Vor der Zeit der Teleskope galt Saturn als der äußerste Planet des Sonnensystems. Die in den weiter außen liegenden Bereichen »wandelnden« Eisriesen sahen einige Beobachter wegen ihrer langsam wirkenden Bahn als Fixsterne an. Mit der Erfindung und den ersten, sensationellen Jahren der Planetenforschung über Teleskopbeobachtungen blieb Uranus noch immer als Planet unerkannt. Erst knappe 180 Jahre später »entlarvte« ihn … ausgerechnet ein Amateurastronom.
Entdeckung des Uranus
Eigentlich wollte Fr. W. Herschel mit seinem selbstgebauten 6-Zoll-Spiegelteleskop zwischen den Planeten des Sonnensystems nur Fixsternparallaxen messen. Als er einen Himmelskörper zwischen den Sternbildern »Stier« und »Zwillinge« entdeckte, hielt er Uranus zunächst für einen Kometen.
Vor ihm hatten zwar Wissenschaftler das Objekt gesehen, den bis dorthin als Fixstern geltenden Eisriesen allerdings als Stern des Sternbilds Stier katalogisiert. Drei Monate lang untersuchten anerkannte Berufsastronomen den gemeldeten siebten Planeten des Sonnensystems. Uranus ergänzte die »Titius-Bode-Reihe« perfekt und bestätigte Johannes Kepler s »Harmonie des Himmels«. Durch Herschels Entdeckung war plötzlich das uns bekannte Sonnensystem doppelt so groß wie vorher angenommen. Ab sofort galt der eifrige Freizeitastronom als wissenschaftlich anerkannter Berufsgenosse. König Georg III. nahm ihn als hochdotiertes Mitglied in die begehrte »Royal Society of London« auf – was den Autodidakten nicht nur schlagartig berühmt, sondern lebenslang reich machte.
Namensgebung
Der Namensgeber des neu entdeckten Planeten des Sonnensystems war nach der griechischen Mythologie der allererste Weltgott und Sohn der Gaja. Unter besten Nachtbedingungen kann man Uranus gelegentlich mit bloßem Auge sehen. Erst Teleskope von mindestens 10 cm Öffnung zeigen eine ca. 3,5 Zoll große, blassgrüne Scheibe.
Aufbau
In den Atmosphären jovianischer Planeten herrscht ein solch hoher Druck, dass die enthaltenen Gase in einen flüssigen, später sogar metallischen Zustand übergehen. Typisch für solche Planeten des Sonnensystems ist ein vergleichsweise winziger Silizium-Eisen-Kern. Auch Uranus ist nach dieser Druck- und Sphärenverteilung aufgebaut. Jedoch umgibt jenen Kern hier ein Eismantel aus Wasser, Methan und Ammoniak (»Wasser-Ammoniak-Ozean«). Eine Mesosphäre (der Bereich zwischen Stratosphäre und Thermosphäre) besitzt der »Einzigartige« nicht.
Riesige Korona
Einzigartig unter den äußeren Planeten des Sonnensystems fällt um diesen Gasriesen eine ungeheuer ausgedehnte Korona auf. Sie umgibt Uranus nicht nur im Umkreis von 2 Planetenradien (ca. 50.000 km), sondern bremst auch den Staub um den Planeten ab. Daher ist das Ringsystem um Uranus auffallend staubarm.
Wie ein Isolierband hält die Stratosphäre die Wärme der oberen Schichten von der Troposphäre des Planeten fern. Dieser Temperaturunterschied ist ungewöhnlich für Planeten des Sonnensystems. Forscher vermuten, dass Methan und Kohlenwasserstoffe die UV- und IR-Strahlung der Sonne absorbieren. In der Thermosphäre des Uranus steigen die Temperaturen wieder stark an.
Woher die Energie dafür kommt, ist noch unbekannt. Eventuell wird wegen des geringen Anteils an Kohlenwasserstoffen weniger Wärme nach außen abgestrahlt.
Windgeschwindigkeiten um 700km/h
Der dichteste Teil der Atmosphäre um diesen Planeten des Sonnensystems ist die Troposphäre. Wie auf der Erde ist sie die unterste Atmosphärenschicht. Auf Uranus ist es dort am wärmsten, jedoch fallen die Temperaturen in einem Bereich von 50 km um fast 270 Kelvin ab. In keinem anderen Teil der Uranusatmosphäre ist es annähernd so warm. Fast alle planetarische Wärme wird von hier ausgestrahlt. Obwohl Uranus aus der Ferne stiller als Jupiter und Saturn wirkt, herrschen dort unten Windgeschwindigkeiten um die 700 km/h vor.
