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Sternengeschichten Folge 121: Unbekannter Uranus

Unser Sonnensystem hat acht Planeten. Die Erde kennt jeder, denn wir wohnen schließlich alle hier. Unsere Nachbarn Venus und Mars sind ebenfalls recht prominent; vor allem als Heimat diversere Außerirdischer in der Science-Fiction-Literatur und Ziel vieler Weltraummissionen und zukünftiger bemannter Raumfahrt. Jupiter, als größter Planet des Sonnensystems mit seinen vielen interessanten Monden kann sich über mangelnde Aufmerksamkeit ebenfalls nicht beschweren; genau so wenig wie der Saturn, der schon allein wegen seiner beeindruckenden Ringe jedem bekannt ist. Aber die beiden Planeten die noch weiter außen ihre Bahnen ziehen, sind ein wenig die Stiefkinder des Sonnensystems. Uranus und Neptun haben zwar aus wissenschaftshistorischer Sicht eine wichtige Rolle gespielt, da sie die einzigen Planeten sind, die den Menschen nicht schon immer bekannt waren, sondern erst entdeckt werden mussten. Aber was die wissenschaftlichen Erkenntnisse angeht sind die beiden Himmelskörper in den Augen der Öffentlichkeit immer ein wenig eigenschaftslos geblieben. Zwei bläulich/grünliche Gaskugeln die weit weg sind und auf denen scheinbar nicht viel Spektakuläres los ist… so kommen uns Uranus und Neptun meistens vor.

Dieses Bild ist natürlich ein wenig ungerecht. Es gibt auch über die beiden äußersten Planeten des Sonnensystems viel interessantes zu erfahren. Beginn wir am besten mit Uranus. Der wurde am 13. März 1781 vom britischen Astronom Friedrich Wilhelm Herschel entdeckt. Eigentlich hätte er aber schon früher gefunden werden können, denn Uranus ist unter den richtigen Bedingungen auch mit freiem Auge und ohne Hilfsmittel sichtbar. Er leuchtet zwar viel schwächer, als die klassischen Planeten, die auch in der Antike bekannt waren, aber er ist gerade noch so erkennbar. Aber da er sich so fern der Sonne befindet, bewegt er sich auch recht langsam und ist darum anscheinend niemandem aufgefallen. Es gab immer wieder Astronomen, die Uranus gesehen, aber nicht als Planet erkannt sondern ihn als normalen Stern in ihre Kataloge eingetragen haben. Der Brite John Flamsteed zum Beispiel machte diesen Fehler im 1690 und auch der deutsche Astronom Tobias Mayer im Jahr 1756. Erst Herschel erkannte mit seinem großen Teleskop, dass es sich nicht um einen Stern handeln konnte, hielt Uranus aber zuerst noch für einen Kometen. Aber bald war klar, dass es ein waschechter Planet ist; der erste neue Planete, den die Menschheit entdeckt hatte.

Übrigens hieß Uranus nicht immer so. Herschel nannte ihn zu Ehren des englischen Königs Georg des III “Georgium Sidus”, also “Georgs Stern”. Das fanden die Franzosen natürlich nicht so toll und nannten den neuen Planeten darum einfach “Herschel”. Der Deutsche Astronom Johann Bode schlug dann den Namen des griechischen Gott Uranos vor. Knapp 70 Jahre nach seiner Entdeckung setzte sich dieser Name für den Planeten schließlich durch; aber dann nicht in seiner griechischen Form, sondern in der lateinischen Version UranUs. Immerhin hatten auch die anderen Planeten alle Namen römischer Gottheiten; da wollte man nicht auf einmal einen Griechen an den Himmel setzen.

Uranus ist im Durchschnitt 19 Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Für einen Umlauf um die Sonne braucht er 84 Jahre. Seit seiner Entdeckung hat er also noch nicht einmal drei komplette Runden geschafft! Ein Tag auf Uranus ist dagegen viel kürzer als auf der Erde und dauert nur 17 Stunden und 14 Minuten. Beziehungsweise dauert es so lange, bis Uranus um seine eigene Achse rotiert. TAGE können tatsächlich viel, viel länger dauern. Denn der Planet weißt eine einzigartige Besonderheit auf. Er rollt quasi um die Sonne… Unsere Erde kann man sich ja wie einen Kreisel vorstellen, der sich um die Sonne herum bewegt. Die Drehachse des Erdkreisels steht dabei fast senkrecht auf der Bahnebene; sie ist bei uns nur um 23 Grad aus der Senkrechten geneigt. Uranus dagegen ist um gleich 98 Grad aus der Senkrechten gekippt! Seine Rotationsachse zeigt zur Sonne hin und wenn er um diese Achse rotiert, hat das darum keinen Einfluss auf die Lichtverhältnisse auf dem Planeten. Die ändern sich nur durch die Bewegung des Planeten um die Sonne herum.

