URANUS (PLANET): EIGENSCHAFTEN, ZUSAMMENSETZUNG, UMLAUFBAHN, BEWEGUNG - ARTE - 2025

Uranus ist der siebte Planet im Sonnensystem und gehört zur Gruppe der äußeren Planeten. Jenseits der Saturnbahn ist Uranus unter sehr seltenen Bedingungen mit bloßem Auge kaum sichtbar, und Sie müssen wissen, wo Sie suchen müssen.

Aus diesem Grund war Uranus für die Alten praktisch unsichtbar, bis der Astronom William Herschel ihn 1781 mit einem von ihm gebauten Teleskop entdeckte. Der winzige blaugrüne Punkt war nicht genau das, wonach der Astronom suchte. Was Herschel wollte, war die Erkennung der Sternparallaxe, die durch die Translationsbewegung der Erde verursacht wurde.

Abbildung 1. Der Planet Uranus, 14,5-mal so massereich wie die Erde. Quelle: Pixabay.

Dazu musste er einen entfernten Stern (und einen nahe gelegenen) lokalisieren und beobachten, wie sie von zwei verschiedenen Orten aus aussahen. Doch eines Frühlingsabends im Jahr 1781 entdeckte Herschel einen kleinen Fleck, der etwas heller zu leuchten schien als die anderen.

Es dauerte nicht lange, bis er und die anderen Astronomen davon überzeugt waren, dass es sich um einen neuen Planeten handelte, und Herschel wurde schnell berühmt dafür, das bekannte Universum zu vergrößern und die Anzahl der Planeten zu erhöhen.

Der neue Planet erhielt seinen Namen nicht sofort, weil Herschel sich weigerte, eine griechische oder römische Gottheit zu verwenden, und ihn stattdessen Georgium Sidu oder "Star of George" zu Ehren des damaligen englischen Monarchen George III nannte.

Natürlich gefiel diese Option einigen auf dem europäischen Kontinent nicht, aber die Frage wurde geklärt, als der deutsche Astronom Johannes Elert Bode den Namen Uranus, Gott des Himmels und Ehemann von Gaea, Mutter Erde, vorschlug.

Nach antiken griechischen und römischen Mythologien war Uranus der Vater des Saturn (Cronus), der wiederum der Vater des Jupiter (Zeus) war. Die wissenschaftliche Gemeinschaft akzeptierte diesen Namen schließlich, außer in England, wo der Planet zumindest bis 1850 weiterhin "George's Star" genannt wurde.

Allgemeine Eigenschaften von Uranus

Uranus gehört zur Gruppe der äußeren Planeten des Sonnensystems und ist nach Saturn und Jupiter der dritte Planet. Zusammen mit Neptun ist es ein Eisriese, da seine Zusammensetzung und viele seiner Eigenschaften ihn von den beiden anderen Riesen Jupiter und Saturn unterscheiden.

Während Jupiter und Saturn von Wasserstoff und Helium dominiert werden, enthalten eisige Riesen wie Uranus schwerere Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel.

Natürlich hat Uranus auch Wasserstoff und Helium, aber hauptsächlich in seiner Atmosphäre. Und es enthält auch Eis, obwohl nicht alle aus Wasser bestehen: Es gibt Ammoniak, Methan und andere Verbindungen.

Aber auf jeden Fall ist Uranus 'Atmosphäre eine der kältesten im Sonnensystem. Die Temperaturen dort können -224 ºC erreichen.

Obwohl die Bilder eine entfernte und mysteriöse blaue Scheibe zeigen, gibt es viele weitere auffällige Merkmale. Eine davon ist genau die blaue Farbe, die auf Methan in der Atmosphäre zurückzuführen ist, das rotes Licht absorbiert und blau reflektiert.

Uranus erscheint in seiner Atmosphäre durch Methangas blau, das rotes Licht absorbiert und blaues Licht reflektiert.

Zusätzlich hat Uranus:

- Eigenes Magnetfeld mit asymmetrischer Anordnung.

-Viele Monde.

- Ein Ringsystem, das schwächer ist als das des Saturn.

