Der siebte Planet im Sonnensystem – und der größte der Eisriesen – Uranus hat eine Atmosphäre, die eher mit Neptun als mit Saturn und Jupiter vergleichbar ist. Als Eisriesen bekannt, haben die beiden sonnenfernsten Planeten Atmosphären, die stark von Eis dominiert werden. Die bizarre Ausrichtung des Planeten, der die Sonne auf der Seite gekippt umkreist, zeigt, dass sein innerer Kern einen stärkeren Einfluss auf das Wettergeschehen hat als der ferne Stern.
Atmosphärische Zusammensetzung
Die Atmosphäre des Uranus besteht überwiegend aus Wasserstoff und Helium. Anders als bei Jupiter und Saturn dominieren diese leichten Gase nur die äußeren Ränder des Planeten, tragen aber nicht wesentlich zum felsigen Inneren bei.
Die mattblaue Farbe des Uranus wird durch das Vorhandensein von Methan verursacht, das rotes Licht absorbiert.
„Ich glaube, der arme Uranus wird eigentlich missverstanden“, sagte die Planetenforscherin Amy Simon im NASA-Podcast Gravity Assist. „Uranus ist die meiste Zeit über sehr fade im Aussehen. Er ist irgendwie ein blassblauer Planet. Er ist wirklich ein blassblauer Punkt.“
Auch in der Luft um Uranus sind Spuren von Kohlenwasserstoffen vorhanden. Eis aus Wasser, Ammoniak und möglicherweise Methan sind ebenfalls in der Atmosphäre vorhanden.
Atmosphärische Zusammensetzung nach Volumen:
- Molekularer Wasserstoff: 82,5 Prozent
- Helium: 15,2 Prozent
- Methan: 2,3 Prozent
Schichtung in der Atmosphäre
Wie auf der Erde ist die Atmosphäre des Uranus in Schichten unterteilt, abhängig von Temperatur und Druck. Wie die anderen Gasriesen hat der Planet keine feste Oberfläche. Die Wissenschaftler definieren die Oberfläche als den Bereich, in dem der atmosphärische Druck ein Bar übersteigt, den Druck, den man auf der Erde auf Meereshöhe findet.
Gerade über der „Oberfläche“ des Uranus liegt die Troposphäre, wo die Atmosphäre am dichtesten ist. Die Temperatur reicht von minus 153 Grad Celsius (minus 243 Grad Fahrenheit) bis minus 218 Grad Celsius (minus 370 F), wobei die oberen Regionen am kältesten sind. Damit ist die Atmosphäre des Uranus die kälteste im Sonnensystem. Innerhalb der Troposphäre befinden sich Wolkenschichten – Wasserwolken bei den niedrigsten Drücken, darüber Ammoniumhydrogensulfidwolken. Es folgen Ammoniak- und Schwefelwasserstoffwolken. Schließlich liegen dünne Methanwolken obenauf. Die Troposphäre erstreckt sich 50 Kilometer von der Oberfläche des Planeten entfernt.
Die Strahlung von der Sonne und aus dem Weltraum erwärmt die Stratosphäre des Uranus von minus 370 F (minus 218 C) auf minus 243 F (minus 153 C). Die Stratosphäre enthält Ethansmog, der zum trüben Aussehen des Planeten beitragen kann. Acetylen und Methan sind ebenfalls vorhanden. Diese Dämpfe tragen zur Erwärmung der Stratosphäre bei. Kohlenwasserstoffe sind in der Atmosphäre von Uranus jedoch weniger häufig vorhanden als auf anderen Riesenplaneten. Die Stratosphäre reicht fast 4.000 km über den Uranus.
Die Thermosphäre und die Korona des Uranus erreichen Temperaturen von 577 °C (1.070 F), obwohl die Wissenschaftler sich über den Grund dafür nicht sicher sind. Weil die Entfernung des Uranus von der Sonne so groß ist, reicht die Wärmemenge, die vom Stern kommt, nicht aus, um so hohe Temperaturen zu erzeugen. Die weitreichenden äußeren Schichten, die sich doppelt so weit vom Zentrum des Planeten erstrecken wie seine Oberfläche, sind einzigartig für Uranus. Sie erzeugen einen Luftwiderstand für die Ringteilchen, die den Planeten umkreisen.
Wolkenmuster auf Uranus
Obwohl der Planet einfarbig blau zu sein scheint, enthält er Streifen wie Jupiter und Saturn. Aber die Streifen sind schwach und nur mit vergrößerten Bildern zu sehen. Wie bei anderen Gasriesen bilden sich die Zonen, wenn sich Gase innerhalb der Region erwärmen und aufsteigen, während in den Gürteln die Gase zum Planeten zurückfallen, wenn sie abkühlen. In den Gürteln wehen die Winde nach Osten, während sie innerhalb der Zonen nach Westen ziehen.
