Neptun – der äußerste Planet

 

Seit der neuen Planetendefinition besteht unser eigenes Sternensystem nur noch aus acht anerkannten Planeten. Von ihnen ist der ferne, verhältnismäßig kleine Gasriese Neptun der äußerste Planet des Sonnensystems. 4,5 Milliarden Kilometer Sonnenabstand machen ihn für die Beobachtung ohne technische Hilfsmittel unsichtbar. Erst lange Jahre nach der Erfindung des Teleskops wurde Neptun entdeckt, doch nicht direkt, sondern im Jahr 1846 durch die Feststellung von Bahnstörungen seines größeren Nachbarn Uranus. Mit einem Durchmesser von knappen 50.000 Kilometern ist er größer als alle terrestrischen Planeten, doch unter »seinesgleichen«, den jovianischen Planeten, der kleinste.

 

Was ist der Planet Neptun?

Um in seiner Entfernung einmal die Sonne zu umrunden, benötigt dieser Planet des Sonnensystems 165 Erdenjahre. Doch Neptun gehört wie alle jovianischen Planeten zu den »Leichtgewichten« und rotiert in knappen 16 Stunden einmal um die eigene Achse. Dennoch ist er für einen Gasriesen recht kompakt und sogar massiver als der größere Uranus. Nur er und Jupiter haben von allen acht Planeten eine Schwerkraft, die größer als die unserer Erde ist. 

Die Temperaturen erreichen auf dem weit entfernten Planeten des Sonnensystems selbst in den »Sommergebieten« nicht mehr als minus 200 °C. Meist liegen sie jedoch um 10 und mehr Grad Celsius darunter. Kein anderer Planet ist damit kälter als Neptun. Trotz der eisigen Temperaturen wurden in den letzten vierzig Jahren mehrere Stürme auf dem Jovianer entdeckt, die denen auf seinen Nachbarn ähneln, sich teils nur nach Jahren, in wenigen Fällen schon nach Stunden wieder auflösen.

Neptunringe und Neptunmonde

Nach den Ringentdeckungen auf vergleichbaren Planeten des Sonnensystems zeigte sich in den 80er Jahren, dass Ringsysteme um Gasriesen sehr wahrscheinlich der Normalzustand sind. Wie um Uranus sind Neptuns Ringe sehr dunkel und aus mikroskopisch feinem Staub geformt. Einige der Staubpartikel formten sich zu hellen Klumpen, die sich jedoch nicht als Monde entpuppten. Was diese Strukturen formt, ist noch nicht geklärt. Doch gravitative Wechselwirkungen zwischen den bisher entdeckten 13 Monden könnten die Ursache sein.

Wie sich so weit außerhalb der anderen Planeten des Sonnensystems ein Gasriese dieser Ausmaße formen konnte, lässt die Astronomen in mehrere Richtungen theoretisieren. Vielleicht formte sich Neptun nicht aus Kernakkretionen, sondern durch Instabilitäten innerhalb der protoplanetaren Scheibe. Die Strahlung eins nahen, massiven Sterns könnte die Atmosphären fortgetrieben haben. Andere Wissenschaftler vermuten, die jovianischen Planeten seien insgesamt viel näher an der Sonne entstanden. Erst nach und nach seien sie zu ihren weit außen liegenden Positionen gewandert. Die »Wanderhypothese« ist unter den Astronomen derzeit die populärste.

Insgesamt halten Neptuns Gravitationskräfte tausende von Zwergplaneten, Asteroiden und Kometenkerne auf einer stabilen Umlaufbahn um die Sonne fest.

Mission Gasriese – Voyager 2

Speziell für so weit entfernte Durchflüge, wie sie zu den jovianischen Planeten des Sonnensystems erforderlich sind, entwickelten Wissenschaftler und Techniker das Voyager-Programm. Niemand wusste, was die Sonden bei der Planetenforschung erwarten würde, ob sie einen Durchflug oder gar einen längeren Orbitaufenthalt überstehen konnten. So steckte man für die Erkundung des Planeten Neptun zunächst nur grobe Missionsziele. Umsetzen sollte sie die zweite Sonde, Voyager 2, auf einer regelrechten Gasriesen-Rundreise.

1977 startete das technische Meisterstück zur bis dorthin weitesten Mission, die jemals zu Planeten des Sonnensystems geplant und ausgeführt wurde. 12 Jahre später erreichte Voyager 2 ihr fünftes Ziel der Planetenforschung, unseren achten und äußersten Planeten. Zu einer kurzfristigen Diskussion kam es unter den Forscherspezialisten, weil nun jeder die einmalige Gelegenheit zur Mond-, Ring- oder Planetenforschung nutzen wollte. Schließlich erlaubte ein Kompromiss die möglichst vielfältige Untersuchung sowohl von Neptuns äußeren Details als auch von einigen seiner Monde.