Am auffälligsten ist jedoch auf jeden Fall die rückläufige Rotation auf einer vollständig geneigten Rotationsachse, so dass sich die Pole des Uranus dort befinden, wo sich der Äquator der anderen befindet, als würde er sich seitwärts drehen.

Abbildung 2. Neigung der Rotationsachse von Uranus. Quelle: NASA.

Übrigens ist Uranus entgegen Abbildung 1 kein friedlicher oder eintöniger Planet. Die Voyager, die Sonde, die die Bilder erhielt, passierte zufällig während einer seltenen Periode milden Wetters.

Die folgende Abbildung zeigt die Neigung der Uranusachse bei 98 ° in einem globalen Vergleich zwischen allen Planeten. Auf Uranus sind es die Pole, die die meiste Wärme von der fernen Sonne erhalten, und nicht der Äquator.

Abbildung 3. Die Rotationsachsen der Planeten des Sonnensystems. Quelle: NASA.

Zusammenfassung der wichtigsten physikalischen Eigenschaften des Planeten

-Masse: 8,69 x 10 ²⁵ kg.

-Radio: 2,5362 x 10 ⁴ km

-Form: abgeflacht.

- Durchschnittliche Entfernung zur Sonne: 2,87 x 10 ⁹ km

- Neigung der Umlaufbahn : 0,77º in Bezug auf die Ebene der Ekliptik.

-Temperatur: zwischen -220 und -205,2 ºC ungefähr.

-Gravitation: 8,69 m / s ²

- Eigenes Magnetfeld: Ja.

-Atmosphäre: Ja, Wasserstoff und Helium

-Dichte: 1290 kg / m ³

-Satelliten: 27 mit bisheriger Bezeichnung.

-Ringe: Ja, ungefähr 13 wurden bisher entdeckt.

Übersetzungsbewegung

Uranus dreht sich wie die großen Planeten majestätisch um die Sonne und benötigt ungefähr 84 Jahre, um eine Umlaufbahn zu vollenden.

Abbildung 4. Umlaufbahn des Uranus (in Rot) um die Sonne. Quelle: Wikimedia Commons. Originalsimulation = Todd K. Timberlake Autor von Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Die Umlaufbahn von Uranus ist merklich elliptisch und zeigte zunächst einige Abweichungen von der Umlaufbahn, die 1783 vom großen Mathematiker Pierre de Laplace aus den Gesetzen von Newton und Kepler berechnet wurde.

Einige Zeit später, 1841, schlug der englische Astronom John Couch Adams zu Recht vor, dass diese Diskrepanzen auf Störungen zurückzuführen sein könnten, die durch einen anderen noch unsichtbaren Planeten verursacht wurden.

1846 verfeinerte der französische Mathematiker Urbain Le Verrier die Berechnungen der möglichen Umlaufbahn des unbekannten Planeten und gab sie dem deutschen Astronomen Johann Gottfried Galle in Berlin. Neptun erschien sofort zum ersten Mal in seinem Teleskop an der vom französischen Wissenschaftler angegebenen Stelle.

Abbildung 5. Links Sir William Herschel (1738-1822) und rechts Urbain Le Verrier (1811-1877). Quelle: Wikimedia Commons.

Wann und wie man Uranus beobachtet

Uranus ist mit bloßem Auge schwer zu sehen, weil er so weit von der Erde entfernt ist. Es hat kaum eine Stärke von 6, wenn es am hellsten ist, und einen Durchmesser von 4 Bogensekunden (Jupiter ist ungefähr 47º, wenn es am besten gesehen wird).

Bei sehr klarem, dunklem Himmel, ohne künstliches Licht und wenn Sie im Voraus wissen, wo Sie suchen müssen, können Sie es möglicherweise mit bloßem Auge sehen.

Astronomie-Fans können es jedoch mithilfe von Himmelskarten im Internet und einem Instrument, das sogar ein Fernglas von guter Qualität sein kann, lokalisieren. Es wird immer noch wie ein blauer Punkt ohne viele Details aussehen.