Bisher fanden die Astronomen keine plausible Erklärung dafür, wieso aus der Kontraktion und Stofftrennung kein Wärmevorrat mehr vorhanden ist. Eine Theorie vermutet, eine kosmische Kollision in der Frühzeit der Planeten des Sonnensystems könnte für den Hitzeverlust verantwortlich sein. Der gleichen Theorie zufolge kippte der gleiche Crash auch die Rotationsachse des Uranus.
Ebenso denkbar wäre, dass die atmosphärischen Isolierschichten um den Planeten einen Wärmeexport behindern. Demnach ist seine einzige Energiequelle Sonnenstrahlung, die er absorbiert. Davon gibt er nur genauso viel wieder ab, wie er erhalten hat. Auch dies macht Uranus einzigartig unter den Gasriesen.
Kern aus Eis
In seinem Innern birgt er große Mengen Eis, weshalb er – ebenso wie die noch weiter außen liegenden jovianischen Planeten – auch »Eisriese« heißt. Uranus braucht 84 Jahre, um einmal die Sonne zu umrunden. Um sich selbst rotiert er etwas über 17 Stunden im Norden, südlich durch starke Hochatmosphäre-Winde in Rotationsrichtung in 14 Stunden.
Das Wetter auf Uranus
Hochleistungs-Raumsonden fliegen seit einigen Jahren die Planeten des Sonnensystems zu Forschungszwecken an. Hier überraschte schon das bis dorthin unbekannte, dunkle Ringsystem um Uranus. Anders als Jupiter und Saturn zeigt der Planet selbst keine Oberflächendetails wie »Hot Spots« (Sturmflecke) oder Wolkenbänder.
Theoretisch könnte sich diese seltsame Ruhe der Wetter durch eine nur sehr schwache Wärmequelle im Innern des Gasriesen erklären. Weil der dunkle Pol des Planeten wärmer ist als der, den die Sonne (zum Zeitpunkt der Messungen) bestrahlte, könnte außerdem der sehr langsame Wärme- und Kälteaustausch das ausgeglichene Atmosphärenwetter erklären.
Ausgeprägte Jahreszeiten trotz großer Entfernung zur Sonne
Der südliche »Collar« (Reif, Kragen) ist ein helles und zugleich das größte Merkmal der südlichen Oberfläche dieses Planeten des Sonnensystems. Auch die helle Polkappe der südlichen Hemisphäre ist ein typisches Merkmal des Uranus. Dagegen erscheinen die Regionen oberhalb des 45ten südlichen Breitengrades einheitlich dunkel. Diese einzigartige Gestalt lässt den Planeten asymmetrisch wirken. Bei der Annäherung seiner Umlaufbahn an das »Äquinoktium« (Tagundnachtgleiche) entdeckte das »Hubble-Weltraumteleskop« eine verstärkte Aktivität in den Oberflächenstrukturen, zum Beispiel die für andere Gasriesen typischen Bänderausprägungen. Offensichtlich genügt das wenige an Sonnenlicht (4/100 ihrer Wärme, die auf der Erde eintrifft), um auf Uranus ausgeprägte Jahreszeiten zu verursachen.
Entstehung der blau-grünen Erscheinung
Typisch für Gasriesen ist unter anderem ihre enorme Größe, der eine sehr geringe Dichte gegenüber steht. Obwohl Uranus an Größe nur von den Planeten des Sonnensystems Jupiter und Saturn übertroffen wird, ist er leichter als Neptun. Modelle zeigen den Gasriesen als flüssigen Planeten unter einer Gashülle. Weil die oberen Wolkenschichten des Uranus von einer Schicht aus Methangas umgeben sind, wird der Rotanteil des Sonnenlichts absorbiert. Der Blauanteil passiert ungehindert und vermittelt Erdbeobachtern den fernen Uranus in mattem Blaugrün.
