Warum Uranus und Neptun unterschiedlich gefärbt sind

Eigentlich sind sich Uranus und Neptun, die beiden äußeren Planeten des Sonnensystems, ziemlich ähnlich. Die als “Eisriesen” bekannten Planeten haben ähnliche Massen (14,5 zu 17 Erdmassen), Größen (51.000 zu 49.000 km am Äquator) und atmosphärische Zusammensetzungen (Wasserstoff um 80%, Helium um 15%, Methan etwa 2%) – und doch unterscheiden sie sich in ihrem Erscheinungsbild deutlich. Im sichtbaren Wellenlängenbereich hat Neptun einen satten, tiefblauen Farbton, während Uranus einen deutlich blasseren Cyan-Ton aufweist. Astronomen haben nun eine Erklärung für die unterschiedlichen Farben der beiden Planeten gefunden und veröffentlicht.

Die Forscher verweisen dazu auf Schichten aus konzentriertem Dunst, die von der Sonneneinstrahlung erzeugt werden und das eingestrahlte Licht reflektieren, den Planeten also optisch aufhellen. Sie sind offenbar auf beiden Planeten vorhanden. Auf Uranus ist die mittlere Schicht allerdings etwa doppelt so dick wie auf Neptun. Daher hellt sie das Erscheinungsbild von Uranus stärker auf. Gäbe es keinen Dunst in den Atmosphären von Neptun und Uranus, würden beide fast gleich blau erscheinen, da das blaue Licht vor allem vom Methan in ihren Atmosphären gestreut wird.

Diese Schlussfolgerung ergibt sich aus einem Modell, das ein internationales Team unter der Leitung von Patrick Irwin, Professor für Planetenphysik an der Universität Oxford, zur Beschreibung der Aerosolschichten in den Atmosphären von Neptun und Uranus entwickelt hat. Es besteht aus mehreren Atmosphärenschichten und stimmt mit den Beobachtungen beider Planeten in einem breiten Spektrum von Wellenlängen überein. Das neue Modell enthält auch Dunstpartikel in tieferen Schichten, von denen man bisher annahm, dass sie nur Wolken aus Methan- und Schwefelwasserstoff-Eis enthalten.

Die höhere Lichtdurchlässigkeit der mittleren Aerosol-Schicht des Neptun erklärt zudem, warum dunkle Flecken in seiner Atmosphäre leichter zu beobachten sind als in der des Uranus. “Dies ist das erste Modell, das gleichzeitig die Beobachtungen des reflektierten Sonnenlichts von ultravioletten bis zu nahen infraroten Wellenlängen abbildet”, erklärt Irwin, der Hauptautor der Studie. “Es ist auch das erste Modell, das den Unterschied in der sichtbaren Farbe zwischen Uranus und Neptun erklärt.”

Das Modell des Teams besteht aus drei Schichten von Aerosolen in unterschiedlichen Höhen. Die wichtigste Schicht, die sich auf die Farben auswirkt, ist die mittlere Schicht, eine Schicht aus Dunstpartikeln (in der Studie als Aerosol-2-Schicht bezeichnet), die auf Uranus dicker ist als auf Neptun. Das Team vermutet, dass auf beiden Planeten Methaneis an den Partikeln in dieser Schicht kondensiert und die Dunstpartikel in Form eines Methanschneeregens tiefer in die Atmosphäre zieht. Da die Atmosphäre des Neptun aktiver und turbulenter ist als die des Uranus, geht das Team davon aus, dass die Atmosphäre des Neptun die Methanpartikel effizienter in die Dunstschicht aufwirbelt und diesen Schnee produziert. Dadurch wird ein größerer Teil des Dunstes entfernt, und die Dunstschicht des Neptun ist dünner als die des Uranus, was dazu führt, dass die blaue Farbe des Neptun stärker erscheint.

Dieses Diagramm zeigt drei Schichten von Aerosolen in den Atmosphären von Uranus und Neptun, wie sie von einem Team von Wissenschaftlern modelliert wurden. Die Höhenskala im Diagramm stellt den Druck über 10 bar dar. (Bild: Internationales Gemini-Observatorium / NOIRLab / NSF / AURA, J. da Silva / NASA / JPL-Caltech / B. Jónsson)

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.