23.10.2003 / Autor: Michael Stein Astronomie > Sonnensystem

Der Uranus

Uranus war trotz seiner Größe als Gasriese und seiner Helligkeit, die ihn theoretisch von der Erde mit bloßem Auge sichtbar macht, in der Antike und im Altertum unbekannt.

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Voyager 2-Aufnahme von Uranus.
(Foto: NASA)
Einleitung
Der drittgrößte Planet unseres Sonnensystems ist nach einer Gottheit der griechischen und römischen Mythologie benannt. Dort war Uranus der erste Gott des Himmels und mit Gaia, der Göttin der Erde, verheiratet. Ähnlich wie Jupiter und Saturn ist auch Uranus ein so genannter Gasriese und mit einem Ringsystem sowie einer Vielzahl von Monden ausgestattet.

Uranus war der erste Planet, der erst nach Erfindung des Teleskops im Jahre 1609 durch Galileo Galilei entdeckt wurde. Der deutsch-britische Astronom William Herschel entdeckte ihn am 13. März 1781, obwohl er schon im Jahr 1690 durch den ersten englischen Hofastronomen John Flamsteed (und vor Herschels Entdeckung noch von mindestens vier weiteren Astronomen) gesichtet worden war. Flamsteed hielt Uranus jedoch irrtümlich für einen Stern und katalogisierte ihn unter der Bezeichnung 34 Tauri. Doch auch Herschel erlag zunächst einem Irrtum und nahm eine Zeitlang an, dass er einen Kometen entdeckt hätte.

Seine heutige, auf den Vorschlag des deutschen Astronomen Johann Bode zurückgehende Bezeichnung setzte sich erst Mitte des 19. Jahrhunderts durch. Von Herschel erhielt er zunächst den Namen Georgium Sidus - eine Referenz an den König Georg III. von England, dem Förderer Herschels -, während er zeitweise auch nach seinem Entdecker Herschel genannt wurde. Im Jahr 1787 entdeckte der Komponist und Astronom dann auch noch zwei Uranus-Monde.

Dieser Artikel ist in folgende Kapitel unterteilt:

Lage und Einordnung
Aufbau und Atmosphäre
Monde
Das Ringsystem
Missionen
Fakten

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Lage und Einordnung
Uranus ist nach Jupiter und Saturn der drittgrößte Planet des Sonnensystems und zählt zu den so genannten Äußeren Planeten. Von der Sonne aus gezählt ist er der siebte Planet und mit rund 2,8 Milliarden Kilometer fast zwanzigmal so weit wie die Erde von der Sonne entfernt, weswegen er 84 Jahre für einen Umlauf benötigt. Bis heute sind 27 Monde entdeckt worden, womit er in der entsprechenden Rangliste in unserem Sonnensystem auf Platz drei liegt. Uranus' Umlaufbahn um die Sonne weicht nur wenig mehr als die der Erde von einer Kreisform ab.



Hubble-Falschfarben-Infrarotaufnahme von Uranus, seinem Ringsystem und einigen seiner Monde. Deutlich sind hier mehrere Wolken in der Uranus-Atmosphäre zu erkennen.
(Foto: NASA)
Ausgesprochen exotisch ist die Anordnung der Rotationsachse des Planeten, die fast genau im rechten Winkel zur Ebene seiner Umlaufbahn liegt (bei der Erde beträgt diese Neigung der Rotationsachse gegenüber der so genannten Ekliptik nur etwa 23 Grad). Als Ursache für diese einzigartige Ausrichtung der planetaren Rotationsachse wird der Zusammenprall mit einem anderen, planetengroßen Himmelskörper in der Frühzeit von Uranus vermutet. Ähnlich exotisch sind auch die Magnetpole des Planeten angeordnet, denn die Achse des Magnetfeldes ist gegenüber der Rotationsachse um 60 Grad geneigt und noch dazu um ein Drittel des Uranusdurchmessers vom Planetenzentrum verschoben.

Aufbau und Atmosphäre
Auch Uranus ist einer der so genannten Gasriesen ohne feste, klar definierte Oberfläche. Der Großteil seiner Masse (rund 80 Prozent) ist in einem ausgedehnten Kern aus gefrorenem Material konzentriert, im Wesentlichen eine Komposition aus Wasser, Methan und Ammoniak. Seine stürmische Atmosphäre - die amerikanische Raumsonde Voyager 2 hat Winde zwischen 100 und 600 Stundenkilometer gemessen - besteht fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium, ähnelt in dieser Hinsicht also Jupiter und Saturn.

