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Uranus
Der dritte und kleinste Gasplanet in unserem Sonnensystem ist der Uranus. Wieder ist die Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium zusammengesetzt, die blaue Farbe wird durch das Methangas in den oberen Schichten hervorgerufen. Irgendetwas ist hier aber außergewöhnlich … nur was? Ist er besonders groß? Nein, der vierfache Erddurchmesser macht ihn zwar groß aber nicht gigantisch. Das Ringsystem? Nun ja, der Uranus hat zwar ein leichtes Ringsystem aber das macht ihn nicht so besonders. Anhand der Ringe kann man jedoch erkennen, was ihn so einzigartig macht: Die Rotationsachse. Während der Saturn seine Ringe horizontal zur Sonne ausgerichtet hat, stehen die des Uranus vertikal - genau wie seine Achse. Im Klartext bedeutet das, dass jeweils ein Pol oder eine Seite der Sonne zugewandt ist. Der Uranus “rollt” quasi auf seiner Umlaufbahn, die doppelt so weit entfernt ist wie die des Saturn - wir haben also einen großen Sprung nach Außen gemacht. Es wird vermutet, dass bei der Entstehung des Planeten zwei Objekte in einem Winkel zusammengestoßen sind, der den neu entstandenen Uranus so geneigt hat. Im Laufe seiner weiteren Planetwerdung hat sich der Rotationswinkel stabilisiert - die heutige Neigung war das Resultat. Entsprechend der Entfernung ist auch die Länge eines Uranus-Jahres: über 84 Jahre braucht der Planet, um die Sonne zu umrunden. Viel kürzer ist ein “Tag”, obwohl man bei der exotischen Ausrichtung der Rotationsachse nur bedingt von Tagen und Nächten sprechen kann. Für eine Eigenrotation braucht der kleine Gasriese 17 Stunden und 14 Minuten.
Aufgebaut ist der Uranus wie die großen Vertreter der Gasplaneten: Wasserstoff und Helium in der Atmosphäre, die wieder einen fließenden Übergang zwischen gasförmigen und flüssigen Aggregatzuständen hat. Das verhältnismäßig ruhige Wetter sorgt für eine homogene Optik der Oberfläche bei angenehm kühlen -197°C, wobei die der Sonne zugewandte Seite um ein paar Grad wärmer ist. Aus bisher ungeklärten Gründen ist allerdings der Äquator die wärmste Zone des Planeten. Erst unterhalb der mit Methan angereicherten oberen Schicht finden sich bänderartige Wetterstrukturen wieder, wie man sie auf dem Jupiter und dem Saturn deutlich sehen kann. Ebenso dezent ist das Ringsystem, dessen Partikel kaum eine Größe von 10 Metern überschreiten. Damit sind die Brocken zwar durchschnittlich größer als die des Saturns, machen dessen Ringe aber sowohl in Sachen Masse als auch bei der Menge keine Konkurrenz. Zusätzlich zu den Ringen umkreisen den Uranus 27 Monde, die allesamt nach Figuren von William Shakespear oder Alexander Pope benannt wurden. Zwei davon wurden erst 2003 entdeckt - man geht davon aus, dass noch nicht alle Trabanten identifiziert wurden. Wirklich groß ist keiner der Monde. Zusammengerechnet machen die fünf Hauptmonde Miranda, Ariel, Ubriel, Titania und Oberon 13% der Masse unseres eigenen Mondes aus. Miranda ist dennoch ein interessanter Himmelskörper, da tiefe, zerklüftete Schluchten die Oberfläche des Mondes prägen.
