Auf unserer Reise durch das Sonnensystem haben wir die terrestrischen Planeten längst hinter uns gelassen und zuletzt die Gasriesen Jupiter und Saturn unter die Lupe genommen. Nachdem Pluto seit 2006 kein Planet mehr ist, verbleiben somit nur noch zwei Planeten, die wir noch nicht gesehen haben: die Eisriesen Uranus und Neptun. Aufgrund ihrer großen Entfernung von der Erde hatten Uranus und Neptun bisher noch nicht allzu viele Besucher. Lediglich die NASA-Sonde Voyager 2 könnte ihr Instagram-Profil mit Bildern der beiden Eisriesen füllen. Aber heißt es nicht, dass es auf Uranus und Neptun Diamanten regnet? Und woher kommt die blaue Farbe der beiden Planeten?
Uranus: Der langsame Wanderer
Der Uranus ist mit einem Durchmesser von gut 51.000 Kilometern nach Jupiter und Saturn der drittgrößte Planet in unserem Sonnensystem. Entdeckt wurde der Planet 1781 von dem deutsch-britischen Astronom und Musiker Friedrich Wilhelm Herschel, davor galt der Saturn als äußerster Planet. Dies liegt unter anderem daran, dass der Uranus immer mindestens 2,5 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt und dadurch nur schwer mit dem bloßen Auge zu sehen ist. Zudem bewegt er sich im Gegensatz zu den übrigen Planeten nur sehr langsam über den Nachthimmel. So braucht er zwei Stunden, um seinen eigenen Durchmesser zurückzulegen und 84 Jahre für eine Umrundung der Sonne. Zum Vergleich: Die Erde benötigt nur etwa sieben Minuten, um ihren eigenen Durchmesser zurückzulegen.
Aus diesem Grund hielt der britische Astronom John Flamsteed, der den Uranus bereits 1690 beobachtete, diesen fälschlicherweise für einen Stern im Sternbild Stier und katalogisierte ihn entsprechend als „34 Tauri“. Auch Friedrich Wilhelm Herschel hielt das bläulich-grüne Scheibchen, das er bei einer Himmelsdurchmusterung durch Zufall entdeckte, zunächst für einen Kometen. Erst nach längerer Beobachtung stand fest, dass diese Annahme eine Fehleinschätzung war und es sich bei dem neuentdeckten Himmelskörper tatsächlich um einen siebten Planeten handelte.
Ein heute noch weit verbreitetes System zur Benennung der helleren Sterne stammt aus dem siebzehnten Jahrhundert und wurde von dem deutschen Astronom Johann Bayer erdacht. Nach seinem System besteht jede Sternenbezeichnung aus einem griechischen Buchstaben gefolgt vom Genitiv des lateinischen Namens des Sternbilds, in dem der Stern liegt. Welchen Buchstaben der Stern erhält, richtet sich nach seiner Helligkeit. Bei Alpha Centauri handelt es sich demnach um den hellsten Stern im Sternbild des Zentauren.
Ein ähnliches System entwickelte der britische Astronom John Flamsteed, allerdings verwendete er Nummern anstelle griechischer Buchstaben und ordnete die Sterne nicht nach ihrer Helligkeit, sondern nach ihrer Rektaszension. Vereinfacht gesagt beschreibt diese, wie weit im Westen oder Osten sich ein Objekt am Himmel befindet.
Schwierige Namensfindung
Die Suche nach einem Namen für den neuen Planeten stieß eine mehr als sechzig Jahre lang andauernde Debatte an. Herschel selbst nannte seine Entdeckung zu Ehren des englischen Königs Georg III. „Georgium Sidus“ – Georgs Stern. Für Astronomen im mit England verfeindeten Frankreich war dieser Name allerdings untragbar, was dazu führte, dass stattdessen die Bezeichnung „Herschel“ verwendet wurde. Erst 1850 kam der Uranus zu seinem heutigen Namen: Auf einen Vorschlag des deutschen Astronomen Johann Elert Bode hin wurde der Planet nach dem griechischen Himmelsgott Ouranos benannt. Anders als die übrigen Planeten im Sonnensystem trägt er damit keinen Namen, der sich unmittelbar aus der römischen Mythologie ableitet. Die römische Entsprechung von Ouranos wäre Coelus, die heutige Schreibweise des Namens ist lediglich eine Latinisierung der griechischen Bezeichnung.
