Warum ist Uranus der einzige Planet ohne interessante Merkmale?

Raumsonde Voyager 2 im Jahr 1986. Dieses ikonische Bild des Uranus scheint ihn zum langweiligsten Planeten von allen zu machen, aber er ist nur manchmal wirklich langweilig. NASA / JPL-Caltech

Die acht Hauptplaneten des Sonnensystems haben alle ihre eigenen einzigartigen Merkmale. Die Gesteinsplaneten haben Krater, Erhebungen, Berge und mehr: Zeugnisse einer gewalttätigen Vergangenheit und innerer Aktivität. Alle Planeten außer Merkur haben Atmosphären, in denen flüchtige Stoffe Wolken und Dunst bilden. Auf den Gasriesenwelten sind häufig gebänderte Strukturen, Stürme und turbulente Ströme zu sehen. Jupiter, Saturn und Neptun zeigen alle spektakuläre Veränderungen im Laufe der Zeit, wenn wir ihre Atmosphären im Detail untersucht haben.

Aber nicht Uranus. Allein unter allen Planeten des Sonnensystems ist der Uranus eine helle, blau gefärbte, ansonsten gesichtslose Welt. Selbst als er von der Raumsonde Voyager 2 aus der Nähe besucht wurde, war das Bemerkenswerteste an der Geschichte, wie unscheinbar Uranus erschien. Für das menschliche Auge ist der Uranus der einzige Planet ohne interessante Merkmale. Hier ist die wissenschaftliche Geschichte, warum das so ist.

aufgenommen von Voyager 2 am 21. Januar 1986. Obwohl Uranus viele interessante Merkmale und Eigenschaften hat, bot der Planet selbst aus der Nähe mit den Instrumenten von Voyager 2′s nichts, was aus visueller Perspektive erwähnenswert wäre. Getty

Uranus ist, von der Erde aus gesehen, nur eine winzige türkisfarbene Scheibe. Voyager 2, die zuvor noch nie dagewesene Details von Stürmen und Bändern auf Jupiter und Saturn enthüllt hatte, sah beim Uranus eine große, funktionslose, türkisfarbene Kugel. Selbst wenn man den Bildkontrast so hoch wie möglich aufdrehte, gab es praktisch nichts zu sehen. Uranus schien, ziemlich enttäuschend, der langweiligste Planet zu sein, den wir uns vorstellen konnten.

Anfänglich dachten wir, wir hätten verstanden, warum er eine so gesichtslose Welt ist. Bei einer so geringen Größe im Vergleich zu Saturn oder Jupiter vermutete man, dass Uranus keine eigene innere Wärme erzeugen konnte und daher nur die Temperatur hatte, die man erwarten würde, wenn er von der Sonne aufgeheizt würde. Er war blau und ohne Merkmale, weil er kalt und weit entfernt war und keine eigene Wärme erzeugte. Seine obere Atmosphäre hatte eine konstante Temperatur von 58 K. Und das schien die ganze Geschichte zu sein.

und offenbarte die Eigenschaften, Farben, Atmosphären und Ringsysteme beider Welten. Beide haben Ringe, viele interessante Monde und atmosphärische und Oberflächenphänomene, die wir erst noch erforschen müssen. Der größte unbekannte Unterschied zwischen den beiden Welten ist, warum Neptun seine eigene Wärme zu erzeugen scheint, während Uranus dies nicht tut. NASA / Voyager 2

Natürlich ist das ganz und gar nicht der Fall! Sicher, er ist kalt und weit entfernt und erzeugt nicht viel innere Wärme; dieser Teil ist wahr. Aber Uranus ist einzigartig unter allen Welten im Sonnensystem wegen einer besonderen Eigenschaft, die er besitzt: seine Rotation. Im Gegensatz zu allen anderen Welten, die sich mit einer gewissen Neigung relativ zur Rotationsebene der Sonne drehen, liegt Uranus praktisch auf der Seite, rollt wie ein Fass, anstatt sich wie ein Kreisel zu drehen.

Als die Raumsonde Voyager 2 1986 am Uranus vorbeiflog, war gerade Sonnenwende: Die von der Sonne beleuchtete Seite war eine der Polarregionen des Uranus. Doch im Laufe der Jahre und Jahrzehnte bewegte sich der Uranus von der Sonnenwende zur Tagundnachtgleiche, wenn seine Äquatorialregion stattdessen von der Sonne beleuchtet wird. Statt eines konstanten, jahrelangen Einfalls von Sonnenlicht auf eine Hemisphäre gab es eine schnelle Tag/Nacht-Verschiebung, die mit der Rotationsperiode des Uranus von etwa 17 Stunden zusammenfiel.

