Uranus - Neptun - Pluto

Geschichte

Als der Musiker und Hobbyastronom Friedrich Wilhelm Herschel am 13. März 1781 sein 15-Zentimeter-Teleskop zum Himmel richtete um weiter nach Doppelsternen zu suchen, fand er im Sternbild Zwillinge ein Objekt, daß wie eine glatt Scheibe aussah. Anfangs hielt er es für einen Kometen, doch fehlte der sonst typische Schweif. Erst der Russe Anders Lexell schloß auf einen Planeten. Herschel war nicht auf den Gedanken gekommen, weil der Glaube an ein Planetensystem mit 6 Planeten sehr fest eingewurzelt war. Bei der Namensgebung siegte der traditionelle mythologische Name Uranus gegen die Namen Herschel und Georgischer Planet (Nach dem Englischen König George III).

Aber als die Umlaufbahn berechnet war, stimmte sein Bewegungsverhalten nicht mit ihr überein. Dadurch schloß man auf das Vorhandensein eines weiteren Planeten. 1841 stellten zwei Astronomen, der Engländer John Couch Adams und der Franzose Urbain Jean Joseph Leverrier Berechnungen zur Positionsbestimmung des vermuteten Planeten, der später Neptun genannt wurde, an. Beide Ergebnisse waren praktisch identisch. Da aber keiner nach dem Planeten suchen wollte, beauftragte Leverrier den Astronomen Johann Gottfried Galle von der Berliner Sternwarte. Galle entdeckte gemeinsam mit Heinrich d'Arrest am 23. September 1846 Neptun genau an der vorherberechneten Stelle.

Doch auch die Neptunbahn hatte Fehler und so wurde weiter geforscht. Percival Lowell hatte genug Geld, um sein Hobby Astronomie selbst zu finanzieren und baute ein eigenes Observatorium in Flagstaff (Arizona) in einer Höhe von 2200 m. Als er mit der Suche nach dem Planeten begann, wurden erste Erfolge mit der Astrophotographie erlangt, doch der Himmelskörper war auf keiner der Platten. Lowell starb , ohne den Planeten entdeckt zu haben. sagte Pickering nach Vergleichen aller errechneten Positionen, daß Pluto zwischen dem beiden Sternbildern Stier und Zwilling liegen müßte. Als das Observatorium ein leistungsfähigeres Spiegelteleskop gebaut hatte, kam wieder Hoffnung auf. Mit Clyde Tombaugh fanden sie einen geduldigen Beobachter, der Nacht für Nacht den Himmel fotografierte. Er entdeckte schließlich am 18. Februar1930 auf zwei Fotoplatten mit Hilfe des Blinkkomperators einen Positionswechsel zweier Punkte. Weitere Platten wurden angefertigt, bis es keinen Zweifel mehr gab: Planet X war gefunden. Die Entdeckung wurde am 13. März 1930, dem 75. Geburtstag Lowells, bekanntgegeben und der Planet Pluto genannt.

Aber auch Pluto ist zu klein, um die Bahnstörungen von Uranus und Neptun zu verursachen. Möglicherweise liegt die Antwort in der Dunkelheit hinter Pluto verborgen, vielleicht als Massereicher 10. Planet X oder als lichtschwacher Stern Nemesis. Allerdings wäre die Gravitationswirkung dieses Himmelskörpers viel zu klein, um sie von der Erde aus messen zu können, und seine Helligkeit aufgrund der vermuteten Sonnenentfernung so gering, so daß man ihn zwischen den zahllosen Sternen und Galaxien im Gesichtsfeld eines Fernrohrs kaum auffinden dürfte.

Uranus

Uranus erschien von Voyager 2 aus als strukturlose Kugel. Später entwickelten Forscher das Modell einer viele tausend Kilometer dicken Atmosphäre, die aus einer eisigen, superdichten Mischung aus Wasserstoff, Helium und Wasser besteht und einen Gesteinskern in der Größe der Erde umgibt. Er erscheint als blaugrüne Kugel, da das Methan den roten Bereich des Lichtes absorbiert. Durch eine ausgeklügelte Bildverarbeitung wurde herausgefunden, daß der der Sonne zugewandte Südpol durch einfache organische Moleküle rötlich ist. Weiters wurden konzentrische Bänder und mit 550 km/h fliegende Wolken entdeckt. Das Magnetfeld des Uranus ist nur sehr schwach. Auf der sonnenzugewandten Seite reicht es nur 600.000 km in den Weltraum hinaus, auf der gegenüberliegenden Seite durch den Sonnenwind 10 mal so weit. Die magnetische Achse war während des Vorbeifluges von Voyager 2 um 60° gegenüber der Rotationsachse geneigt. Möglicherweise befand es sich gerade in einer Umkehrphase.