Ein Planet, der auf der Seite liegt
Eine Besonderheit des Uranus ist seine um 97,77 ° gegenüber dem Lot der Bahnebene geneigte Rotationsachse. Dadurch liegt der Planet quasi auf der Seite und „rollt“ auf seiner annähernd kreisförmigen Umlaufbahn um die Sonne. Eine vollständige Umdrehung um sich selbst absolviert der Uranus in etwas mehr als siebzehn Stunden, die Rotationsrichtung ist dabei aufgrund der Achsneigung rückläufig. Aufgrund der schnellen Rotation und seiner für Riesenplaneten typischen niedrigen Dichte ist der Uranus an den Polen abgeflacht.
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Blauer Planet
Spricht man vom „blauen Planeten“, ist in der Regel die Erde gemeint, obwohl auch der Uranus durchaus ein geeigneter Kandidat wäre, um diesen Beinamen zu tragen. Anders als im Fall der Erde wird seine Färbung allerdings nicht durch Wasserozeane auf der Oberfläche, sondern durch Methangas in der Hochatmosphäre erzeugt. Dieses absorbiert den roten Anteil des von den obersten Wolkenschichten reflektierten Sonnenlichts, lässt den blauen Anteil aber ungehindert passieren, wodurch der gesamte Planet einheitlich grünlich-blau erscheint.
Wie auch bei Jupiter und Saturn ist Atmosphäre des Uranus nach unten hin nicht klar begrenzt. Da der Druck in den Tiefen der Atmosphäre den kritischen Punkt übersteigt, geht die Gashülle ohne Phasenübergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand über.
Ob der Uranus einen festen Kern besitzt, ist noch nicht abschließend geklärt. Unter seiner Gashülle besteht der Planet aus einer Schicht aus durch den hohen Druck flüssig gewordenen Atmosphärenbestandteilen, die knapp ein Drittel des Planetenradius ausmacht. Darunter liegt eine etwas dickere Schicht aus Wasser, Methan und Ammoniak. Diese heiße, superkritische Flüssigkeit hat vermutlich die Konsistenz von Eis und umschließt den Planetenkern. Dieser besteht aus Silizium und Eisen und ist möglicherweise ebenfalls flüssig. Seine Masse entspricht in etwa der Masse der Erde. Es wird vermutet, dass im Zentrum des Planetenkerns ein Druck von mehr als acht Millionen bar herrscht und die Temperatur ungefähr 5.000 Grad Celsius beträgt.
Was ist Eis? Die alltagstaugliche Antwort lautet: Wasser im gefrorenen Zustand. In der Astrophysik und der Planetenforschung wird der Begriff allerdings nicht nur für Wasser, sondern auch für alle anderen flüchtigen chemischen Verbindungen verwendet, deren Gefrierpunkte oberhalb von 100 Kelvin (–173 °C) liegen. Beispiele für derartige Verbindungen sind unter anderem Ammoniak und Methan.
Ruhiges Wetter
In der Atmosphäre des Uranus treten Stürme auf, die sich zum Teil über Monate hinweg halten. Allerdings sind die Wetterphänomene auf dem Uranus nicht annähernd so spektakulär wie beispielsweise auf dem Jupiter. Dies liegt unter anderem an der großen Entfernung des Planeten zur Sonne.
Ein Magnetfeld mit vier Polen
Für die Navigation im Magnetfeld des Uranus ist ein irdischer Kompass nicht besonders hilfreich. Der Grund dafür liegt darin, dass das Magnetfeld nicht wie auf der Erde ein Dipol, sondern ein Quadrupol mit zwei Nord- und zwei Südpolen ist. Dabei entspricht das eine Polpaar in etwa dem Nord- und Südpol der Erde, während die Achse des zweiten Polpaares um 60 Grad gegenüber der Rotationsachse geneigt ist und zudem nicht durch die Mitte des Planeten führt. Diese ungewöhnliche Geometrie resultiert in einer hoch asymmetrischen Magnetosphäre, in der sich die magnetischen Feldstärken um mehr als eine Größenordnung unterscheiden können.
Leichte Monde und dunkle Ringe
Bisher sind 27 Uranusmonde bekannt, deren Durchmesser sich zwischen 10 und 1.600 Kilometern bewegen und von denen nur die fünf Hauptmonde Miranda, Ariel, Umbriel, Titania und Oberon eine ausreichend große Masse besitzen, um die Form eines Rotationsellipsoids anzunehmen. Damit hat der Uranus das masseärmste Satellitensystem aller Riesenplaneten.
Wie auch alle anderen Riesenplaneten im Sonnensystem ist der Uranus zudem von einem Ringsystem umgeben. Dieses besteht sowohl aus groben Brocken mit bis zu 10 Metern Durchmesser als auch aus sehr feinem Staub. Die meisten der Ringe liegen dabei Äquatorebene des Planeten. Durch annähernd rechtwinklig geneigte Rotationsachse steht diese aufrecht, sodass Ringe den Planeten wie Riesenräder umkreisen.