Details in der Atmosphäre des Uranus, des drittgrößten Planeten im Sonnensystem. Im optischen Licht sieht der Uranus wie eine eigenschaftslose blaugrüne Murmel aus, weil das Methan in seiner oberen Atmosphäre rote Wellenlängen des Lichts absorbiert. Im Infraroten sieht man durch den Methandunst hindurch Wolkengürtel und helle Stürme, die sich hoch über die meisten der umgebenden Wolken erstrecken. Diese beiden Ansichten zeigen die östliche und westliche Hemisphäre. Sie zeigen auch die schmalen Ringe des Uranus. Lawrence Sromovsky, Univ. Wisconsin-Madison/W.M. Keck Observatory

Da Uranus 84 Erdjahre braucht, um einen Umlauf um die Sonne zu vollenden, bedeutet das, dass er 21 Erdjahre braucht, um von der Sonnenwende zur Tagundnachtgleiche zu gelangen. Da Voyager 2 1986 zur Sonnenwende an ihm vorbeiflog, bedeutete dies, dass der beste Zeitpunkt für die nächste Beobachtung im Jahr 2007 sein würde, wenn er sich zur Tagundnachtgleiche befand. Zu diesem Zeitpunkt stand keine andere Mission bereit, aber wir hatten das Hubble-Weltraumteleskop.

Wie Sie oben sehen können, gibt es all die Merkmale, die man sich beim ersten Mal erhofft hat. Es gibt wirbelnde Wolken, Stürme und sogar charakteristische atmosphärische Bänder. Es gibt dunkle Flecken und helle Flecken, Dunst und klare Regionen, mit unterschiedlichen Farben in den verschiedenen Breitengraden des Urans. Statt einer monochromen, eigenschaftslosen Welt haben wir endlich die aktive Atmosphäre gefunden, die wir die ganze Zeit erwartet hatten.

2012 und 2014 konnten wir auf Voyager 2′s Ansichten von Uranus Aurorae auf dieser Welt entdecken. Interplanetare Schocks, verursacht durch zwei starke Ausbrüche von Sonnenwind, die sich von der Sonne zum Uranus bewegten, wurden mit dem STIS-Instrument aufgezeichnet. NASA / Hubble / Voyager 2

Der Grund für die gleichmäßige Färbung des Uranus während der Sonnenwende liegt in den Temperaturen, die er während des Dauertages hat und die einen Dunst aus Methan erzeugen. Methan absorbiert in diesem Aggregatzustand rotes Licht, weshalb das reflektierte Sonnenlicht einen türkisfarbenen Ton annimmt. Gleichzeitig verdeckt der Methandunst die Wolken unter ihm, was dazu führt, dass Uranus das eigenschaftslose Aussehen hat, das wir nach dem Besuch von Voyager 2 allgegenwärtig kennengelernt haben.

Mit seiner Achsneigung von 97,7° erscheint ein Uranus zur Sonnenwende wie ein langweiliger Uranus. Aber der Methandunst, der in der oberen Atmosphäre des Uranus so verbreitet ist, repräsentiert nur das oberste 1% der Atmosphäre. Die Beobachtung in anderen Spektralbereichen als dem sichtbaren Licht wird noch mehr von seinen uneinheitlichen Eigenschaften enthüllen.

und 2,2 Mikrometer, aufgenommen am 6. August 2014 mit dem 10-Meter-Keck-Teleskop. Imke de Pater (UC Berkeley) & Keck-Observatorium

Da der Uranus in der Nacht abkühlt, geht der Methandunst von einem Aerosol der obersten Schicht – das sind feste oder flüssige Partikel, die in einem Gas schweben – zu Partikeln über, die sich mit den unteren Atmosphärenschichten vermischen. Wenn es dann wieder Tag wird, ist die oberste Schicht teilweise transparent.

Und wir haben festgestellt, dass es in diesem Fall beobachtbare Veränderungen in der oberen Atmosphäre gibt, die Hinweise auf die 99 % der unsichtbaren Atmosphäre darunter geben. Es gibt Stürme, die sogar in den alten Voyager 2-Informationen vorhanden sind, die nur durch das Stapeln von über 1.000 Bildern und die Suche nach Variationen zwischen den Einzelbildern sichtbar werden.

wie von der NASA-Raumsonde Voyager 2 in einer Entfernung von 5,7 Millionen Meilen dargestellt. Während Uranus eine einfarbige, eigenschaftslose Welt zu sein scheint, ist dies größtenteils auf seine Ausrichtung und seine orbitalen Eigenschaften zu der Zeit zurückzuführen, als wir 1986 an ihm vorbeiflogen. Durch das Stapeln vieler verschiedener Bilder dieser Welt konnte eine Neuanalyse Merkmale aufdecken, die ursprünglich nicht zu sehen waren. Getty

Nach Angaben des Astronomen Erich Karkoschka, der diese Arbeit im Jahr 2014 durchführte:

Einige dieser Merkmale sind wahrscheinlich konvektive Wolken, die durch Aufwind und Kondensation entstehen. Einige der helleren Merkmale sehen wie Wolken aus, die sich über Hunderte von Kilometern erstrecken. Die ungewöhnliche Rotation in den hohen südlichen Breiten des Uranus ist wahrscheinlich auf ein ungewöhnliches Merkmal im Inneren des Uranus zurückzuführen. Während die Natur dieses Merkmals und seine Wechselwirkung mit der Atmosphäre noch nicht bekannt sind, bietet die Tatsache, dass ich diese ungewöhnliche Rotation gefunden habe, neue Möglichkeiten, etwas über das Innere eines Riesenplaneten zu erfahren.