Abbildung 6. Uranus kann mit Hilfe des Teleskops und der Himmelskarten als kleiner blauer Punkt gesehen werden. Quelle: Pexels.

Um die 5 Hauptmonde des Uranus zu sehen, ist ein großes Teleskop erforderlich. Die Details des Planeten konnten mit einem Teleskop von mindestens 200 mm beobachtet werden. Kleinere Instrumente zeigen nur eine winzige grünlich-blaue Scheibe, aber es lohnt sich, sie zu sehen, da man weiß, dass sie so weit entfernt so viele Wunder verbirgt.

Die Ringe des Uranus

1977 ging Uranus vor einem Stern vorbei und versteckte ihn. Während dieser Zeit blinzelte der Stern einige Male vor und nach dem Verbergen. Das Flackern wurde durch das Passieren der Ringe verursacht und auf diese Weise entdeckten drei Astronomen, dass Uranus ein System von 9 Ringen in der Ebene des Äquators hatte.

Alle äußeren Planeten haben ein Ringsystem, obwohl keiner die Schönheit der Ringe des Saturn übertrifft, sind die des Uranus dennoch sehr interessant.

Die Voyager 2-Sonde fand noch mehr Ringe und erzielte hervorragende Bilder. Im Jahr 2005 entdeckte das Hubble-Weltraumteleskop zwei weitere Außenringe.

Die Materie, aus der die Ringe von Uranus bestehen, ist dunkel, möglicherweise Gesteine ​​mit hohem Kohlenstoffgehalt, und nur die äußersten Ringe sind staubreich.

Die Ringe werden dank der Hirtensatelliten von Uranus in Form gehalten, deren Gravitationswirkung ihre Form bestimmt. Sie sind auch sehr dünn, so dass die Satelliten, die sie grasen, ziemlich kleine Monde sind.

Das Ringsystem ist eine ziemlich zerbrechliche und nicht sehr haltbare Struktur, zumindest aus astronomischer Sicht.

Die Partikel, aus denen die Ringe bestehen, kollidieren kontinuierlich, die Reibung mit der Atmosphäre von Uranus zerquetscht sie und auch die konstante Sonnenstrahlung verschlechtert sie.

Daher hängt die Persistenz der Ringe von neuem Material ab, das sie erreicht und aus der Fragmentierung von Satelliten durch Einschläge mit Asteroiden und Kometen stammt. Wie bei den Ringen des Saturn glauben Astronomen, dass sie neu sind und dass ihr Ursprung genau in diesen Kollisionen liegt.

Abbildung 7. Zwischen den Ringen des Uranus und den Hirtensatelliten besteht eine sehr enge Beziehung. Dies ist auf Planeten mit Ringsystemen üblich. Quelle: Wikimedia Commons. Trassiorf / gemeinfrei.

Drehbewegung

Unter allen Merkmalen von Uranus ist dies das Erstaunlichste, da dieser Planet eine rückläufige Rotation aufweist. Das heißt, es dreht sich schnell in die entgegengesetzte Richtung wie die anderen Planeten (außer Venus) und benötigt etwas mehr als 17 Stunden, um eine Umdrehung durchzuführen. Diese Geschwindigkeit steht im Gegensatz zum Maß des Uranus, der seine Umlaufbahn zurücklegt.

Darüber hinaus ist die Rotationsachse so geneigt, dass sich der Planet flach zu drehen scheint, wie in der Animation in Abbildung 2 zu sehen ist. Planetenwissenschaftler glauben, dass ein kolossaler Aufprall die Rotationsachse des Planeten in seine aktuelle Position verschoben hat.

Abbildung 8. Die retrograde Drehung und Neigung der Uranus-Achse ist auf einen kolossalen Aufprall zurückzuführen, der vor Millionen von Jahren aufgetreten ist. Quelle: NASA.

Die Jahreszeiten auf Uranus

Aufgrund dieser besonderen Neigung sind die Jahreszeiten auf Uranus wirklich extrem und führen zu großen klimatischen Schwankungen.