Neben den 5 bekannten großen Monden fand Voyager 2 10 weitere Monde. Der 500 km große Mond Miranda entpuppte sich als einer der komplexesten Körper im Sonnensystem. Teile sind zu gewaltigen Bergrücken aufgefaltet, die teilweise bis zu 20 km hohe senkrechte Wände besitzen. Eine dramatische Erklärung besagt, daß er von großen Asteroiden getroffen und zerschmettert wurde, allmählich aber wieder verschmolz.

Die 11 wahrscheinlich sehr jungen Ringe sind fast staubfrei. Fast alle Objekte sind größer als ein Koffer. Die kleinen Teile scheinen durch einen unbekannten Prozeß beseitigt worden sein. Da in den Ringen nur 2 winzige Monde gefunden wurden ist kaum zu erklären, warum sie so scharf begrenzt sind.

Neptun

Träge und weit am Rande des Sonnensystems zieht Neptun seine Bahn um die Sonne, wofür er 165 Erdjahre benötigt. Selbst durch die modernsten Teleskope zeigt er sich von der Erde aus nur als kleine grüne Scheibe. Erst durch die Raumsonde Voyager 2 erhielt man eindrucksvolle Bilder. Neptun könnte fast ein Zwilling von Uranus sein, denn sein Radius ist nur um 5% kleiner als der von Uranus, seine Masse um 16% größer. Beide Planeten haben eine blaugrünliche Farbe, die auf atmosphärisches Methan zurückzuführen ist. Selbst in der Magnetfeldstruktur ist die Gleichheit nicht zu leugnen. Bei beiden ist die magnetische Achse um 47° gegen die Rotationsachse geneigt und das Zentrum des Magnetfeldes liegt klar außerhalb des Kerns. Auch ein ähnliches Ringsystem kam zum Vorschein. Bei der inneren Wämestrahlung gleicht er aber Jupiter und Saturn mehr. Durch seine nach erdgebunden Messungen berechnete Oberflächentemperatur von -215 °C hat er eine 3 mal höhere Abstrahlung, als er an Sonnenenergie empfängt - ein Hinweis, daß es im Inneren noch starke Hitze aus der Entstehungsphase gibt. Durch die höhere Wärmeabstrahlung konnte Voyager 2 von der Oberflächenstruktur mehr erkennen als bei Uranus. Ihre Instrumente fanden an der Oberfläche Wasserstoff, Helium und Methan. In dieser Atmosphäre fand man ovale und ostwärts gerichtete Sturmgebiete mit Geschwindigkeiten von fast 1000 km/h. Der von der Sonde gefundene große dunkle Fleck (GDF) ist eine Art Kopie des großen roten Flecks auf Jupiter. Er ist so groß wie die Erde, von weißen Methaneiswolken, die durch die Abkühlung atmosphärischer Gase entstehen, umgeben und benötigt für einen kompletten Umlauf nur etwa 18 Stunden. Diese Sturmgebilde tobt etwa 20° südlich des Aquators. Etwas weiter südlich gibt es einen weiteren, jedoch kleineren Fleck dieser Art. Als im Juni 1993 mit dem Hubble-Teleskop (HST) Aufnahmen von Neptun gemacht wurden zeigte sich, daß der GDF verschwunden war. Statt dessen zeigte sich ein beinahe spiegelgleicher neuer dunkler Fleck in der nördlichen Hemisphäre. Die Forscher des Massachusetts Institute of Technology sind nicht erstaunt über das Verschwinden, da sich das Aussehen von Neptun aufgrund seiner dynamischen Eigenschaften in einigen Wochen total ändern kann. Es könnte sich bei diesen Flecken um Löcher in den oberen Schichten der Methan-Wolken handeln, die einen Einblick in tiefere Ebenen ermöglichten. Die Dynamik der Atmosphäre Neptuns könnte so veränderlich sein, weil eine kleine Veränderung der Temperatur zwischen Wolkenunter- und Oberseite schnelle weitreichende Veränderungen hervorrufen kann

