Planetensteckbriefe zu Uranus und Neptun

Uranus und Neptun haben wie die anderen Gasriesen Jupiter und Saturn keine feste Oberfläche, besitzen jedoch einen etwa erdgroßen Kern aus Gestein, Eis und Metall.

Neptun

"Technische Daten" und Aufbau

Neptun ist nach der Degradierung von Pluto zum Zwergplaneten der äußerste Planet unseres Sonnensystems. Er ist nach Uranus "unser" viertgrößter Planet (50.000 Kilometer Durchmesser, also etwa vier Mal so groß wie die Erde), etwa 4,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt und benötigt für einen Umlauf 165 Jahre. Zusammen Uranus bildet er die Gruppe der Eisriesen. Neptun besitzt, im Gegensatz zu Jupiter und Saturn, wohl einen festen Kern aus Eis, Gestein, und Metall, der nicht viel größer als die Erde sein dürfte. Wie die anderen Gasriesen hat Neptun also keine feste Oberfläche: Es gibt keine klare Grenze zwischen gasförmiger Atmosphäre und dem flüssigen Aggregatzustand in den tieferen Schichten des Himmelskörpers.

 

 

Atmosphäre

 

Die Atmosphäre besteht zum großen Teil aus Wasserstoff (etwa 80 Prozent), Helium (etwa 19 Prozent) und Methan (1 bis 2 Prozent). Das Methan absorbiert rotes Licht und erzeugt so die blaue Farbe des Planeten. Gefrorenes Methan bildet auch die weißen Wolkenbänder, die von stürmischen Winden über den Planeten gejagt werden (Windgeschwindigkeiten von mehr als 2.000 Kilometer pro Stunde). Das recht aktive Wettergeschehen, das die Raumsonde Voyager 2 im Jahr 1989 bei ihrem Vorbeiflug erstmals beobachtete (Abb. 4), überraschte die Astronomen. So weit "draußen" erhält der Planet nur etwa ein Tausendstel der Sonneneinstrahlung der Erde. Die Wettermaschine des Uranus muss daher anderer Natur sein. Tatsächlich besitzt der Planet (wie Jupiter und Saturn) eine innere Wärmequelle: Er strahlt mehr Energie ab, als er von der Sonne erhält. Ursache könnten radioaktive Prozesse im Kern des Planeten sein. Neben den weißen Cirrus-Wolken aus gefrorenem Methan entdeckte Voyager 2 auch noch ein als "Großen dunklen Fleck" bekanntes Sturmsystem, das sich mittlerweile aufgelöst hat - 1994 hat das Hubble-Weltraumteleskop vergeblich danach Ausschau gehalten.

Jahreszeiten

Die Neigung der Neptunachse entspricht ungefähr derjenigen der Erdachse. In den Hemisphären lassen sich infolge der Jahreszeiten atmosphärische Phänomene nachweisen. Ein Neptun-Sommer dauert zwar 40 Jahre, ist aber bei Temperaturen um -200 Grad Celsius wenig "sommerlich".

 

Ringsystem

Die feinen Ringe des Planeten sind recht dunkel und bestehen vermutlich aus mikroskopischen Staubpartikeln, die Meteoriteneinschläge auf den Neptunmonden ins All geschleudert haben. Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop zeigen, dass sich das Ringsystem innerhalb weniger Jahre deutlich verändert kann. Die Ursache dieser Dynamik ist noch ungeklärt.

 

Galileo Galilei und Neptun

Schon Galileo Galilei (1564-1642) hatte Neptun mit seinem einfachen Teleskop gesehen - aber leider nicht erkannt, was er da vor sich hatte. Im Jahr 1612 sichtete er den Planeten während seiner stationären Phase. Ausgerechnet am Tag der Beobachtung begann Neptun, sich rückwärts zu bewegen. Hätte Galilei Neptun wenige Tage früher beobachtet, wäre ihm seine Bewegung möglicherweise aufgefallen, und er hätte in dem Lichtpunkt einen neuen Planeten erkennen können. Bei seiner zweiten Neptun-Beobachtung (1613) betrachtete er zufällig eine Begegnung mit dem Jupiter, hielt Neptun dabei jedoch wohl für einen Jupitermond oder einen Hintergrundstern.

 

Uranus

"Technische Daten" und Aufbau

Dieser Eisriese ist mit einem Durchmesser von etwa 51.000 Kilometer etwas größer als Neptun. Er umrundet die Sonne in etwa drei Milliarden Kilometer Entfernung und benötigt für einen Umlauf 84 Jahre. Sein Aufbau entspricht weitgehend dem des Neptun.

Atmosphäre

Auch die Zusammensetzung der Uranus-Atmosphäre ähnelt der des anderen Eisriesen. Das Wettergeschehen ist auf Uranus jedoch deutlich schwächer ausgeprägt. Beim Vorbeiflug von Voyager 2 im Jahr 1986 waren keine der für die anderen Gasriesen charakteristischen Wolkenbänder oder Stürme zu sehen (Abb. 5). Dies liegt vermutlich daran, dass Uranus über keine innere Wärmequelle verfügt, die als Wettermaschine wirkt.

 

 

Jahreszeiten

 

Uranus erweist sich als aufschlussreicher Extremfall, der die Bedeutung der Ausrichtung der Rotationsachse für die Entstehung von Jahreszeiten veranschaulicht. Die Uranusachse liegt nämlich fast auf seiner Bahnebene. Da die Lage der Achse "raumfest" ist, wendet der Planet bei jedem halben Umlauf wechselweise seine Nord- beziehungsweise Südhalbkugel der Sonne zu. Als Folge davon dauern die Polarnächte auf Uranus ein halbes Uranusjahr - also 42 Erdenjahre. Ursache der extremen Achsenneigung könnte eine Kollision mit einem Protoplaneten in der Frühzeit des Sonnensystems sein. Trotz der eher ruhig veranlagten Atmosphäre zeigt Uranus als Folge der möglichen Kollision ausgeprägte Jahreszeiten: In den letzten Jahren wird seine Nordhalbkugel zunehmend beleuchtet. Bilder des Hubble-Weltraumteleskops zeigen infolgedessen bereits eine erhöhte Wetteraktivität mit Wolkenbändern auf der nördlichen Hemisphäre. Hätte die Erde eine solch extreme Achsenneigung, wären dramatisch veränderte Bedingungen auf ihrer Oberfläche die Folge, und das Leben - wenn es welches gäbe - sähe sicher ganz anders aus.

Ringsystem

Wie Neptun und Jupiter verfügt auch Uranus über ein recht dunkles Ringsystem. Einer der Ringe leuchtet jedoch blau - vermutlich besteht er aus winzigen Eiskristallen, die Meteoriteneinschläge auf einem kleinen "zerbröselndem" eishaltigen Mond in den Raum befördern. Der Astronom Wilhelm Herschel (1738-1822) beschrieb bereits im Jahr 1797 einen Ring um den Uranus. Diesem Hinweis trauten moderne Astronomen lange nicht, da die heutigen Ringe mit den damaligen optischen Hilfsmitteln nicht zu erkennen gewesen wären. Aufgrund der Dynamik des Systems ist jedoch nicht auszuschließen, dass die Ringe vor 200 Jahren viel heller leuchteten. Größe und Lage des von Herschel beschriebenen Rings stimmen immerhin mit den modernen Daten des größten Uranus-Rings überein.

 

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Dr. André Diesel

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Internationales Astronomiejahr 2009

Dieser Unterrichtsvorschlag wurden im Rahmen des Internationalen Astronomiejahrs 2009 (IYA2009) bei Lehrer-Online veröffentlicht.