Erforschung des Uranus
Bisher wurde der Uranus nur von einer einzigen Raumsonde besucht: Voyager 2. Diese wurde am 20. August 1977 gestartet und erreichte auf ihrer Reise durch das äußere Sonnensystem 1986 als dritten Riesenplaneten den Uranus. Die meisten der heute bekannten Bilder und Daten stammen von dieser Mission. Bereits während des Anfluges wurden zwei bisher unbekannte Ringe und zehn neue Monde entdeckt. Ein elfter neuer Mond wurde noch dreizehn Jahre später auf dem von der Sonde aufgenommenen Bildmaterial identifiziert und seine Existenz nach weiteren vier Jahren mit dem Weltraumteleskop Hubble bestätigt.
Weitere Missionen zum Uranus sind derzeit nicht geplant. Dies liegt in erster Linie an der gewaltigen Entfernung, die dabei zurückgelegt werden muss. In den Jahren 2030 bis 2034 öffnet sich ein günstiges Zeitfenster für einen Start Richtung Uranus – die Reisezeit würde aber dennoch mindestens elf Jahre betragen.
Neptun: Der unsichtbare Planet
Der Neptun ist der achte und äußerste Planet in unserem Sonnensystem und mit bloßem Auge von der Erde aus nie zu sehen. Anders als bei den übrigen Planeten beruht die Entdeckung des Neptun nicht allein auf Beobachtungen des Nachthimmels. Ein erster Hinweis auf seine Existenz waren immer wieder beobachtete Störungen der Uranusbahn, die auf das Vorhandensein eines achten Planeten schließen ließen. Ausgehend von diesen Bahnstörungen berechnete der französische Astronom Urbain Jean Joseph Le Verrier 1846 die Position dieses hypothetischen Planeten und schickte seine Ergebnisse an die Sternwarte in Berlin. Dass die Berechnungen korrekt waren und tatsächlich ein achter Planet existierte, konnte bereits kurz nach dem Eintreffen der Ergebnisse bestätigt werden: Johann Gottfried Galle und Heinrich Louis d'Arrest entdeckten an der von Le Verrier angegebenen Position tatsächlich einen Himmelskörper, der in den Sternenkarten bisher nicht vermerkt war.
Wieder Streit um einen Namen
Wie auch schon beim Uranus gestaltete sich die Benennung des neuen Planeten als nicht ganz einfach. Zur Debatte standen zeitweilig Janus und Oceanus, aus Frankreich kam der Vorschlag, den Planeten nach Le Verrier zu benennen, was im Ausland aber vehement abgelehnt wurde. Le Verrier selbst schlug vor, den neuen Planeten nach Neptunus, dem römischen Gott des Meeres zu benennen. Dieser Name stand in Übereinstimmung mit den mythologischen Namen der anderen Planeten und wurde kurz darauf international akzeptiert.
Ein zweiter Uranus?
In vielen seiner Eigenschaften ähnelt der Neptun dem Uranus. Mit einem Durchmesser von knapp 50.000 Kilometern ist der Neptun ähnlich groß wie der Uranus und nach diesem der viertgrößte Planet im Sonnensystem. Die Entfernung zur Erde beträgt immer mindestens 4,3 Milliarden Kilometern und für einen Umlauf um die Sonne benötigt der Planet in etwa 165 Jahre.
Anders als der Uranus besitzt der Neptun allerdings eine nur geringfügig geneigte Rotationsachse. Die Abweichung von der Bahnebene beträgt 28,32 Grad, was in etwa der Neigung der Erdachse von 23,5 Grad entspricht. Da der Neptun ähnlich schnell rotiert wie der Uranus – eine Umdrehung um sich selbst absolviert er in knapp 16 Stunden – weist auch er eine an den Polen abgeplattete Form auf.
Der blaueste Planet
Die Atmosphären von Uranus und Neptun sind ähnlich zusammengesetzt. Hauptbestandteile sind bei beiden Wasserstoff und Helium. Wie die Hochatmosphäre des Uranus enthalten auch die oberen Schichten der Neptunatmosphäre zudem Methangas. Dieses und ein weiterer bisher noch nicht identifizierter weiterer Atmosphärenbestandteil geben dem Neptun seine intensiv tiefblaue Färbung.
Vom inneren Aufbau her ähneln Uranus und Neptun sich ebenfalls stark. Auch in der Neptunatmosphäre steigt der Druck mit zunehmender Tiefe über den kritischen Punkt hinweg an, sodass keine klare Oberfläche definiert werden kann. Es wird angenommen, dass der Neptun einen festen Kern aus Gestein und Metall besitzt, der eine ähnliche Größe und Masse wie die Erde aufweist.
