Der geplante Ausflug in den Kuipergürtel führt uns erst mal zu Neptun

Der achte Planet Neptun, er ist bereits rund 30 Mal weiter von der Sonne entfernt wie die Erde (30 AE), verdankt seine Entdeckung dem französischen Mathematiker Urbain Le Verrier. Er hatte sich eingehend mit dem siebten Planeten Uranus beschäftigt, als er bemerkte, dass dessen Bahn Unregelmäßigkeiten zeigte.

Diese sogenannten Bahnstörungen nahm sich dann Johann Gottfried Galle im Jahre 1846 zum Anlass, einmal nachzurechnen. Dabei kam heraus, dass es da draußen wohl noch einen Himmelskörper von ganz beachtlicher Masse geben müsse, um einen solchen gravierenden Einfluss auf den Uranus auszuüben.

Tatsächlich ist der Planet Neptun groß und schwer. Mit knapp 50.000 Kilometern Durchmesser und einem Volumen, das in etwa 80 Erden entspricht, gehört er gemeinsam mit Uranus der Untergruppe der Eisriesen an. Heute sind 14 Monde bekannt, die Neptun umkreisen, Triton ist mit circa 2.700 Kilometern Durchmesser der Größte von ihnen (zum Vergleich: Unser Mond bemisst sich auf 3.476 km).

Neptun ♆ mit seinem Dreizack war übrigens der römische Gott des Meeres sowie auch aller fließenden Gewässer.

Bild von Inactive_account_ID_249 auf Pixabay | Nicht nur ein Planet… Neptun war ein römischer Gott

Auf zu Neptun – dem Planeten Nr. 8 in unserem Sonnensystem

Mit bloßem Auge ist Neptun nicht erkennbar, doch mit einem Fernrohr oder Teleskop kann man ihn besonders im Herbst gut beobachten. Am 2. September 2016 stand Neptun in Opposition zur Erde (größtmögliche Annäherung), diese Position verlagert sich jedes Jahr um zwei Tage weiter nach hinten.

Neptun hat eine nahezu kreisförmige Umlaufbahn um die Sonne, wobei die Bahnebene weniger als zwei Grad gegen die Ekliptik geneigt ist. Doch so weit draußen braucht man nur noch eine geringe Bahngeschwindigkeit von circa 5,4 km/s, um der kleinen Anziehungskraft der Sonne ein bisschen Zentrifugalkraft entgegenzustellen. Da nimmt es nicht wunder, dass Neptun für einen Sonnenumlauf 165 Erdenjahre braucht.

Wer schon etwas über den Zwergplaneten Pluto gelesen hat, könnte auf die Idee kommen, dass dieser eines Tages mit Neptun zusammenstößt. Doch hier können wir Entwarnung geben. Plutos exzentrische Umlaufbahn ist gut 17 Grad gegen die Ekliptik geneigt mit der Folge, dass sich die Bahnen beider Planeten zwar in der Projektion, aber nicht im dreidimensionalen Raum schneiden.

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Da wird einem ja schwindelig

Die vier großen Gasriesen unseres Planetensystems weisen alle eine erstaunlich schnelle Rotation auf. So dreht sich auch Neptun in knapp 16 Stunden einmal um seine Achse. Daraus ergibt sich auch seine Abplattung von ungefähr 1,7 Prozent, die sich darin auswirkt, dass sein Poldurchmesser in etwa 850 km kleiner ist als sein Äquatordurchmesser.

Übrigens ist seine Rotationsachse um mehr als 28 Grad gegen die Senkrechte der Ekliptik geneigt (bei der Erde beträgt die Neigung circa 23,5 Grad). Wäre die Sonne nicht so furchtbar weit entfernt, würde dies zu deutlichen jahreszeitlichen Veränderungen führen, wobei der Sommer mindestens 50 Jahre währen würde.

Zwar ist Neptun kleiner als sein Nachbar Uranus, aber er ist schwerer. Mit einer mittleren Dichte von 1,64 g/cm³ (mittlere Dichte der Erde: 5,52 g/cm³) ist Neptun sogar der kompakteste Riesenplanet.

Bild von Comfreak auf Pixabay | So merken Sie sich übrigens die Reihenfolge der Planeten… 😉

Der innere Aufbau des Planeten

Beide Eisriesen, Uranus und Neptun, haben einen etwas größeren, festen Kern als beispielsweise Jupiter. Bei Neptun geht man von einem festen Kern aus, der bis zu 150 Prozent der Erdmasse ausmachen könnte. Ähnlich wie die Erde erreicht der Planet in seinem Zentrum Temperaturen um 7000 Grad bei einem Druck von mehreren Millionen bar.

Was wir in der Erde als „Mantel“ bezeichnen, ist auf Neptun sehr wahrscheinlich eine Mixtur aus Gestein, Wasser, Methan und Ammoniak. Es handelt sich dabei übrigens nicht um Eis, sondern um eine ziemlich heiße, dichte Suspension.

Seine „innere Hitze“ hat einen Grund, es muss im Zentrum eine mysteriöse Wärmequelle existieren, denn der Planet strahlt, ähnlich wie Jupiter und Saturn, fast die dreifache Energiemenge in den Weltraum ab, wie er von der Sonne empfängt. Der Wärmestrom der Erde wird jedenfalls im Wesentlichen durch den radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium in der Erdkruste erklärt.