Enthüllungen vom anderen Ende des Sonnensystems

Eigentlich erwartete man in einer solch eisigen Region einen stillen, wenn nicht sogar reglosen Planeten des Sonnensystems vorzufinden. Stattdessen maß Voyager 2 bei diesem Teil ihrer Planetenforschung die stärksten Winde, die jemals auf Gasriesen gemessen wurden. »Scooter«, eine helle, sehr schnelle Wolke hoch über Neptuns Wolkendecke sowie ein »Great Dark-« und ein »Small Dark Spot« wurden von der Sonde erstmals aufgenommen und vermessen.

Dass man um einen jovianischen Planeten des Sonnensystems Monde finden würde, ahnten die Wissenschaftler bereits vor Missionsbeginn. Voyager 2 entdeckte sodann gleich 6 von ihnen. Erdgebundene Planetenforschung hatte den Mond »Nereid« bereits 40 Jahre zuvor entdeckt, den nun die Langzeitreisende bei ihrer Passage vor Neptun genauer untersuchte. Die größte Überraschung hielt der Neptunmond Triton bereit. Er »sprüht« vor Geysiren und besitzt Polarkappen, außerdem eine hauchfeine Atmosphäre und sogar minimale Bewölkung.

Neptunmond Triton: Einzigartig und ursprünglich namenlos

Der Bierbrauer William Lassell widmete sich in seiner Freizeit als Amateurastronom der Erforschung der Planeten des Sonnensystems. Johann Herschel regte ihn im Herbst 1846 in einem Brief dazu an, sich mit dem Orbit und der näheren Umgebung des frisch entdeckten Neptuns zu beschäftigen. Lassell fand prompt nach einer Woche den ersten, größten Mond Triton. Ein Name wurde für den Begleiter erst 1880 vorgeschlagen. Als offizielle Bezeichnung verwendet wurde dieser erst im 20. Jahrhundert.

Wie der Erdmond sich zur Erde in gebundener Rotation bewegt, so umläuft dieser natürliche Satellit seinen Planeten des Sonnensystems, indem er ihm stets die gleiche Seite zuwendet. Für seine Bewegung um den Gasriesen ist der Mond – nach gültigen physikalischen Maßstäben – zu groß, zu nah und seitenverkehrt. Er umrundet Neptun retrograd (rückläufig). Bereits heute nähert sich die Mondbahn der »Roche-Grenze« (Stabilitätsfaktoren des Mondes, bezogen auf die Gravitationskräfte des Planeten) in bedenklich niedrigem Abstand. Triton wird, bewegt er sich so weiter, in geschätzten 100 Millionen Jahren die Zerreißprobe verlieren und sich in kleinen Splittern zu einem Teil des Ringsystems wandeln.

Herkunft des nahen Mondes

In solch sonnenfernen Regionen herrscht auf den Planeten des Sonnensystems sowie auf ihren Monden Eiseskälte. Auf Triton wurde mit -237,6 °C die kälteste Oberflächentemperatur von allen bisher erforschten Objekten des Sonnensystems gemessen. Tritons physikalische Eigenschaften ähneln stark denen der Objekte des Kuiper-Gürtels. Die Astronomen vermuten, Neptuns Gravitationskräfte fingen den »Brocken« vor langer Zeit von dort ein. Künftige Forschungsmissionen werden wahrscheinlich starke Ähnlichkeiten zu Pluto, dem Plutomond Charon und anderen Kuiper-Gürtel – Objekten feststellen.

Geysire auf dem Neptunmond Triton

1989 entdeckte die Raumsonde »Voyager 2« um Neptun gleich eine ganze Reihe von Begleitern. Mit aktiver Vulkanaktivität bei Oberflächentemperaturen unter -150°C auf so fernen Monden des Sonnensystems hatten die Forscher nicht gerechnet. Doch Tritons Eiskruste schleudert durch den Kryovulkanismus Geysire hoch in die Atmosphäre, wo sich das Stickstoff-Methan-Gemisch durch Winde weit über den Boden verteilt. Ebenso erstaunlich war die Erkenntnis, dass die geringe Gravitation des Mondes genügt, um eine hauchfeine Stickstoff-Methan-Atmosphäre festzuhalten.

Der Vorbeiflug zeigte auch, dass der eisige Mond des Sonnensystems geologisch aktiv ist. Die Tektonik von Gesteins-Eis-Monden ist erst wenig erforscht. Die Voyager-Aufnahmen zeigten Spuren tektonischer Brüche, Deformationen und großflächige Verwerfungen der Kruste, die vom Kryovulkanismus herrühren. Für ausschließliche Aktivität nach kosmischen Impakts gibt es nach bisherigen Erkenntnissen der Astronomen zu wenige Einschlagskrater.