Das sich Uranus dem Betrachter blau-grün präsentiert liegt an dem Methan in den obersten Schichten der Atmosphäre: dieses Gas absorbiert rotes Licht und reflektiert blaues Licht sehr gut. Die von Voyager 2 und dem Hubble Space Telescope beobachteten filigranen Wolken bestehend eventuell aus gefrorenen Methan-Kristallen. Die Temperatur in der Atmosphäre liegt an der Wolkenobergrenze bei etwa -215° C.

Diese wegen der großen Entfernung zur Sonne extrem niedrige Temperatur ist auch der Grund dafür, warum es auf Uranus trotz der eigentümlichen Neigung der Rotationsachse des Planeten gegenüber der Ekliptik nur geringe Temperaturunterschiede zwischen der von der Sonne beschienenen und der im Schatten liegenden Hälfte gibt: Die Sonne hat einfach nicht genug Kraft, um die Temperatur der ihr zugewandten Planetenseite deutlich zu erwärmen.

Die durchschnittliche Dichte des Planeten liegt bei nur 1,3 g/cm3 und damit deutlich unter dem vergleichbaren Wert für die Erde, der bei rund 5,5 g/cm3 liegt.



Voyager 2-Aufnahmen der fünf größten Uranus-Monde in maßstabsgetreuer Darstellung (v.l.n.r.): Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon und Titania.
(Foto: NASA)
Monde
Die Uranus-Monde sind allesamt keine Giganten, misst doch der größte und bereits 1787 von Herschel entdeckte Mond Titania gerade einmal 1.578 Kilometer im Durchmesser (zum Vergleich: beim Erdenmond beträgt dieser Wert 3.475 Kilometer). Dafür kann der Planet mit einer veritablen Anzahl von 27 Monden aufwarten, von denen die meisten allerdings nur einige Dutzend Kilometer durchmessen. Die Monde dieses Planeten sind übrigens nicht - wie sonst üblich - nach Figuren aus der griechischen Mythologie, sondern nach Charakteren aus Werken der Schriftsteller Shakespeare und Alexander Pope benannt worden.

Bis zum Vorbeiflug der amerikanischen Raumsonde Voyager 2 waren gerade einmal fünf Monde entdeckt worden: Titania und Oberon von William Herschel im Jahr 1787, Ariel und Umbriel 1851 von William Lassell sowie Miranda 1948 von dem niederländisch-amerikanischen Astronomen und Planetenforscher Gerard Kuiper. Bei der Auswertung der Voyager 2-Aufnahmen wurden dann noch einmal zehn neue Monde (die allerdings teilweise keine zwanzig Kilometer groß waren) entdeckt, die übrigen bis heute entdeckten zwölf Monde sind allesamt erst in den letzten Jahren mit bodengestützten Teleskopen und dem Weltraumteleskop Hubble aufgespürt worden. Aufgrund der enormen Distanz zum Uranus und ihrer geringen Größe ist bis heute nur sehr wenig über die in den letzten Jahren entdeckten Monde bekannt.

Von den alles in allem eher unspektakulären Uranus-Monden hebt sich nur Miranda vor. Dieser etwa 240 Kilometer durchmessende Mond wirkt wie eine willkürliche Aneinanderhäufung verschiedenster geologischer Schichtungen und Formationen, wobei nicht wirklich klar ist, wie dieses uneinheitliche Erscheinungsbild zustande gekommen ist. Eine Theorie vermutet mehrere schwere Erschütterungen - beispielsweise durch Kollisionen -, die diesen Mond im Laufe seiner Entwicklungsgeschichte erschüttert und so zu dem heutigen inhomogenen Bild geführt haben könnten. Unter anderem glänzt er mit einem Canyon, der rund zwölfmal so tief wie der berühmte Grand Canyon in den USA ist, und verfügt sowohl über geologisch alte wie junge Gebiete.