Sichtbar in dieser Weitwinkelansicht des Planeten, die eine gebänderte Struktur in der Atmosphäre, einen deutlichen Unterschied zwischen dem Nord- und Südpol und Stürme/Wolken irgendeiner Art zeigt, die sich auf der Winterhalbkugel des Uranus zusammenbrauen. Diese Bilder wurden einige Jahre vor der Tagundnachtgleiche mit dem Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen. NASA/Erich Karkoschka, University of Arizona

Durch die Betrachtung von Lichtwellenlängen, die jenseits dessen liegen, was das menschliche Auge sehen kann, wie z. B. das Infrarot, können wir farbige Bilder erstellen. Wenn Uranus sich in der Nähe der Tagundnachtgleiche befindet, zeigen diese erwartungsgemäß eine Reihe von Merkmalen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind, darunter:

• Bänder der atmosphärischen Struktur,
• hemisphärische Unterschiede zwischen den der Sonne zugewandten und den dem Weltraum zugewandten Polen,
• Stürme und Wolken in der oberen Atmosphäre,
• und sogar ein schwaches Ringsystem, das wahrscheinlich von zerbrochenen oder gezeitengestörten Monden herrührt.

Es gibt auch Stürme, die nur im Infraroten sichtbar sind, die sich verstärken und abklingen. Entgegen unserer anfänglichen Beobachtungen ist Uranus eine Welt mit vielen Merkmalen, aber nur, wenn man sie auf die richtige Weise betrachtet.

Erst mit der Voyager-2-Mission haben wir diese 1781 entdeckte Welt aus der Nähe besucht. Es ist nun schon 33 Jahre her, dass wir dort waren, und wir müssen noch zurückkehren. Sie sieht nicht mehr so aus, da sie keine Sonnenwende mehr erlebt. NASA / Voyager 2

Es gibt noch viele Rätsel um den zweitentferntesten Planeten im Sonnensystem zu lösen. Uranus hat ein seltsam geneigtes, aber starkes Magnetfeld, etwa 50 Mal so stark wie das der Erde, das sich wie ein Korkenzieher um den Planeten dreht. Das doppelte Vorhandensein von Kohlenstoff und Wasserstoff lässt vermuten, dass in den unteren Schichten der Atmosphäre durch den Druck ein Regen aus Diamanten fällt. Uranus zeigt eine gleichmäßige Temperatur während der Sonnenwende, aber starke Temperaturunterschiede über seine Oberfläche während der Tagundnachtgleichen, was darauf hindeutet, dass etwas ihm innewohnendes eine Verzögerung zwischen den Temperaturen und den Jahreszeiten verursacht. Und die Stürme, die wir sehen, die ebenfalls von den Jahreszeiten angetrieben werden, deuten auf einen Wirbel tiefer in der Atmosphäre hin, weiter entfernt von dem, was wir sehen können.

entdeckt von Hubble. Wir haben durch den Vorbeiflug von Voyager 2 so viele Strukturen in den inneren Ringen des Uranus entdeckt, aber ein Orbiter könnte uns noch mehr zeigen. Beachten Sie, dass diese Bilder im Jahr 2005 (nahe der Tagundnachtgleiche) aufgenommen wurden und viele Merkmale zeigen, die sich außerordentlich von dem ikonischen Sonnenwendebild von Voyager 2 unterscheiden. NASA, ESA und M. Showalter (SETI Institute)

Uranus ist für viele immer noch der langweiligste Planet, und ich nehme an, dass das stimmt, wenn man bereit ist, einen Vorbehalt hinzuzufügen: manchmal. Wenn Uranus zur Sonnenwende steht, ist er wirklich die langweiligste, eigenschaftsloseste Welt, die man unter unseren acht Planeten finden kann. Aber das Fehlen einer internen Wärmequelle und die Tatsache, dass er um eine gekippte Achse rotiert, gibt uns auch die einmalige Gelegenheit zu lernen, wie sich ein Gasriesenplanet verhält, wenn sein Energiehaushalt von der Sonne angetrieben wird.

Uranus, einst für eine eigenschaftslose Welt gehalten, entpuppt sich als unglaublich reich und vielfältig. Diese türkisfarbene Welt birgt eine Reihe von Rätseln, die auf eine komplexe, innere Struktur unterhalb der leicht zu beobachtenden oberen Atmosphäre hindeuten. Solange es einen Energieunterschied gibt, entweder zwischen den polaren Hemisphären oder zwischen der Tag- und der Nachtseite, wird es sicherlich interessante Phänomene geben, die es zu erforschen gilt. Die Argumente für eine eigene Mission zum Uranus waren noch nie so stark.

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