Während einer Hälfte des 84jährigen Umlaufs ist die Nordhalbkugel des Uranus auf die Sonne gerichtet und dort ist immer Tag; in der anderen Hälfte ist die Südhalbkugel ständig beleuchtet. Die Situation ist ähnlich wie bei den Polartagen und nächten in der Arktis und Antarktis auf der Erde, nur noch viel extremer. Es ist auch noch unklar, wieso Uranus so stark gekippt ist. Man geht davon aus, dass er in der Frühzeit des Sonnensystems während seiner Entstehung mit mindestens zwei anderen großen Planeten zusammengestoßen ist. Anders kriegt man so einen großen Planeten wohl auch gar nicht gekippt. Und Uranus IST groß. Er ist der drittgrößte Planet des Sonnensystems; mit einem Volumen das 65 Mal so groß ist wie die Erde. Der Planet ist 14,5 Mal schwerer als die Erde – also ein ziemlicher Brocken!

Allerdings nicht ganz so groß und schwer wie die beiden Spitzenreiter im Sonnensystem, Jupiter und Saturn. Uranus ist kein echter Gasriese; aber auch kein Gesteinsplanet mit fester Oberfläche wie Erde oder Mars. Er besteht aus einer dichten Gashülle, die über einem Kern aus Eis und Metall liegt und wird daher oft als “Eisriese” bezeichnet. Wie gesagt: Eine echte Oberfläche gibt es auf dem Uranus nicht. Wenn man von außen in seine Atmosphäre eindringt, werden die Gase einfach immer dichter und dichter, bis sie irgendwann flüssig und dann fest werden. Der Einfachkeit halber definiert man den Punkt, an dem der Druck genau 1 Bar beträgt als die “Oberfläche”. 1 Bar ist der Luftdruck, der auch auf der Erdoberfläche herrscht. Könnte man sich auf dieser fiktiven Oberfläche des Uranus aufhalten, wäre der Luftdruck der Atmosphäre also so wie bei uns. Auch die Schwerkraft die man dort spürt wäre vergleichbar der auf der Erde; sie wäre nur um 10 Prozent geringer als bei uns. Es wäre allerdings ein wenig frisch, denn die Temperaturen liegen in dieser Region der Atmosphäre bei etwa -200 Grad Celsius.

Der Bereich um den 1-Bar Level wird die Troposphäre des Uranus genannt. Sie erstreckt sich von etwa 300 Kilometer unter der 1-Bar oberfläche bis 50 Kilometer darüber. Diese Schicht enthält auch den Großteil der gesamten Uranus-Atmosphäre, die allerdings nicht mit der der Erde vergleichbar ist. Sie besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, der fast 83 Prozent ausmacht. Dazu kommt Helium mit einem Anteil von 15 Prozent und etwa 2,3 Prozent Methan und diverse andere Gase. In der Troposphäre ist es kalt genug, damit das Methan gefrieren kann und Wolken bildet.

Über der Troposphäre liegt die Stratosphäre des Uranus die sich bis in 4000 Kilometer Höhe über der fiktiven Oberfläche erstreckt. Das Methan und die anderen Kohlenwasserstoff in der Atmosphäre können hier die Strahlung der Sonne absorbieren und darum ist es dort auch viel wärmer als weiter unten; die Temperaturen erreichen mehrere 100 Grad Celsius. Im kühleren Bereich weiter unten in der Stratosphäre bilden die Kohlenwasserstoffe eine neblige Schicht und das ist vermutlich auch der Grund, warum man von außen kaum Strukturen am Uranus erkennen kann. Wo Saturn und Jupiter von bunten Wolkenbändern und großen Wirbelstürmen bedeckt sind, ist Uranus einfach nur eine ziemlich strukturlose, bläuliche Kugel. Auch dafür ist das Methan verantwortlich: Das Sonnenlicht wird an den obersten Wolkenschichten reflektiert, muss aber dazu erst mal durch die darüber liegende Methanschicht dringen. Der rote Teil des Lichts wird dabei absorbiert und nur der blaue Anteil des Sonnenlichts kommt zurück.

Die äußerste Schicht des Uranus bildet die Ionosphäre und hier kann man, so wie auch in den äußeren Schichten der Erde, Polarlichter beobachten! Über das Innenleben des Planeten ist weniger bekannt, da es naturgemäß nicht zu beobachten und schwer zu erforschen ist. Man geht avon aus, dass unter der Troposphäre ein dicker Mantel aus Wasser, Methan und Ammoniak folgt, das dort vermutlich als eine Art Eis/Flüssigkeitmischung vorliegt und einen Kern aus Gestein und Eisen bedeckt, der etwa so groß ist wie die Erde. Im Zentrum des Uranus ist es vermutlich auch so heiß wie im Zentrum der Erde, wo die Temperaturen bei ungefähr 5000 Grad liegen. Das ist für einen großen Himmelskörper wie Uranus sehr wenig; eigentlich sollte in seinem Inneren viel mehr Wärme gespeichert sein und man weiß nicht, wieso sie so schnell verloren gegangen ist. Es könnte sein, dass auch hier die Kollision mit einem anderen Planeten verantwortlich war.