Neben den Monden Triton und Nereid gibt es noch einige kleinere. Triton ist der interessanteste von allen. Er ist mit 2700 km Durchmesser der größte Mond Neptuns und damit auch größer als Pluto. Trotz der niedrigen Oberflächentemperatur entdeckte man auf ihm aktiven Vulkanismus. Seine Oberfläche ist mit riesigen Becken - scheinbar mit Wassereis gefüllt - pockenartigen Gelände und Kratern durchsetzt. Der Südpol ist von einer großen Eiskappe bedeckt. Aber Tritons Ende naht, da er sich gegen die Rotationsbewegung Neptuns bewegt. Die Gezeitenkräfte bremsen Triton langsam ab und zwingen ihn auf eine immer enger werdende Spirale. Er wird, vielleicht noch in den nächsten 100 Millionen Jahren, von den Kräften Neptuns zerrissen und könnte dann ein Ringsystem um Neptun formen.

Pluto

Als man Pluto entdeckte und sah, wie klein er war, schätzte man seinen Durchmesser auf 5800 km. In den 80er Jahren bemerkte James Christy, daß der Planet eine längliche Form aufwies, was auf einen Mond hinwies. Dieser Trabant umrundet Pluto im Abstand von nicht einmal 20.000 km. Durch zahlreiche gegenseitige Bedeckungen und Verfinsterungen konnten die wahren Größen abgeleitet werden: Pluto hat einen Durchmesser von 2400 km, sein Begleiter Charon von 1200 km. Der äußerste Planet unseres Sonnensystems ist demnach um 1/3 kleiner als unser Mond. Durch Infrarotaufnahmen und bildberechnungen von Supercomputern wurde herausgefunden, daß Pluto geringfügig stärker gerötet ist als Charon. bei Pluto sind die riesigen Polkappen aus Methaneis nur durch einen wärmeren, aber immer noch eiskalten Aquatorgürtel getrennt. Die Dünne Atmosphäre, die kaum mehr Gas enthält als die ersen 30 Meter der Erdatmosphäre, ist wahrscheinlich reich an Methan. Chraon dagegn ist von Wassereis bedeckt und enthält gar kein Methan. Beide haben eine Dichte von ungefähr 2g/cm³, was auf Gesteinskerne hinweist.

Heute ist man sich nicht mehr so sicher, ob man Pluto als Planet ansehen kann. Manche Astronomen glauben, daß es sich bei Pluto und seinem Mond um einen Überrest aus der Entwicklungsphase des Sonnensystems handle und sie eher größere Asteroiden darstellen. Das Paar umläuft die Sonne in 248 Jahren auf einer stark elliptischen Bahn mit einer Sonnenentfernung von bis 7,3 Milliarden Kilometer. Diese elliptische Bahn bewirkt, daß sich das Paar derzeit näher bei der Sonne befindet als Neptun und erst 1999 wieder die Neptunbahn überquert und so zum äußersten Planeten wird. Da Pluto nur die achtfache Masse seines Mondes hat, hat jeder von beiden einen starken Einfluß auf die Bewegung des anderen. So umlaufen sie sich auf einer korkenzieherähnlichen Bahn in jeweils 6,4 Erdtagen und vollenden innerhalb eines Pluto-Jahres 14.000 Schleifen. Pluto dreht sich im Vergleich zur Erde sehr langsam um seine eigene Achse. In der gleichen Zeit umwandert auch Charon den Planeten, Sodaß sie sich immer die gleiche Seite zuweisen. Die Lichtintensität auf Pluto beträgt bei maximaler Sonnenentfernung nurmehr 1/1000 unserer Lichtintensität.

Es ist bis heute zu keiner Expedition einer Raumsonde in Richtung Pluto gekommen, da die Kosten einer solchen ins unermeßliche steigen würde. Statt dessen stützen sich die Forscher hauptsächlich auf erdgebundene Messungen.