Während einer Sonnenwende zeigt beispielsweise einer der Pole direkt auf die Sonne, während der andere auf den Weltraum zeigt. Ein Reisender auf der beleuchteten Seite würde beobachten, dass die Sonne 21 Jahre lang weder aufgeht noch untergeht, während der gegenüberliegende Pol in Dunkelheit getaucht ist.

Im Gegenteil, bei einem Äquinoktium befindet sich die Sonne am Äquator des Planeten und geht dann den ganzen Tag über auf und unter, was ungefähr 17 Stunden dauert.

Dank der Voyager 2-Sonde ist bekannt, dass die südliche Hemisphäre von Uranus derzeit in Richtung Winter geht, während der Norden in Richtung Sommer geht, der 2028 stattfinden wird.

Abbildung 9. Saisonale Variation von Uranus durch einen hypothetischen Reisenden. Quelle: Seeds, M. Sonnensystem.

Da Uranus 84 Jahre braucht, um die Sonne zu umkreisen und so weit von der Erde entfernt ist, sind viele der klimatischen Schwankungen des Planeten noch unbekannt. Die meisten verfügbaren Daten stammen aus der oben erwähnten Voyager-Mission von 1986 und Beobachtungen, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop gemacht wurden.

Komposition

Uranus ist kein Gasriese, sondern ein Eisriese. In dem Abschnitt, der den Eigenschaften gewidmet ist, wurde festgestellt, dass die Dichte von Uranus, obwohl sie niedriger als die von felsigen Planeten wie der Erde ist, größer ist als die von Saturn, der gut auf dem Wasser schwimmen könnte.

Tatsächlich ist ein Großteil von Jupiter und Saturn eher flüssig als gasförmig, aber Uranus und Neptun enthalten eine große Menge Eis, nicht nur Wasser, sondern auch andere Verbindungen.

Und da die Masse des Uranus geringer ist, werden die Drücke, die zur Bildung von flüssigem Wasserstoff führen, der für Jupiter und Saturn so charakteristisch ist, nicht in ihm erzeugt. Wenn sich Wasserstoff in diesem Zustand befindet, verhält er sich wie ein Metall, das die starken Magnetfelder dieser beiden Planeten verursacht.

Uranus hat auch ein eigenes Magnetfeld, von dem in Abbildung 12 ein Diagramm dargestellt ist, obwohl die Feldlinien seltsamerweise nicht wie im Fall der Erde durch ihren Mittelpunkt verlaufen, sondern an einem anderen von dort verschobenen Punkt zu entstehen scheinen.

In der Atmosphäre von Uranus gibt es also molekularen Wasserstoff und Helium mit einem geringen Prozentsatz an Methan, der für seine blaue Farbe verantwortlich ist, da diese Verbindung die Wellenlängen von Rot absorbiert.

Der Körper des Planeten als solcher besteht aus Eis, nicht nur Wasser, sondern auch Ammoniak und Methan.

Jetzt ist es an der Zeit, ein wichtiges Detail hervorzuheben: Wenn Planetenwissenschaftler von "Eis" sprechen, beziehen sie sich nicht auf das gefrorene Wasser, das wir in unsere Getränke geben, um sie zu kühlen.

Das "Eis" der gefrorenen Riesenplaneten steht unter großem Druck und hohen Temperaturen von mindestens mehreren tausend Grad, so dass es nichts mit dem zu tun hat, was in Kühlschränken aufbewahrt wird, außer der Zusammensetzung.

Diamanten auf Uranus

Ist es möglich, Diamanten aus Methan herzustellen? In Deutschland im Labor des Helmholtz Zentrums Dresden-Rossendorf durchgeführte Laboruntersuchungen zeigen, dass dies der Fall ist, solange ausreichende Druck- und Temperaturbedingungen vorliegen.

Und diese Bedingungen existieren in Uranus, so dass Computersimulationen zeigen, dass Methan CH ₄ unter Bildung anderer Verbindungen dissoziiert.

Der in Methanmolekülen vorhandene Kohlenstoff fällt aus und wird zu nichts weniger als Diamant. Während sie sich in Richtung des Inneren des Planeten bewegen, geben die Kristalle durch Reibung Wärme ab und sammeln sich im Kern des Planeten an (siehe nächster Abschnitt).