Als Voyager 2 1986 an dem Planeten vorbeiflog, beobachtete sie nur 10 Wolkenmuster auf dem Planeten. Als sich die Technologie verbesserte, zeigten Bilder mit höherer Auflösung, die von der Erde aus aufgenommen wurden, schwächere Wolken. Die Wolken, die vor allem in der Troposphäre existieren, werden von Winden getragen, die bis zu 900 km/h erreichen.
Simon sagte, dass die Temperatur einen großen Teil des Grundes für die Bleichheit von Uranus ausmacht. Auf dem Eisriesen gibt es nicht viel Wärme. Tatsächlich ist er der einzige Planet, der nicht mehr Wärme abgibt, als er von der Sonne empfängt, sagte sie. Das verlangsamt das Ansteigen und Abfallen der Hitze, die sonst Stürme antreibt.
„Man bekommt nicht das Äquivalent von Gewitterstürmen. Man sieht also nicht die hellen Wolken auf dem Uranus, die man auf anderen Planeten sieht“, sagte Simon.
Während Stürme auf dem Uranus nicht so zahlreich sind wie auf anderen Welten, bedeutet das nicht, dass der Planet keine gelegentliche Aktivität hat. Im Jahr 2014, sieben Jahre nach der größten Annäherung des Planeten an die Sonne, entdeckten Astronomen aktive Wetterflecken auf dem Eisriesen.
„Das Wetter auf Uranus ist unglaublich aktiv“, sagte die Astronomin Imke de Pater von der University of California, Berkeley, in einer Erklärung 2014.
„Diese Art von Aktivität wäre im Jahr 2007 zu erwarten gewesen, als die alle 42 Jahre stattfindende Tagundnachtgleiche des Uranus stattfand und die Sonne direkt auf den Äquator schien“, sagte die Astronomin Heidi Hammel von der Association of Universities for Research in Astronomy seinerzeit. „Aber wir haben vorhergesagt, dass diese Aktivität inzwischen abgeklungen sein würde. Warum wir jetzt diese unglaublichen Stürme sehen, ist jenseits aller Vermutungen.“
Einige der Stürme waren sogar groß genug, dass sie von Amateurastronomen entdeckt werden konnten.
„Ich war begeistert, solche Aktivität auf dem Uranus zu sehen“, sagte der französische Amateurastronom Marc Delcroix in der gleichen Erklärung. „Details auf dem Mars, Jupiter oder Saturn zu sehen, ist mittlerweile Routine. Aber Details auf Uranus und Neptun zu sehen, ist die neue Grenze für uns Amateure, und das wollte ich nicht verpassen.“
Stürme sind nicht der einzige Lichtblick auf Uranus. Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat 2011 das erste Bild von Polarlichtern auf dem Planeten geschossen. Als ein Team unter der Leitung eines Astronomen des Pariser Observatoriums einen zweiten Blick auf die Polarlichter warf, indem es die ultravioletten Fähigkeiten von Hubble nutzte, „beobachteten sie die intensivsten Polarlichter, die jemals auf dem Planeten gesehen wurden“, so die NASA in einer Erklärung.
„Indem sie die Polarlichter über einen längeren Zeitraum beobachteten, sammelten sie den ersten direkten Beweis dafür, dass diese kraftvoll schimmernden Regionen mit dem Planeten rotieren.“
‚Tis the season
Im Gegensatz zu anderen Planeten im Sonnensystem, die sich entlang der gleichen Ebene wie die Sonne drehen, wurde der 1781 entdeckte Uranus kurz nach seiner Entstehung durch eine Kollision auf seine Seite gestoßen. Mit seinem Äquator nach unten scheint der Planet um die Sonne zu rollen. Das bedeutet, dass immer nur ein Pol dem fernen Stern zugewandt ist.
„Weil er auf die Seite gekippt ist, bedeutet das, dass zum Beispiel der Südpol etwa 40 Jahre lang kein Sonnenlicht sehen würde“, sagte Simon. „Er hat also wirklich extreme Jahreszeiten, die dazu beitragen, das Wetter zu bestimmen.“
(Der Planet dreht sich dadurch auch rückwärts, so dass, wenn er mit seinem Äquator entlang der Ebene des Sonnensystems rotieren würde, die Sonne im Westen statt im Osten aufgehen würde.)
Auf den meisten Planeten erhält der Äquator das meiste Sonnenlicht, was dazu führt, dass warme Luft aufsteigt und zu den Polen wandert. Aber der Äquator des Uranus ist fast nie der Sonne zugewandt. Daher sollte die warme Luft von dem Pol, der der Sonne zugewandt ist, aufsteigen und am kühleren Pol zurückfallen. Doch die Bänder und Zonen des Uranus verraten etwas anderes. Die Streifen des Planeten rotieren um den Äquator, so wie sie es auch auf Jupiter und Saturn tun. Statt Sonnenlicht scheint die innere Hitze des Planeten sein Wetter zu bestimmen.
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