Tholine unter der Einwirkung des Sonnenwindes und von UV- Strahlung aus den Stoffen der Eiskruste bilden. Auf einigen Bildern von New Horizons wurden kreisrunde Berge mit einer Art Krateröffnung identifiziert, die als Eis- oder Kryovulkane interpretiert werden können. Der Verlauf von langgestreckten Gebirgsketten lässt den Schluss zu, dass es beim Abkühlen der Eiskruste Plutos zu Schrumpfungsprozessen und in der Folge zu einem Auftürmen dieser Bergrücken kam.

Durchläuft Pluto auf seiner Bahn seinen sonnennächsten Punkt bei etwa 30 AE, bildet der Zwergplanet eine dünne, komplex geschichtete Atmosphäre aus, die bis in eine Höhe von 3000 Kilometer reicht. Sie besteht im Wesentlichen aus Stickstoff mit geringen Anteilen an Kohlenmonoxid, Methan und Argon. Nähert sich Pluto seinem sonnenfernsten Punkt bei knapp 50 AE, kondensieren diese Gase und rieseln in Form gefrorener Partikel auf die Oberfläche. Der Gasdruck auf Pluto ist mit 1 Pa allerdings nur ein Hunderttausendstel so hoch wie an der Erdoberfläche.