Die oberen Gasschichten

Die oberen Schichten der Neptun-Atmosphäre setzen sich prozentual in etwa so zusammen:

  • Wasserstoff – 80
  • Helium – 19
  • Methan – 1,5

Die bläuliche Farbe des Planeten ist wie auch bei Uranus im Wesentlichen eine Folge des Methangehalts, weil dieses organische Molekül die Eigenschaft hat, die rötlichen Anteile des Spektrums fast vollständig zu absorbieren. Die oberen Schichten der Atmosphäre haben eine Mächtigkeit von bis zu 20 Prozent des Planetenradius, also fast 5.000 km. Würde man in diese Lufthülle so weit eintauchen, bis man von einem irdischen Druck um ein bar umgeben ist, herrscht dort eine Temperatur von nur -200 Grad Celsius.

Durch jahreszeitliche Schwankungen werden immerhin langperiodische Temperaturgänge um circa zehn Grad Celsius in Gang gesetzt. Taucht man noch tiefer in die Atmosphäre ein, steigt der Druck so stark an, dass das Gas in den flüssigen Aggregatzustand übertritt, man spricht in diesem Zusammenhang von einer Phasengrenze, die zugleich als Oberfläche (globaler Ozean) des Planeten angesehen werden kann.

Bild von WikiImages auf Pixabay | Neptun in der Nahansicht

Wettervorhersage mit Tücken

Im Jahre 1986 passierte die Raumsonde Voyager 2 zunächst Uranus und man sah: eigentlich nichts. Während Uranus erstaunlich strukturlos ist, konnte Neptun drei Jahre später mit wilden Wetterkapriolen glänzen. Besonders auffällig waren die extrem langen, hellen Wolkenbänder aus gefrorenem Methan, die gewiss in einem Zusammenhang mit der raschen Rotation des Planeten stehen. Trotz der rudimentär geringen Sonnenenergie, die Neptun noch bekommt, gibt es dort dynamische Stürme mit Windgeschwindigkeiten von mehr als 1.600 km/h. Hier werden höhere Geschwindigkeiten erreicht als beispielsweise auf Jupiter.

Jeder vernünftige Planet hat ein Magnetfeld

Neptuns Magnetfeld hat allerdings seine Besonderheiten. Offenbar verfügt er nur über eine dünne Sphäre metallischen, leitenden Materials, die nicht so ein starkes Dipolfeld, wie wir es auf der Erde kennen, sondern ein nur marginales Quadrupolfeld hervorbringt. Das bedeutet, dass es zwei magnetische Nord- und Südpole gibt, die sich von der Orientierung der Rotationsachse nicht sonderlich beeindrucken lassen.

Am Äquator beträgt die magnetische Feldstärke ungefähr 1.400 nT (nano-Tesla). Es ist sehr wohl denkbar, dass sich Neptuns Magnetfeld zurzeit gerade in einer Phase der Umpolung befindet. Auf der Erde findet das in einem gewissen Rhythmus mit typischen Perioden um 250.000 Jahre statt, wobei dann auch hier Quadrupolmomente und eine deutliche Feldabschwächung auftreten.

Zum Vergleich: An unserem irdischen Äquator beträgt das Magnetfeld in etwa 30.000 nT und der Jupiter ist mit 420.000 nT geradezu ein Supermagnet. Trotzdem ist Neptuns magnetisches Dipolmoment fast 30 Mal stärker als jenes der Erde, denn hierin fließt auch der Abstand zum Zentrum des Planeten ein, als würde man Neptuns Feld auf die Größe der Erde komprimieren.

Auch Neptun hat ein Ringsystem

Neptuns Ringe, die leicht azurblau schimmern, sind fein und dünn. Nur der äußere Adamsring zeichnet sich durch etwas ungewöhnliche Ringbögen aus. Die relativ dunklen Ringe enthalten neben helleren Klumpen viel mikroskopisch kleinen Staub, der wahrscheinlich von Einschlägen kleiner Meteoriten auf den Monden von Neptun herrührt. Entdeckt wurden die Ringe erst in den 1980er-Jahren durch Sternverdunkelungen.

Neptuns Monde und eine dramatische Entwicklung

Heute sind 14 Neptun-Monde bekannt, von denen Triton mit gut 2.700 km Durchmesser alle an Größe überragt. Einige Wissenschaftler vermuten, dass Triton einst dem Kuipergürtel angehörte und von Neptun eingefangen wurde. Gestützt wird diese Annahme dadurch, dass Triton, anders als alle anderen größeren Monde des Sonnensystems, retrograd umläuft, also der Rotation von Neptun entgegen. Langsam, aber sicher nähert sich Triton auf einer spiralförmigen Bahn dem Planeten Neptun immer näher an. Irgendwann wird Triton die „Rochesche Grenze“ erreichen und an dieser Stelle durch extrem starke Gezeitenkräfte auseinandergerissen werden.

Die vier Neptunmonde Despina, Galatea, Naiad und Thalassa umrunden den Planeten noch innerhalb des Ringsystems. Während der Jahre 2002 und 2003 wurden noch fünf „irreguläre“ Monde entdeckt. Zwei davon, nämlich Neso und Psamathe, vollführen erstaunlich weite Umlaufbahnen. Für eine einzige Planetenumrundung brauchen sie gleich 25 Jahre, denn sie sind von Neptun 125 Mal weiter weg als unser Mond von der Erde.

Mit den merkwürdigen Namen der Neptun-Monde hat es sehr wohl eine Bewandtnis. Selbstverständlich erhielten Neptuns Monde die Namen untergeordneter Meeresgötter. Aber jetzt machen wir uns endlich auf, weiter raus in den Kuipergürtel …

Beitragsbild: Bild von WikiImages auf Pixabay