Wenn man genau hinschaut, kann man Uranus sogar noch mit bloßem Auge erkennen. Damit haben sich John Flamsteed 1690 und Tobias Mayer 1756 aber nicht zufrieden gegeben. Leider erkannten sie den sich langsam bewegenden Planeten nicht als solchen und kategorisierten ihn, wie bereits Sternenkundige im Altertum, als Fixstern ein - nun mit dem Namen “34 Tauri”. Erst Friedrich Wilhelm Herschel entdeckte 1781, dass 34 Tauri vielleicht doch kein Stern sein könnte. Bei der Vermessung von Fixpunkten in Sternbildern bemerkte er ein Objekt, welches zu schnell für eine Sonne und doch zu langsam für einen Kometen war. Nach mehreren Monaten an Beobachtungen und in Zusammenarbeit mit seinen Kollegen Lexell und Laplace konnte Herschel beweisen, dass es mehr als die damals bekannten sechs Planeten gibt. Somit wurde der Uranus zum ersten planetaren Objekt, welches seit der Antike entdeckt wurde. Die Namensgebung dauerte 70 Jahre und reichte von Georgium Sidus (Georgs Stern nach dem englischen König Georg III.) über “Herschel” nach dem Entdecker bis hin zu dem in Einklang mit der bisherigen Bennennung der Planeten stehenden “Uranus” (nach dem griechischen Titanen Uranos).
Neptun
Neptun
Wir machen erneut einen weiten Sprung weg von der Sonne und verdreifachen die Distanz zum Saturn. Hier sind wir beim Neptun angekommen, erneut ein Gasplanet. Er fällt in die Unterkategorie der “Eisriesen” - kein Wunder bei -201°C. Das wärmende Licht von der Sonne braucht um hier her zu kommen vier Stunden und zehn Minuten. Die wenige Energie, die es hier her schafft, wird - wie beim Uranus - von einer Methanschicht absorbiert. Diese färbt den Neptun zwar ebenfalls blau, ist jedoch nicht so ausgeprägt wie bei dem “Nachbarn”. Für eine einzige Sonnenumkreisung, ein Jahr also, braucht der Planet etwa zwei Lebzeiten eines Menschen: 165 Jahre. Ein Neptun-Kalender wäre etwa so dick wie ein Telefonbuch - da ein Tag nur knappe 16 Stunden dauert, hat ein Neptun-Jahr satte 90.400 Tage. Seit seiner Entdeckung 1846 hat der Planet erst eine komplette Umrundung absolviert.
Der innere Kern des Neptun ist so groß wie die Erde und hat ein wenig mehr Masse. Dort herrschen Temperaturen von über 7.000°C und einige Millionen bar Druck werden ausgeübt. Das darüber befindliche “Eis” ist in Wirklichkeit eine Mischung aus Wasser, Ammoniak und Methan, welche den Großteil der Masse des Planeten ausmacht. In den oberen Schichten sammeln sich leichtere Gase, in denen sowohl Wetter als auch 40 Jahre dauernde Jahreszeiten möglich sind. Obwohl nur ein Tausendstel der Sonnenenergie auf dem Planeten ankommt, toben hier die verheerendsten Stürme alle Planeten. Während der Rekordwert im deutschsprachigen Raum bei 285 km/h und die weltweit höchste Windgeschwindigkeit ein Sturm von 408 km/h auf Barrow Island (Australien) war, herrschen auf dem Neptun Werte, die wir uns nur schwer vorstellen können. Winde fegen dort mit 1.600 bis 2.100 km/h über die Oberfläche. Damit wird selbst im flüchtigen Helium bei solch niedrigen Temperaturen die Schallmauer durchbrochen. Ein Aufeinandertreffen dieser Sturmbänder sorgt oft für Veränderungen der ringförmigen Strukturen, die den Neptun zieren. Aktuell existieren zwei großräumige Wetterphänomene - der “Great Dark Spot” und der “Scooter”, wie sie genannt werden. Der “GDS” ist bereits der zweite seiner Art, den Astronomen beobachten konnten.
Ein Grund für die extremen Bedingungen ist auch das außergewöhnliche Magnetfeld. Dieses hat nicht wie bei uns auf der Erde zwei, sondern gleich vier Pole. Zwar ist es um das 28-fache stärker als unser Magnetfeld, doch sind die vier Pole stark versetzt. Ursache dafür ist die Quelle des Magnetismus: Dieser wird nicht wie bei anderen Planeten im inneren Kern, sondern viel mehr in den mittleren Schichten erzeugt. Daher bewegen sich die - anscheinend auch in ihrer Anzahl variablen - Magnetpole permanent.
