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Uranus

Der Planet Uranus

Sein Abstand zur Sonne beträgt im Durchschnitt 2,9 Milliarden Kilometer. Das entspricht 19,8 astronomischen Einheiten. Das Licht der Sonne benötigt 2 Stunden und 40 Minuten, um den Uranus zu erreichen. Der siebente Planet des Sonnensystems umläuft die Sonne außerhalb des Asteroidengürtels im äußeren Sonnensystem. Seine Nachbarplaneten sind Saturn und Neptun. Als planetarischer Gasriese wird er auch als jovianischer oder jupiterähnlicher Planet bezeichnet. Uranus zählt wie Neptun zu den kleineren Gasplaneten. Beide Himmelskörper enthalten mehr Wasseranteile beziehungsweise Eisanteile, als die größeren planetarischen Gasriesen Saturn und Jupiter. Aufgrund dessen wird Uranus auch als Eisriese bezeichnet. Mit seinem Äquatordurchmesser von 51.118 Kilometern und seinem Poldurchmesser von 49.946 Kilometern ist der Uranus der drittgrößte Planet des Sonnensystems.

Die Entdeckung und Namensgebung von Uranus

Uranus ist bei günstigen Bedingungen am Herbst- und Winterhimmel mit bloßem Auge sichtbar. Bereits Hipparchos sichtete den Planeten im Jahr 128 vor Christus und trug ihn als Stern in seinen Sternenkatalog ein. Am 13. März 1781 wurde Uranus von dem deutsch-britischen Astronomen Wilhelm Herschel beobachtet und anfänglich für einen Kometen gehalten. Einige Astronomen wie Anders Johan Lexell und Johann Elert Bode schlossen sich weiteren Beobachtungen an und berechneten die Umlaufbahn des Himmelobjekts. Im Jahr 1783 wurde Uranus schließlich als Planet anerkannt. Es dauerte noch weitere 70 Jahre, bis sich die Allgemeinheit auf den Namen Uranus einigen konnte.

Wie entstand Uranus?

Während der Entstehung des Sonnensystems bildete sich auch Uranus vor 4,5 Milliarden Jahren. Durch die Schwerkraft entwickelte sich der Planet aus einer Mischung von Gas und Staub. Es ist anzunehmen, dass Uranus zu Beginn näher bei der Sonne positioniert war und sich schätzungsweise vor 4 Milliarden Jahren zum äußeren Sonnensystem bewegt hat.

Die Umlaufbahn und Rotation des Uranus

Seine Umlaufbahn um die Sonne ist mit einer Exzentrizität von 0,0457 nahezu kreisförmig. Er benötigt 30.687 Tage oder 84 Erdjahre für eine vollständige Umrundung der Sonne. Der Perihel oder sonnennächster Bahnpunkt liegt bei 18,324 astronomischen Einheiten (AE), der sonnenfernste Bahnpunkt bei 20,078 AE. Mit einer Bahnebene von 0,772° besitzt er im Gegensatz zu den anderen Planeten die geringste Bahnneigung. Seinen eigenen Durchmesser legt er mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 6,84 Kilometern pro Sekunde in zwei Stunden zurück. Die Entdeckung des Uranus bestätigte damals auch die von Kepler beschriebene Weltharmonie.

Ein Tag oder eine Rotationsperiode des Uranus beträgt 17 Stunden und 14 Minuten. In Drehrichtung wehen in der oberen Atmosphäre starke Winde. Die Achsneigung von 97,77° lässt den Uranus rückläufig rotieren. Wie die Venus dreht er sich dabei von Ost nach West. Der Tag auf der Nordhalbkugel dauert wie die Nacht auf der südlichen Hemisphäre ein halbes Uranusjahr.

Aufbau und Atmosphären des Planeten

Uranus weist wie alle Gasplaneten eine geringe Dichte von 1,27 g/cm³ auf. Seine gasförmige Atmosphäre besitzt keine deutliche Abgrenzung zum flüssigen Teil des Planeten. In zunehmender Tiefe erhöht sich der Druck auf 1 bar. Dieser Druckbereich kennzeichnet den Beginn seiner Oberfläche.

Die oberen Schichten des Uranus

Die Gashülle des Uranus setzt sich hauptsächlich aus molekularen Wasserstoff mit 82,5 ± 3,3 Volumenprozenten, atomaren Helium mit 15,2 ± 3,3 Volumenprozenten und Methan mit 2,3 Volumenprozenten zusammen. Deuterium besitzt einen ungefähren Volumenanteil von 148 Millionstel (ppm). Während der Wasserstoff bereits von der Erde aus nachgewiesen werden konnte, gelang die Bestimmung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Helium erst durch den Vorbeiflug der Voyager 2. Die Voyager 2 begann am 4. November 1985 mit den Beobachtungen des Planeten und beendete diese am 25. Februar 1986.