Seltsam ist auch das Magnetfeld des Uranus. Unsere Erde hat einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol. Der Uranus hat jeweils zwei! Auch hier ist nicht klar, warum das so ist. Eventuell gibt es unter seiner Oberfläche Ströme aus ionisierten, also elektrisch geladenen Wasser, das diese speziellen Magnetfelder verursacht.

So wie alle großen Planeten des Sonnensystems hat Uranus auch Ringe, die ähnlich aufgebaut sind wie die des Saturn, also auch aus bis zu einigen Meter großen Eisbrocken bestehen. Im Gegensatz zum Saturn ist die Gesamtmasse der Ringteilchen beim Uranus aber viel, viel geringer und die Ringe daher so dünn, dass sie erst 1977 entdeckt worden sind. Auch die Monde des Uranus sind nicht so zahl- und massereich wie bei JUpiter und Saturn. Bis jetzt hat man 27 Uranusmonde entdeckt; die fünf größten davon sind Miranda, Ariel, Umbriel, Titania und Oberon. Zusammen macht ihre Masse aber nur 13 Prozent der Masse unseres Erdmondes aus. Titania, der größte Mond, bringt es nur auf 789 Kilometer Durchmesser, ist also wirklich klein.

Es gibt noch viel, was wir über diese eisige, ferne Welt am Rand des Sonnensystems nicht wissen. Das ist auch kein Wunder, denn bis jetzt wurde Uranus noch nicht sehr intensiv erforscht. Man hat ihn mit Teleskopen von der Erde aus untersucht, aber das ist natürlich nicht optimal. Besser wäre es, man schickt Raumsonden dorthin, so wie wir es seit Jahrzehnten beim Mars machen. Auch Jupiter und Saturn sind von speziellen Raumsonden besucht und detailliert erforscht worden. An Uranus ist dagegen bis jetzt nur eine Raumsonde VORBEI geflogen. Voyager 2 im Jahr 1986 und von diesem kurzen Vorbeiflug stammen so gut wie alle Bilder, die wir von diesem Planeten und seinen Monden haben. Es wäre eigentlich schon längst an der Zeit, eine eigene Mission zu Uranus zu schicken! Wir wissen zwar noch nicht viel, aber das was wir wissen zeigt, dass dort jede Menge faszinierende Entdeckungen gemacht werden können!

Kommentare (14)

  1. #1 SonnenMann
    20. März 2015

    Uranus? Your anus !

  2. #2 bikerdet
    20. März 2015

    Hallo Florian
    Tolle Folge ! Kommt auch noch was zum Neptun ?
    Wäre super, über die kleinen Gasriesen findet man ja nicht viel …

  3. #3 Florian Freistetter
    20. März 2015

    “Kommt auch noch was zum Neptun ?”

    Lass dich überraschen…

  4. #4 rolak
    20. März 2015

    Lass dich überraschen

    :-) Ein Klassiker….

  5. #5 Artur57
    20. März 2015

    Zum Magnetfeld des Neptun habe ich bei Astronews Folgendes gelesen:

    ” Im Gegensatz zu den anderen Planeten im Sonnensystem ist das Magnetfeld von Uranus und Neptun nicht in etwa parallel zur Rotationsachse ausgerichtet, sondern die Feldlinien scheinen am Äquator des Planeten auszutreten. Zudem ähneln die beiden Planeten nicht einem Stabmagneten mit einem Nord- und einem Südpol, sondern sie zeigen jeweils zwei Nord- und Südpole.”

    Ja, was bedeutet denn das, wenn Magnetfelder am Äquator austreten? Es bedeutet, dass in der Süd- und Nordhalbkugel entgegen gesetzte Magnetfelder generiert werden, die sich abstoßen und dann am Äquator austreten. Wie das? Höchst einfach: wenn die Nordhalbkugel eine positive Ladung trägt und die Südhalbkugel eine negative (oder umgekehrt), dann haben wir genau dieses Magnetfeld (Korkenzieherregel). Aber ziehen sich diese Ladungen nicht an? Ja schon, aber das Magnetfeld trennt sie wieder.