Es wird geschätzt, dass die so gebildeten Diamanten bis zu 200 kg erreichen könnten, obwohl es zumindest in naher Zukunft unwahrscheinlich ist, dass dies bestätigt wird.

Interne Struktur

In dem unten gezeigten Diagramm haben wir die Struktur von Uranus und seinen Schichten, deren Zusammensetzung im vorherigen Abschnitt kurz erwähnt wurde:

-Obere Atmosphäre.

- Die mittlere Schicht ist reich an molekularem Wasserstoff und Helium. Insgesamt beträgt die Dicke der Atmosphäre etwa 7.500 km.

-Der eisbasierte Mantel (von dem wir bereits wissen, dass er nicht wie gewöhnliches Eis auf der Erde ist) mit einer Dicke von 10.500 km.

- Ein felsiger Kern aus Eisen, Nickel und Silikaten mit einem Radius von 7.500 km.

Das "felsige" Material im Kern ist auch nicht wie die Gesteine ​​auf der Erde, weil im Herzen des Planeten der Druck und die Temperatur zu hoch sind, als dass diese "Gesteine" denen ähneln könnten, die wir kennen, aber zumindest die chemische Zusammensetzung es sollte nicht anders sein müssen.

Abbildung 10. Interne Struktur von Uranus. Quelle: Wikimedia Commons.

Natürliche Satelliten von Uranus

Uranus hat bisher 27 ausgewiesene Satelliten, benannt nach den Figuren in den Werken von William Shakespeare und Alexander Pope, dank John Herschel, dem Sohn von William Herschel, dem Entdecker des Planeten.

Es gibt 5 Hauptmonde, die durch Teleskopbeobachtung entdeckt wurden, aber keiner hat eine Atmosphäre, obwohl bekannt ist, dass sie gefrorenes Wasser haben. Alle von ihnen sind ziemlich klein, da ihre kombinierten Massen nicht die Hälfte der von Triton erreichen, einem der Monde von Neptun, dem Zwillingsplaneten von Uranus.

Das größte davon ist Titania, dessen Durchmesser 46% des Mondes beträgt, gefolgt von Oberon. Beide Satelliten wurden 1787 von William Herschel selbst entdeckt. Ariel und Umbriel wurden Mitte des 19. Jahrhunderts von William Lassell entdeckt, einem Amateurastronomen, der auch seine eigenen Teleskope baute.

Miranda, der fünftgrößte Mond des Uranus mit nur 14% des Monddurchmessers, wurde im 20. Jahrhundert von Gerard Kuiper entdeckt. Mit dem Namen dieses bemerkenswerten Astronomen wurde der Kuipergürtel übrigens auch auf engstem Raum des Sonnensystems getauft.

Abbildung 11. Die 5 Hauptmonde von Uranus, der Planet selbst und der kleine Mond Puck. Von links nach rechts Uranus in Blau, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania der Größte und Oberon. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Oberfläche von Miranda ist aufgrund möglicher Auswirkungen und ungewöhnlicher geologischer Aktivitäten extrem rau.

Die anderen Satelliten sind kleiner und aus Voyager 2 und dem Hubble-Weltraumteleskop bekannt. Diese Monde sind sehr dunkel, möglicherweise aufgrund zahlreicher Stöße, die Material auf der Oberfläche verdampften und darauf konzentrierten. Auch aufgrund der intensiven Strahlung, der sie ausgesetzt sind.

Die Namen einiger von ihnen und ihre Maßnahmen zur Aufrechterhaltung des Ringsystems sind in Abbildung 7 dargestellt.

Die Bewegung der Satelliten von Uranus wird von Gezeitenkräften bestimmt, ebenso wie das Erd-Mond-System. Auf diese Weise sind die Rotations- und Translationsperioden der Satelliten gleich und sie zeigen dem Planeten immer das gleiche Gesicht.