Wie jeder Gasplanet hat auch der Neptun ein getreues Ringsystem und zahlreiche Monde. Zusammengesetzt aus mal feinen Partikeln und dann wieder dickeren Klumpen hat das System drei helle Ringe, die durch feinere Schichten verbunden werden. Insgesamt sind die Ringe jedoch so fein, dass sie erst in den 1980ern von der Voyager 2 Sonde entdeckt wurden. Früher bekannt waren bereits die 13 Monde. Auffällig ist hier Trition, der sich in einer entgegengesetzten Umlaufbahn zu dem restlichen Dutzend befindet. Man vermutet, dass er und zahlreiche andere Neptun-Monde von dem Planeten eingefangen wurden. Ein weiteres Indiz für diese Theorie ist, dass zwei der Monde - Psamathe und Neso - in einer ungewöhnlich hohen Distanz um ihren Planeten kreisen und stolze 25 Jahre für eine Umrundung benötigen.
Beobachtet wurde der Neptun bereits vom Sternenschauer Galileo, der ihn jedoch für einen Jupitermond oder einen Fixstern hielt. Naheliegend, war er doch 1612 bei seiner Entdeckung am äußersten Punkt seiner Umlaufbahn angelangt, wo er sich relativ zu seinen Beobachtern nur sehr langsam bewegte. Keine vierzig Jahre später errechneten mehrere Astronomen, dass aufgrund der Umlaufbahn des Uranus ein weiterer Planet in unserem Sonnensystem exisitieren muss. Dieser - damals noch theoretische - Planet musste nur noch tatsächlich entdeckt werden. Durch hartnäckige Beobachtung und den Vergleich mit bekannten Sternenkarten gelang es 1846 einem Team unter der Leitung von Johann Galle, Observator an der Berliner Sternenwarte, nach einem Hinweis des Mathematikers Urbain le Verrier den Neptun eindeutig als Planeten zu identifizieren. Geglückt war diese Suche also nicht durch systematische Suche, sondern durch die Berechnung einer möglichen Umlaufbahn.
Nun musste nur noch ein Name für den Neuling her. Nach dem provisorischen “Le Verriers Planet” gab es Vorschläge wie “Janus”, “Oceanus” oder “Leverrier”. zwar fühlte sich Le Verries geschmeichelt, wollte jedoch die bisherige Benennungspolitik fortsetzen. Von ihm kam daher auch der Name “Neptun”, welcher schnell von allen wissenschaftlichen Stellen akzeptiert wurde.
Kuipergürtel und Oortsche Wolke
Kuipergürtel und Oortsche Wolke
An dieser Stelle sollte eigentlich der Pluto stehen - tut er aber nicht. Seit 2006 gibt es nämlich einen Planeten weniger in unserem Sonnensystem. Stattdessen wurde die Kategorie “Zwergplanet” eingeführt, unter die der Pluto fällt. So klassifiziert werden Himmelskörper, die das “hydrostatische Gleichgewicht” erreichen - also genug Masse aufweisen, um eine kugelförmige Struktur anzunehmen. Anders als “echte” Planeten haben sie jedoch ihre Umlaufbahn um die Sonne nicht von anderen Objekten freigeräumt. Monde fallen nicht in diese Kategorie.
Viele Beschwerden gab es, als es hieß, dass der Pluto nun kein Planet mehr sein soll. Dabei standen wir vor einem kleinen Problem: Mittlerweile sind sechs Zwergplaneten bekannt, einer davon sogar größer als der Pluto. Wir haben also 14 Planeten oder 8. Und da es einfacher ist, einen bekannten Planeten zu vergessen, als sich Eris, Makemake, Sedna, Orcus und Quaoar zu merken, zog der Pluto eben den Kürzeren. Nun ist er ein essenzieller Bestandteil des Kuipergürtels, einer Ansammlung von Objekten, die außerhalb der Neptunbahn beginnt. Heute ist der kleine Planet aber nochmal ganz groß und wir Widmen ihm zumindest den Absatz, der ihm gebührt.