Die oberen Wolkenschichten befinden sich unterhalb einer Schicht aus Methangas. Das Methangas absorbiert den rötlichen Anteil des Lichtes und lässt den blauen Anteil passieren. Die Wolkendecke darunter reflektiert daraufhin diesen blaugrünen Farbanteil und lässt den Planeten blaugrün wirken.

Die verschiedenen Schichten der Atmosphäre des Uranus:

  • Der Höhenbereich zwischen -300 Kilometern unterhalb der Oberfläche und 50 Kilometern oberhalb der Oberfläche wird Troposphäre genannt. Hier herrschen Drücke von 100 bis 0,1 bar. In der dichtesten Atmosphärenschicht herrschen Temperaturen zwischen -220 °C/ 53 K/ -364 °F und 46,85 °C/ 320 K/ 116 °F. Die Mehrheit der thermischen Infrarot-Emissionen entstehen in der Tropopausenregion.
  • Der Höhenbereich zwischen 50 und 4000 Kilometern nennt sich Stratosphäre. Die Druckwerte liegen zwischen 0,1 bis 10 -10 bar. Hier herrschen Temperaturen zwischen -220 °C/ 53 K und 577 °C/ 850 K. Der vorhandene Ethansmog verleiht dem Planeten ein trübes Aussehen und trägt zur Erwärmung der Atmosphäre bei.
  • Der Höhenbereich von 4000 bis 50.000 Kilometern über der Oberfläche nennt sich Thermosphäre oder Korona. Der Teil hält eine konstante Temperatur von etwa 577 °C/ 850 K. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, warum die Temperatur in diesem Bereich so hoch ist. Die Region besitzt einen hohen Gehalt an freien Wasserstoffatomen. Die Kombination der geringen molekularen Masse mit den Temperaturen ist verantwortlich für die weite Ausdehnung der Korona. Das ist ein einzigartiges Spezifikum des Uranus.
  • Die Ionosphäre liegt in einer Höhe von 2.000 bis 10.000 Kilometern. Sie setzt sich aus der Thermosphäre und der oberen Stratosphäre zusammen. Zum größten Teil wird die Ionosphäre durch die UV-Strahlung der Sonne aufrecht erhalten. Ihre Dichte verändert sich mit der Sonnenaktivität. Hier haben die UV-Emissionen und die Infrarot-Strahlung ihren Ursprung.

Der innere Aufbau des Uranus

Unterhalb seiner dichten und gasförmigen Hülle aus Wasserstoff und Methan besteht der Planet aus verflüssigten Gasen, Eis und einem Gesteinskern. 80 Prozent der Masse des Uranus befinden sich im Mantel, der sich aus Wasser, Methan und Ammoniak zusammensetzt. Die elektrisch und leitfähige Flüssigkeit wird auch als Wasser-Ammoniak-Ozean bezeichnet. Der Kern könnte aus verflüssigtes Sizilium und Eisen bestehen.

Der Planet und seine Monde

Die 27 Monde haben einen Durchmesser zwischen 10 und 1600 Kilometern. Diese teilen sich in drei Gruppen: die planetennahe Gruppe, die mittlere Gruppe und die äußere Gruppe. Miranda, Ariel, Umbriel, Titania und Oberon sind die fünf Hauptmonde des Uranus. Die Monde bestehen aus ungefähr 50 Prozent Eis und 50 Prozent Felsen. Im Eis dürfte sowohl Kohlendioxid als auch Ammoniak enthalten sein. Die äußeren Monde sind vermutlich gefangene Asteroiden.

Die Planetenringe

Die Ringe des Uranus sind in das innere und das äußere Ringsystem unterteilt. Derzeit sind folgende 13 Ringe bekannt: Zeta, 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta, Lambda, Epsilon, Ny und My. Ein feiner Staubgürtel umgibt manche der größeren Ringe.

Das Magnetfeld des Uranus

Die umgekippte Magnetosphäre des Uranus besitzt die unregelmäßige Form eines Quadrupols mit zwei Nordpolen und 2 Südpolen. Jedes Polpaar neigt sich ungefähr um 60° gegenüber der Rotationsachse des Uranus. Zudem befindet es sich nicht im Planetenzentrum, sondern ist etwas nach Süden versetzt.