Magnetfeld

Uranus hat ein Magnetfeld mit ungefähr 75% der Intensität der Erde gemäß der Magnetometrie der Voyager 2-Sonde. Da das Innere des Planeten nicht die notwendigen Bedingungen zur Erzeugung von metallischem Wasserstoff erfüllt, glauben Wissenschaftler, dass es eine andere leitende Flüssigkeit gibt, die erzeugt das Feld.

Die folgende Abbildung zeigt die Magnetfelder der Jupiter-Planeten. Alle Felder ähneln in gewissem Maße denen eines Stabmagneten oder eines magnetischen Dipols im Zentrum, auch dem der Erde.

Aber der Dipol in Uranus ist weder in der Mitte noch der von Neptun, sondern in Richtung Südpol verschoben und im Fall von Uranus in Bezug auf die Rotationsachse bemerkenswert geneigt.

Figure 12. Magnetfeldschema für die Jupiter-Planeten. Das Feld des Uranus ist von der Mitte verschoben und die Achse bildet einen scharfen Winkel mit der Rotationsachse. Quelle: Seeds, M. Das Sonnensystem.

Wenn Uranus ein Magnetfeld erzeugt, muss dank einer sich bewegenden Flüssigkeit ein Dynamoeffekt auftreten. Experten glauben, dass es sich um ein Gewässer mit gelöstem Methan und Ammoniak handelt, das ziemlich tief ist.

Mit dem Druck und der Temperatur in Uranus wäre diese Flüssigkeit ein guter Stromleiter. Diese Qualität ist zusammen mit der schnellen Rotation des Planeten und der Übertragung von Wärme durch Konvektion Faktoren, die ein Magnetfeld erzeugen können.

Missionen an Uranus

Uranus ist extrem weit von der Erde entfernt, daher erfolgte die Erkundung zunächst nur durch das Teleskop. Glücklicherweise kam die Voyager-Sonde nahe genug heran, um wertvolle Informationen über diesen bis vor kurzem unbekannten Planeten zu sammeln.

Es wurde angenommen, dass die Cassini-Mission, die gestartet wurde, um Saturn zu studieren, Uranus erreichen könnte, aber als der Treibstoff ausgegangen war, ließen die Verantwortlichen für die Mission sie 2017 im Saturn verschwinden.

Die Sonde enthielt radioaktive Elemente, die, wenn sie in Titan, einen der Saturnmonde, eingeschlagen wäre, diese Welt kontaminieren könnten, die möglicherweise eine Art primitives Leben birgt.

Das Hubble-Weltraumteleskop bietet ebenfalls wichtige Informationen und enthüllte die Existenz neuer Ringe im Jahr 2005.

Nach der Voyager-Mission wurden einige Missionen vorgeschlagen, die nicht durchgeführt werden konnten, da die Erforschung des Mars und sogar des Jupiter für Weltraumagenturen auf der ganzen Welt als Priorität angesehen wird.

Voyager

Diese Mission bestand aus dem Start von zwei Sonden: Voyager 1 und Voyager 2. Im Prinzip wollten sie nur Jupiter und Saturn erreichen, aber nach dem Besuch dieser Planeten gingen die Sonden weiter zu den eisigen Planeten.

Voyager 2 erreichte Uranus 1986, und ein Großteil der Daten, die wir bisher haben, stammen von dieser Sonde.

Auf diese Weise wurden Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre und die Struktur der Schichten erhalten, zusätzliche Ringe entdeckt, die Hauptmonde des Uranus untersucht, 10 weitere Monde entdeckt und das Magnetfeld des Planeten gemessen.

Er schickte auch eine Vielzahl hochwertiger Bilder, sowohl des Planeten als auch der Oberflächen seiner Monde, voller Einschlagkrater.

Die Sonde ging dann in Richtung Neptun und betrat schließlich den interstellaren Raum.

Verweise

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2. Powell, M. Die Naked Eye-Planeten am Nachthimmel (und wie man sie identifiziert). Wiederhergestellt von: nakedeyeplanets.com.
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5. Wikipedia. Anneaux d'Uranus. Wiederhergestellt von: fr.wikipedia.org.
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