Zunächst sei gesagt, dass Pluto den Titel “Zwergplanet” wirklich verdient - er ist kleiner als unser Mond. Selber hat er aber 5 Monde, einer (Charon) ist fast halb so groß wie er selbst. Zwei der kleineren Monde, Nix und Hyrda, haben immerhin noch Namen im Gegensatz zu ihren Kollegen S/2011 (134340) 1 und S/2012 (134340) 1. Die elliptische Umlaufbahn bringt den Pluto zeitweise näher zur Sonne als den Neptun. Die dünne Atmosphäre, bestehend aus Stickstoff, wärmt sich deshalb aber nicht sonderlich auf. Bei einer Durchschnittstemperatur von -230°C friert sogar das wenige Methan an der Oberfläche fest. Eine Eigenrotation - die gegenläufig zu allen anderen Planetenrotationen ist - dauert 6,4 Tage. Sonderlich eilig hat es der kleine Planet generell nicht, dauert ein Jahr doch knappe 250 Erdenjahre. Nach den fließenden Aggregatzuständen der Gasriesen haben wir hier endlich wieder festen Boden unter den Füßen. Neben Gestein besteht der Pluto auch zu 30% aus Methan-Eis. Spazieren gehen wäre jedoch selbst mit einem richtig dicken Mantel eher problematisch. Aufgrund der geringen Anziehungskraft könnte man quasi von dem Planeten mit reiner Muskelkraft weg springen.
Ursprünglich wurde angenommen, dass der Pluto ein weiterer Neptun-Mond ist. Wie der Neptun wurde auch hier die Bahn jedoch vorhergesagt, bevor der “neunte Planet” gefunden wurde. Das passierte aber erst 1930 durch mehrere Sternenforscher quasi zeitgleich. Zum 149. Jahrestag der Entdeckung des Uranus wurde die Entdeckung des Pluto bestätigt. Namensgeber war der Wissenschaftler Henry Medan, welcher bereits den Mars-Monden Deimos und Phobos zu ihren Namen verhalf. In weiterer Folge erhielt sowohl das Element Plutonium als auch Pluto, der Hund von Micky Mouse ihre Namen.
Nun zieht der Pluto seine Bahnen durch den Kuipergürtel, eine Ansammlung von Kometen jenseits des Neptun. Benannt wurde er nach dem Astronomen Gerard Kuiper, der bereits in den 50ern diese Region zumindest theoretisch nachwies. Bis diese Theorie sich in der Fachwelt durchsetzte, dauerte es bis in die 80er Jahre. Aktuell sind über 1.000 Objekte mit orbitalen Bahnen bekannt - viele davon werden von Neptun und Pluto beeinflusst. Während man bei 30 AE von Neptun-Trojanern und bei 40 AE von Plutinos spricht, fängt dahinter erst der richtige Gürtel an. Bis zu einer Distanz von 48 AE ist von “CKBOs” (Classic Kuiper Belt Objects) die Rede. Diese reichen bis zu einer Lücke, nach der die “SDOs” (Scattered Disc Objets) beginnen. All diese Objekte sind Überbleibsel der Planetenentstehung. Sie sind nahe genug an der Sonne, um in einen Orbit um sie zu kommen, jedoch waren sie in dem entscheidenden Jahrtausend zu weit von Neptun und den restlichen Planeten entfernt, um ein Teil von ihnen zu werden. Wie man an Pluto, Quaoar und Eris sehen kann, fand hier dennoch eine Planetenbildung statt. Der am weitesten entfernte Zwergplanet ist Sedna, der in einer flach elliptischen Bahn zwischen 76 und 900 AE die Sonne umkreist. Für eine Umrundung benötigt Sedna über 12.000 Jahre.