Besonderheit der Uranus-Achse
Die Achse dieses kalten Planeten des Sonnensystems neigt sich mit 97,77° so stark, dass er sich »retrograd« (rückläufig) um sich selbst bewegt. So scheint es auch als würde Uranus auf seiner Umlaufbahn um die Sonne rollen. Aufgrund dieser Besonderheit kennt Uranus einen Polartag und eine Polarnacht, die in Polnähe bis zu ½ Uranusjahr (42 Erdenjahre) dauern kann. Hypothesen über diesen »Rückwärtsgang« vermuten eine Kollision mit einem der Protoplaneten während der Zeit der Planetenbildung.
Das Ringsystem des Uranus
Schon Kuiper dachte sich, dass eine Teleskopbeobachtung von über den Wolken Rätsel um die Planeten des Sonnensystems besser entschlüsseln könnte. Nach seiner Idee ging 1974 das »Kuiper Airborne Observatory«, ein Cassegrain-Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von stolzen 91,5 cm, in einem Militärtransporter auf Forschungsreise über den irdischen Wolken, doch nicht außerhalb unserer Schwerkraft.
3 Jahre später wurde um Uranus durch Zufall etwas beobachtet, das die Wissenschaftler für ein – wenn auch sehr dunkles – Ringsystem hielten. Bewiesen wurde diese Schlussfolgerung bei einer Sondenpassage vor Uranus 1986.
Wie ein Reif um einen »Bauch«, so liegen sehr dicht um die Äquatorebene dieses Planeten des Sonnensystems dunkle Brocken von höchstens 10 m Durchmesser. Doch auch etwas, das man Schwarzen Sand nennen könnte, also besonders feine Staubringe, umgeben Uranus meist innerhalb der »Roche-Grenze«.
Mit den berühmten und besungenen Saturnringen kann der Staub um Uranus nicht mithalten. Erstens »erglühen« die Partikel wegen ihrer dunklen Struktur nicht, zweitens sind es viel weniger Ringe mit großen Lücken dazwischen. Allerdings halten auch hier sogenannte »Schäfermonde« (Cordelia, Ophelia) des Uranus das Ringsystem stabil.
Wegen des dunklen Zustandes können von der Erde aus die Partikelstrukturen um diesen Planeten des Sonnensystems nicht oder nur mit den oben beschriebenen Hochleistungsteleskopen aufgespürt werden. Bis vor 6 Jahren wurden 13 solcher Ringe um Uranus entdeckt. 2 von ihnen liegen weit weg vom übrigen Ringsystem und sind viel breiter.
Der größte Ring des so genannten »äußeren Ringsystems« ist doppelt so weit vom Planeten entfernt wie alle bis dahin entdeckten. Mutmaßlich stammt einiges Material ebenso wie die um Jupiter untersuchten Partikel von den dazwischen liegenden Monden, eventuell als abgeschlagenes Material aus Kollisionen.
Erforschung des Planeten Uranus
In der nächsten Umgebung unserer Erde wimmelt es von zukünftigen Weltraummissionen, vor allem zu den terrestrischen Planeten des Sonnensystems. Die Gasriesen werden zwar fast ebenso intensiv beobachtet, jedoch nur von wenigen Sonden um- und angeflogen. Spannender als die »Jovianer« selbst zeigte sich dabei das Umfeld aus unterschiedlich hellen Ringen und zahlreichen Monden. Bei der bisherigen und geplanten Planetenforschung bildet Uranus ein Schlusslicht. Dass seine Besonderheiten bisher unterschätzt wurden, bewiesen Einzelstudien hierbei erst vor wenigen Jahren.
Die Aufzeichnungen aus dem 18. Jahrhundert schienen von Irrtümern geprägt zu sein. So beschrieb beispielsweise W. Herschel einen Ring um jenen fernen Planeten des Sonnensystems. Die späteren Astronomen gingen von einer optischen Täuschung aus. Wieso sollte seine Planetenforschung mit solch primitiven Anfängerteleskopen mehr gesehen haben, als es ihnen zugänglich war? 1977 wurden die Ringe des Uranus neu entdeckt. Doch sie waren so dunkel, dass sie unmöglich Herschel gesehen haben konnte!