Umgeben wird der Kern von einem Mantel aus Gestein, Wasser, Ammoniak und Methan. Obwohl es sich dabei um eine heiße und sehr dichte Flüssigkeit handelt, wird diese Mischung wie auch beim Uranus aufgrund ihrer Zusammensetzung als Eis bezeichnet.
Wechselhaft und stürmisch
Während das Wetter auf dem Uranus als eher ruhig zu bezeichnen ist, befindet sich die Neptunatmosphäre im ständigen Wandel. Obwohl der Planet extrem weit von der Sonne entfernt ist, treten auf dem Neptun Stürme mit extrem hohen Windgeschwindigkeiten auf. So wurden Spitzenwerte von bis zu 2.100 Kilometern pro Stunde gemessen. Was diese heftigen Stürme antreibt, ist noch nicht abschließend geklärt.
Komplexes Magnetfeld
Wie der Uranus besitzt auch der Neptun ein hoch asymmetrisches und inhomogenes Magnetfeld mit zwei Nord- und zwei Südpolen, dessen Ursprung der Wissenschaft ebenfalls noch Rätsel aufgibt.
Feines Ringsystem und Meeresgottheiten als Monde
Der Neptun wird von einem feinen Ringsystem umgeben, das wie auch die Ringe von Uranus und Jupiter nur wenig Licht reflektiert und zu einem hohen Anteil aus mikroskopisch kleinen Staubkörnern besteht. Obwohl bereits zu Beginn der 1980er Jahre bei der Beobachtung von Sternbedeckungen erste Anzeichen für das Vorhandensein eines Ringsystems gefunden wurden, konnte dessen Struktur wie auch beim Uranus erst durch den Vorbeiflug der Sonde Voyager 2 im Jahr 1989 erstmals in Bildern festgehalten werden.
Bislang sind vierzehn Neptunmonde bekannt. Der mit Abstand größte Mond ist Triton, der als einziger großer Mond im Sonnensystem eine retrograde Umlaufbahn aufweist, den Neptun also entgegen der Rotationsrichtung umkreist. Er wurde bereits siebzehn Tage nach der Entdeckung des Neptun das erste Mal beobachtet und nähert sich dem Planeten auf einer spiralförmigen Umlaufbahn immer weiter an. Mit einer Oberflächentemperatur von −235 Grad Celsius ist Triton das kälteste bisher untersuchte Objekt im Sonnensystem.
Der zweite Neptunmond, Nereid, wurde erst über 100 Jahre nach Triton entdeckt. Wie Triton und auch alle später entdeckten Monde des Neptun trägt Nereid den Namen einer Meeresgottheit, die Neptunus unterstellt ist.
Alle übrigen Monde wurden zwischen 1989 und 2013 entdeckt. Sechs von ihnen wurden ebenfalls von Voyager 2 gefunden, während die verbleibenden Monde von der Erde aus oder mit dem Hubble-Weltraumteleskop aus dem Erdorbit heraus aufgespürt wurden.
Neptunsonden
Wie auch der Uranus wurde der Neptun bisher lediglich von der Raumsonde Voyager 2 besucht.
Und was ist nun mit dem Diamantenregen?
Die Hypothese, dass es auf den Eisriesen Diamanten regnet, besteht bereits seit längerer Zeit. Grundlage für diese Annahme ist die Tatsache, dass die heiße, dichte Flüssigkeit, die die Planetenkerne der Eisriesen umgibt, den Kohlenwasserstoff Methan enthält und extrem hohen Drücken ausgesetzt ist. Unter den im Planeteninneren von Uranus und Neptun vorherrschenden Bedingungen kann das Methan in seine Bestandteile zerfallen und es wird angenommen, dass der extreme Druck in Kombination mit den hohen Temperaturen im nächsten Schritt dazu führt, dass die dabei freiwerdenden Kohlenstoffatome sich anschließend in einer kubischen Anordnung neu miteinander verbinden und dadurch Diamanten bilden, die dann langsam in den Planetenkern absinken.
2017 konnte dieser Prozess erstmals im Labor nachgebildet werden. Um die Atmosphärenzusammensetzung der Eisriesen nachzustellen, verwendeten die Wissenschaftler den Kunststoff Polystyrol, der ebenfalls aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt ist. Durch das Polystyrol schickten die Wissenschaftler zwei mit Lasern erzeugte Schockwellen, die den Kunststoff bei einer Temperatur von 5.000 Grad Celsius unter hohem Druck zusammenpressten. Dabei bildeten sich tatsächlich winzige Diamanten. Obwohl sie ziemlich verrückt klingt, ist die Geschichte vom Diamantenregen demnach durchaus plausibel.
