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Planeten: Neptuns Geheimnisse

Forscher haben geklärt, wie schnell der äußerste Planet unseres Sonnensystems rotiert. Ein paar Geheimnisse bleiben Neptun allerdings.
Der Neptun
In der kommenden Woche wird Neptun einmal um die Sonne gelaufen sein, seit irdische Astronomen ihn – vor 165 Jahren – entdeckt haben. Und noch immer ist der blaue, am weitesten von der Sonne entfernte Planet des Sonnensystems einer der größten Unbekannten unserer Nachbarschaft. Immerhin wissen wir nach all den Jahren jetzt seit neuestem, wie lange ein Tag auf Neptun dauert: Nicht rund 16 Stunden und 6 Minuten sind es, wie es zuvor lange hieß, sondern exakt 15 Stunden, 57 Minuten und 59 Sekunden hat Planetologe Erich Karkoschka von der University of Arizona in Tucson jetzt gestoppt.

Die Tageslänge von Mars, Merkur oder eines anderen Gesteinsplaneten zu bestimmen, ist eine leichte Übung: Man beobachtet schlicht eine gut erkennbare Struktur auf der Oberfläche und analysiert ihre Wanderung anhand von Fotoserien oder Radaraufnahmen. Neptun aber besteht größtenteils aus dichten Wolkenschichten und präsentiert keine feste Oberfläche. Zu sehen sind vor allem Stürme, deren durchaus wahrnehmbare Bewegung sich zum Teil aus der Planetenrotation speist, zum Teil aber eben auch von den Wetterfronten vor Ort beeinflusst wird. Bis zuletzt beruhte die genaueste Schätzung der Neptuntaglänge auf den Radiosignalmessungen, die Voyager 2 durchgeführt hat, als die Nasa-Sonde 1989 am Gasriesen vorbeiflog. Man vermutet nach ähnlichen Messungen am Saturn allerdings mittlerweile, das auf diese Weise die Planetenrotation doch nicht exakt bestimmt werden kann.

Karkoschka fing also noch einmal ganz von vorne an. Beim Stöbern in alten Neptun-Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskopes fielen ihm dabei zwei Wolkenstörungszonen auf – das so genannte "South Polar Feature" und die "South Polar Wave" – die offenbar an irgendetwas unter den Wolken festgezurrt zu sein schienen; womöglich an einem Hot Spot auf dem festen Planetenkern.

Planet Neptun im August 1989
Planet Neptun im August 1989 | Die US-Raumsonde Voyager 2 machte dieses Porträt des äußersten Planeten Neptun im August 1989 beim Anflug auf den Gasriesen. Die schöne blaue Farbe entsteht bei der Absorption des Sonnenlichts durch Methan in der Atmosphäre. Sehr deutlich sind Wolkenbänder in der aktiven Gashülle zu erkennen. Der "Große Dunkle Fleck" am rechten Rand des Planeten war nur für einige Monate auf Neptun sichtbar.
"Am Besten vergleicht man das vielleicht mit Wolken, die über Bergketten hinwegziehen", erklärt Karkoschka: "Die einzelnen Wolken bewegen sich, nur sie allein zu beobachten verrät aber nichts über die Rotation. Die zu Grunde liegende Gesamtstruktur bleibt allerdings stabil." Und so gelang es Karkoschka, die Planetentaglänge auf eine Genauigkeit von 0,0002 Stunden zu bestimmen, indem er in mühevoller Kleinstarbeit die Lage der beiden Strukturen auf 500 Hubble-Bildern aus zwei Jahrzehnten exakt nachverfolgt hat. Sogar die Taglänge von Saturn kenne man nicht derart genau, ergänzt der Astronom, obwohl dort ja sogar die Cassini-Sonde dauerhaft im Orbit kreist.

Es ist mehr als nur interessant, die Länge des Tages eines Planeten derart exakt zu kennen – tatsächlich lässt sich das Wissen auch ganz praktisch nutzen. Es dürfte etwa helfen, die Modelle über das Innenleben von Neptun zu präzisieren, meint Karkoschka. So könne man etwa die Massenverteilung im Inneren eines Planeten anhand der Rotationsgeschwindigkeit bestimmen. Dass Teile von Neptuns Atmosphäre mit seinem festen Inneren derart verzahnt sind, ist genauso spannend: "So etwas haben wir noch auf keinem anderen der vier großen Gasplaneten beobachtet."

Planetenpuzzle

Neptun bleibt aber in vielerlei Hinsicht geheimnisvoll. Tatsächlich stellt sich durch Karkoschkas Studie sogar ein ganz neues Rätsel: Welcher Quelle entströmt eigentlich die Hitze, die für die permanente Wolkenformation über ihr sorgt?

Unklar sei aber auch, ergänzt Sushil Atreya von der University of Michigan in Ann Arbor, wieso Neptun ein Magnetfeld besitzt. Die Felder von Jupiter und Saturn entstünden wahrscheinlich in Folge von Bewegungen metallischer Wasserstoffatome, die im Inneren der Gasplaneten unter einem Druck entstehen, der den Druck im Erdinneren um das Millionenfache übersteigt. Neptun ist allerdings kleiner als Saturn oder Jupiter, der Druck in seinem Inneren ist niedriger: "Unwahrscheinlich, dass in seinem Inneren Metallionen entstehen", erklärt Atreya.

Und dann wäre noch die Frage, warum Neptun überhaupt existiert. Der Planet ist etwa 30 Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. So weit draußen war der solare Urnebel, aus dem sich der Theorie nach alle Planeten gebildet haben, sicher recht ausgedünnt. Neptun muss also näher an der Sonne entstanden sein, erklärt Francis Nimmo von der University of California in Santa Cruz, dort, wo der Urnebel dicht war, um dann erst nach außen zu wandern. Planeten mit der Masse Neptuns wandern in anderen Planetensystemen, die man bisher beobachtet hat, aber oft von außen nach innen statt umgekehrt, so Nimmo.

Um die Laufbahn solcher "heißen Neptune" in anderen Planetensysteme besser verstehen zu können, sollten wir zunächst einmal versuchen zu klären, warum unsere eigenen Riesenplaneten im Sonnensystem so weit draußen geendet sind, findet Atreya. "Neptuns Geheimnis hängt sicher eng mit den Hunderten von auf den ersten Blick neptunähnlichen Planeten da draußen zusammen", denkt der Exoplanetenjäger Geoffrey Marcy von der University of California in Berkeley. Am besten gelöst werden könnten die Rätsel des Gasriesen wahrscheinlich mit einer Sonde, die irgendwann in der Zukunft einmal den Orbit um Neptun einschwenken oder sogar in seine Wolkenschichten eintauchen wird, ergänzt Atreya. Vorzugsweise sollte sie allerdings starten, bevor Neptun seine nächste Sonnenrunde vollendet.

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