Neue Erkenntnisse zum Ringsystem
Erst 2007 veröffentlichte der Brite Stuart Eves eine Studie, in der er belegte, dass sich die Ringsysteme aller jovianischen Planeten des Sonnensystems in den letzten Jahrhunderten verändert hatten. Was seine früheren Wissenschaftskollegen als fehlerhafte Planetenforschung abtaten und nicht weiter verfolgten, stimmte also doch. Zu Herschels Zeiten waren die Ringe um Uranus mutmaßlich wesentlich heller, somit auch für einfache Teleskope gut sichtbar. Größe, Lage und farbliches Erscheinungsbild hatte der verkannte Astronom exakt beschrieben.
Raumsonde »Voyager 2« und Zukunftspläne
Seit dem Sommer 1977 war die Raumsonde »Voyager 2« zu allen äußeren Planeten des Sonnensystems unterwegs. Auf ihrer Mission zur Planetenforschung erreichte sie hierbei Anfang 1986 den Uranus und sandte die einzigen bisher von ihm vorhandenen Fotografien und Messdaten an die Erde. Während vorher kaum etwas mehr als sein jovianischer Zustand bekannt war, wissen die Astronomen seit damals etwas mehr über die Monde, die Ringe und das ungewöhnliche, verwirbelte Magnetfeld des Uranus.
Geplant ist von den USA nur eine einzige weitere Uranusmission, diese allerdings erst für das Startjahr 2020. Würde die Mission umgesetzt, erreicht die Sonde den Planeten 2033. Hierbei soll eine Atmosphärenkapsel über dem Planeten des Sonnensystems abgeworfen werden und sowohl die Oberfläche, nach Möglichkeit die Beschaffenheit unter der Gashülle sowie einige der Monde untersuchen. Bis es soweit ist, steht der Planetenforschung nur wenig anderes als das bisherige Daten- und Fotomaterial vom Gasriesen Uranus zur Verfügung.
Dunkel und leicht – die Monde des Uranus
Das Mondsystem um diesen Planeten des Sonnensystems ist so massearm wie um keinen anderen Gasriesen. Auch sind die Monde recht dunkel und bewegen sich – teilweise – chaotisch, einige sogar auf hypothetischem Kollisionskurs zueinander. Retrograde Monde (auf entgegengesetzter Umlaufbahn) gibt es hier ebenso wie um die anderen jovianischen Planeten. Diese »Rückläufer« umrunden Uranus in großem Abstand, stark exzentrisch und sind eingefangene Asteroiden aus noch weiterem Planetenabstand. Nach heutigem Stand besitzt der Uranus 27 Monde.
Miranda – der innerste der fünf größten Uranusmonde
Der strukturreichste natürliche Satellit des siebten Planeten des Sonnensystems ist Miranda. Die Mondoberfläche ist von 20 km tiefen Canyons und Verwerfungen zerklüftet, besteht aus Steinterrassen und weiteren chaotischen Oberflächenstrukturen. Dieser Mond ist weder ein »Schäfermond« der Ringe des Uranus, noch bewegt er sich innerhalb des dunklen Ringsystems. Miranda ist der innerste der fünf größten Uranusmonde und wurde erst 1948 entdeckt. Die Namen der anderen Uranusmonde lauten Ariel, Umbriel, Titania und Oberon.
Nah über der Wolkenobergrenze, nur 104.300 km entfernt, umkreist Miranda seinen Planeten des Sonnensystems nahezu kreisförmig. Nach der Kollisionstheorie entstand die Struktur dieses Mondes durch Zerbersten bei mindestens einer, möglicherweise mehreren Kollisionen mit anderen Himmelskörpern. Die Schwerkraft half den Fragmenten, sich wieder zusammenzufügen. Bewiesen wurde die Theorie bisher nicht, so dass auch ein Zerbersten durch die Gezeitenkräfte des Uranus als Ursache denkbar wäre.
Nach der Bahnresonanztheorie bewegte sich Miranda einst um den Planeten des Sonnensystems exzentrisch zwischen seinen Einflusskräften sowie denen der Monde Ariel und Umbriel. Durch diesen Einfluss von verschiedenen Seiten wurden tektonische Prozesse im Mondinneren angeregt. Nach einer Weile gelang eine Veränderung der Bahn aus dem Einflussbereich mindestens eines der Monde, so dass die Aktivitäten des Mondmaterials sich wieder beruhigten. Zeugnisse für die Folgen beider hypothetischen Ereignisse sind die ovale Mondform und die Schrunde und Formen der Oberfläche, die während einiger Vorbeiflüge am Uranus auf Fotografien festgehalten wurden.