Jenseits davon befindet sich die Oortsche Wolke, ein Kugelförmiges Gebiet rund um unser Sonnensystem. Diese Schale reicht 100.000 AE in das Weltall, das sind umgerechnet 1,6 Lichtjahre. In dieser Entfernung befindet sich ein Nullpunkt der Gravitation, in dem Milliarden von Objekten der Schwerkraft der Sonne weder entkommen noch entgegenwirken können. In der Zone des Sonnenequators wird die Wolke dichter und geht fließend in den Kuipergürtel über - von diesem spricht man aber erst ab einer Entfernung von 74 AE oder weniger. Die Größe der dort zu findenden Objekte reicht von Staubkörnern bis hin zu massiven Kometen. Immer wieder durchqueren große Eis- und Gesteinsbrocken die Wolke oder den Gürtel und stoßen die dort befindlichen Objekte an.
Bis zum heutigen Tag hat es noch keine Raumsonde geschafft, diese Region zu erreichen. Die Voyager 1, geschaffen um Jupiter und Saturn zu erforschen, wurde nach erfolgreichem Missionsende eine neue Aufgabe auferlegt: Die Erforschung des interstellaren Raums. Am 5. September 1977 gestartet, ist die Voyager 1 nun bereits 35 Jahre unterwegs, 13 weitere Jahre sind bereits geplant. Aktuell ist sie 120 AE entfernt - weiter als jegliches von Menschen geschaffene Objekt jemals zuvor. An Bord hat die Sonde eine goldene Platte, die eine Art “interstellare Gebrauchsanweisung” darstellt - für den Fall, dass eine extraterrestrische Intelligenz den Flugkörper eines fernen Tages findet. Auf ihrer Hülle befindet sich die Position unserer Sonne relativ zu anderen Sternen. Zusätzlich wird - basierend auf der Schwingung von Wasserstoffmolekülen und anhand des Binärsystems - erklärt, wie man die beiliegende Schallplatte abspielen kann. Diese enthält 115 analog gespeicherte Bilder, Grüße in 55 Sprachen und 90 Minuten an irdischen Geräuschen und Musik.
Langsam wird es klar, warum in “Per Anhalter durch die Galaxis” die Erde als “größtenteils Harmlos” bezeichnet wird. Wir haben alleine in unserem Sonnensystem solare Elektronenstürme, Planeten mit Säureregen und mehr als genug an unfassbar kraftvollen Stürmen. In unserer direkten Nachbarschaft (kosmisch gesprochen) werden Aggregatzustände außer Kraft gesetzt und Zeit und Raum für nebensächlich erklärt. Gigantische Berge, extreme Temperaturen und faszinierende Phänomene pflastern unseren Weg hinaus aus dem Sonnensystem. Was einst Sternenstaub war, hat sich zu Sonnen und Gasriesen, zu Planeten und Monden und am Ende des galaktischen Tages sogar zu Leben entwickelt. Bis heute wissen wir noch nicht, ob wir wirklich die einzigen Lebewesen in unserem Sonnensystem sind. Vielleicht halten die gefrorenen Ozeane von Titan und Europa oder die dichte Wolkenschicht der Venus eine Überraschung bereit. Noch schicken wir Sonden und Robotern zu anderen Planeten um unseren Wissensdurst zu stillen. Doch die Vorbereitungen, den Mars zu betreten laufen bereits. Menschen haben es bereits geschafft, mit simpelsten den Mond zu besuchen - die Rechner der Apollo-Mission hatten weniger Rechenpower als ein aktuelles Handy. Wenn wir Glück haben, werden wir noch zu Lebzeiten erleben, wie sich eine mutige Crew auf den langen Weg zum Mars macht und dort nach über einem Jahr Flugzeit erstmals einen Fuß auf einen anderen Planeten setzt. Unser erster Schritt hinaus aus dem Sonnensystem.
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