Fünf der bisher bekannten 27 Monde sind so genannte Irreguläre Monde, d.h. sie ziehen weit entfernt vom Uranus auf stark exzentrischen oder gegenüber der Rotationsebene des Planeten stark geneigten Orbits ihre Bahn. Die beiden innersten und winzigen Monde Cordelia und Ophelia sind so genannte Hirtenmonde für den Epsilon-Ring des Planeten. Eine faszinierende Besonderheit des uranischen Mondsystems ist ein Schwarm von acht kleinen Trabanten, die in einer derartig schmalen Region um den Planeten kreisen, dass sie eigentlich längst miteinander hätten kollidieren müssen - warum dies bisher nicht geschehen ist, bleibt rätselhaft.

Das Ringsystem


Voyager 2-Detailaufnahme des Ringsystems von Uranus. Deutlich sind hier breite Staubstreifen zwischen einzelnen Ringen zu erkennen (die hellen Striche stammen von Sternen im Hintergrund).
(Foto: NASA)
Das Ringsystem von Uranus ähnelt dem des Jupiter. Auch dieses Ringsystem ist eher unscheinbar und nicht annähernd mit den faszinierenden Saturn-Ringen vergleichbar. Daher dauerte es trotz immer besserer Teleskoptechnik auch bis zum Jahr 1977, als zufällig die bis dahin unbekannten Uranus-Ringe entdeckt wurden. Bis heute sind insgesamt elf unterscheidbare Ringe entdeckt worden.

Auslöser der Entdeckung war eine so genannte Okkultation (Sternenbedeckung), bei der Uranus sich - von der Erde aus gesehen - vor einen Stern schob. Verschiedene Astronomen wollten die Gelegenheit nutzen, um dabei mehr über den Planeten zu erfahren (zum Beispiel können Informationen über das Vorhandensein und die Zusammensetzung einer planetaren Atmosphäre gewonnen werden, wenn das Sternenlicht auf seinen Weg zum Teleskop durch die Atmosphäre des zu untersuchenden Planeten läuft). Zu ihrer Überraschung schien der Stern schon kurz vor dem errechneten Zeitpunkt der Bedeckung mehrmals zu blinken, was durch die Uranus-Ringe verursacht wurde. Insgesamt wurden damals sechs Ringe entdeckt, weitere neun Jahre später, und nach dem Vorbeiflug von Voyager 2 stieg die Zahl schließlich auf elf.

Die Ringe umgeben den Planeten auf seiner Äquatorialebene und unterscheiden sich von den Jupiter- und Saturnringen vor allem durch feinen Staub, der zwischen allen Ringen zu sehen ist. Die zehn äußeren Ringe sind dunkel, schmal und dünn, während der innerste Ring breit und diffus ist.

Missionen
Die einzige Raumsonde, die bis heute Uranus besuchte, war die amerikanische Sonde Voyager 2. Zum Leidwesen der Planetenforscher flog Voyager 2 jedoch nur an dem Planeten vorbei und ging nicht in einen Orbit, so dass auch nur relativ wenig Zeit für die Erhebung von Messdaten und das Anfertigen von Aufnahmen von Uranus, seinen Ringen und Monden zur Verfügung stand.

Doch natürlich brachte Voyager 2 eine Flut neuer Daten und Erkenntnisse über diesen Planeten zur Folge. Wie bereits erwähnt wurden auf den Aufnahmen der Raumsonde alleine zehn neue Monde entdeckt, und auch die Struktur des Ringsystems konnte erstmals im Detail untersucht werden. Die Raumsonde raste in nur etwa 80.000 Kilometer Entfernung an dem Planeten vorbei, bevor es weiter Richtung Neptun ging.

Auf absehbare Zeit ist keine neue Forschungsmission zum Uranus geplant, so dass für die nähere Zukunft alleine durch die immer leistungsfähigeren erdgebundenen sowie durch zukünftige Weltraumteleskope neue Erkenntnisse über diesen "kalten Gasriesen" zu erwarten sind.

Fakten
Daten im Überblick
Äquatordurchmesser:51.118 km
Masse:86,85 × 1027 kg
Mittlere Dichte:1,3 g/cm3 (Wasser = 1 g/cm3)
Oberflächentemperatur:ca. -215° C (Wolkenoberschicht)
Rotationsdauer:0,718 Erdentage
Bahndaten
Mittlere Entfernung zur Sonne:1.870 Mio. km (= 19,19 AU)
Umlaufdauer um die Sonne:84,02 Jahre
Bahnneigung ggü. Ekliptik:0,77°
Bahnekzentrik:0,0471
Monde
Anzahl der Monde:27


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