    Jetzt ist diese Konstellation beim Uranus gerade beim Vorbeiflug von Voyager-2 sehr wahrscheinlich: Sein Südpol zeigte in diesem Moment in Richtung Sonne, will sagen, die Südhalbkugel bekam den ganzen Sonnenwind ab. In den nun die schwereren positiven Ladungsträger (Protonen, Heliumkerne) ziemlich ungestört eintauchen, während die leichteren Elektronen vom Magnetfeld abgelenkt werden und letztlich auf der Rückseite landen.

    Mal als Hypothese.

  6. #6 PDP10
    20. März 2015

    @Artur57:

    “Wie das? Höchst einfach: wenn die Nordhalbkugel eine positive Ladung trägt und die Südhalbkugel eine negative (oder umgekehrt), dann haben wir genau dieses Magnetfeld (Korkenzieherregel).”

    Nein.

    Magnetfelder entstehen durch bewegte Ladungen.
    Wenn die Bewegung der Ladung im Inneren von Uranus oder Neptun hinreichend kompliziert sind, entstehen eben solche komplizierten Felder.

    Übrigens auch auf der Erde nichts ungewöhnliches wie hier zu lesen:

    “Die Zeit vom Beginn der Abschwächung bis zum voll wiederaufgebauten Feld dauert wenige 1000 Jahre, nur wenige 100 Jahre dagegen die Phase der Umkehr, in denen der Dipolcharakter des Feldes verloren geht und mehrere, schwache Pole auftreten können, auch in geringen geographischen Breiten.[10]”

  7. #7 PDP10
    20. März 2015

    @Artur57:

    Nachtrag:

    Angenommen, da würden Ladungen vom Nord- zum Südpol fliessen (oder anders herum) dann würde Ihre Korkenzieherregel Magnetfelder liefern, deren Feldlinien kreisförmig um den Planeten angeordnet wären …

    Da gäbs dann keinen magnetischen Nord- oder Südpol.

  8. #8 Braunschweiger
    20. März 2015

    @SonnenMann #1:
    Wenn nicht der Uranus so ein schönes und durchaus ernstes Thema wäre (dem sogar ein Musikstück von Gustav Holst gewidmet ist), würde ich hier sagen:

    Sollte das Buch jemals gefunden werden, lest Adam Shadowchild: Fluxing Uranus. Bei Nick Frost und Simon Pegg (und “Paul”) liest sich das vermutlich wie “flushing ‘ur anus”…

  9. #9 Jens
    21. März 2015

    Eine Sternengeschichte über das Magnetfeld der Erde würde ich mir wünschen.

  10. #10 Kyllyeti
    21. März 2015

    “Kommt auch noch was zum Neptun ?”

    Lass dich überraschen…

    Hoppla, die Überraschung ist ja schon längst im Netz angekommen … ohne dass der Chef uns hier was davon sagt 😉

     

     

     

     

     

  11. #11 Florian Freistetter
    21. März 2015

    @Kyllyeti: Sollte eigentlich noch nicht verbreitet werden. Wenn ich – so wie nächste Woche – auf Reisen bin, produziere ich gern mal vor. Und damit dann der Videolink im (automatisch erscheinenden Blogartikel) keine Fehlermeldung anzeigt, sind auch die Videos schon hochgeladen, aber halt auf “ungelistet” geschaltet. Offiziell und im Podcast-Feed wird die nächste Folge erst am Freitag erscheinen.

  12. #12 Kyllyeti
    21. März 2015

    @Florian Freistetter

    Sowas habe ich mir schon gedacht.
    (Hab’ mich aber trotzdem über das frühzeitige Osterei gefreut  :) )

  13. #13 IO
    21. März 2015

    “dem sogar ein Musikstück von Gustav Holst gewidmet ist”

    Na, die Holstschen Planeten nehmen Bezug auf die Astrolügie, insofern nicht mehr als letztere auf die realen Planeten Bezug nimmt. :)

    “Die Planeten” sind aber schon sehr beeindruckende Musik für das große Symphonieorchester

    Das große Orchester dient dabei primär zur Feinzeichnung, als Palette für Klangfarben und rhythmische Zeichnung, und erst danach auch zur monumentalen Klangballungen. Das ist bei Holst nicht viel anders als bei anderer Musik. Aus dieser Zeit fallen mir gleich ein: Strawinskys (Sacre, Petruschka und Feuervogel), Ravel (Daphnis & Chloë) und Richard Strauss (Alpensymphonie!).

    Allerdings finde ich doch, dass Holst am meisten nach “Filmmusik” klingt (und dass meine ich durchaus nicht negativ).

  14. #14 IO
    21. März 2015

    Mein erster Satz blieb vielleicht etwas kraus. Etwa so:

    Die Holstschen Planeten nehmen Bezug auf die Astrolügie. Die Musik hat nicht mehr Bezug auf die realen Planeten als As-Troll-ologie.