Sonnensystem: Neue Erkenntnisse über Neptun und Uranus
Im Gegensatz zum Uranus hat der Eisriese Neptun eine kräftige azurblaue Farbe . Zumindest zeigen das die bisherigen Aufnahmen der US-amerikanischen Raumsonde Voyager 2. Damit unterscheidet sich die Planetenfarbe deutlich von dem viel helleren Uranus, mit seiner blassen Cyan-Farbe. Wie sich jetzt herausstellt, ist das falsch.
Aus einer neuen Studie(öffnet im neuen Fenster) eines internationalen Forschungsteams geht hervor, dass die beiden Eisriesen farblich viel näher beieinander liegen als bisher angenommen. Beide Welten haben einen ähnlichen grünlich-blauen Farbton. Das passt auch eher zu den ähnlichen Atmosphären beider Eisriesen.
Die ursprünglichen Bilder stellen keine wahren Farben dar
Die einfarbigen Bilder von Voyager 2 wurden später neu kombiniert, um zusammengesetzte Farbbilder zu erstellen. Doch diese waren nicht immer genau ausbalanciert. Deswegen konnten sie auch kein authentisches Farbbild generieren. Besonders Neptun hatten sie zu sehr blau dargestellt. Um die Wolken, Bänder und Winde, die unser heutiges Bild von Neptun prägen, besser sichtbar zu machen , wurden die von der Raumsonde aufgenommenen Neptun-Bilder stark kontrastverstärkt.
In der astronomischen Fachwelt ist seit Langem bekannt, dass die meisten modernen Bilder der beiden Planeten ihre wahren Farben nicht genau wiedergeben. "Obwohl die künstlich gesättigte Farbe damals unter Planetenforschern bekannt war – und die Bilder mit erklärenden Bildunterschriften veröffentlicht wurden -, war diese Unterscheidung im Laufe der Zeit verloren gegangen" , erklärt Patrick Irwin von der Universität Oxford in einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster) .
Auf dem Weg zum neuen Bild
"Durch die Anwendung unseres Modells auf die Originaldaten konnten wir die bisher genaueste Darstellung der Farbe von Neptun und Uranus rekonstruieren" , führt Irwin fort. Dafür verwendete das Forschungsteam die Daten des Abbildungsspektrografen STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) des Hubble-Weltraumteleskops. Außerdem griffen sie auf die Daten des spektroskopischen Vielfach-Explorers Muse (Multi Unit Spectroscopic Explorer) vom VLT (Very Large Telescope) der Europäischen Südsternwarte Eso.
Bei beiden Instrumenten stellt jedes Pixel ein kontinuierliches Farbspektrum dar. Dadurch können die wahren Farben von Uranus und Neptun besser dargestellt werden. Das Forschungsteam glich die Daten mit der Voyager-2-Kamera und der Weitwinkelkamera WFC3 (Wide Field Camera 3) von Hubble ab.
Das Ergebnis: Neptun und Uranus weisen eine ähnliche Farbe auf. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Neptun einen leichten Hauch von zusätzlichem Blau aufweist. Laut dem Modell lässt sich dies auf eine dünnere Dunstschicht auf diesem Planeten zurückführen.
Uranus' Farbe verändert sich auf seinem Orbit
Zudem konnte die Forschungsgruppe erklären, warum sich die Farbe des Uranus während seiner 84-jährigen Umlaufbahn um die Sonne leicht veränderte. Das Lowell-Observatorium in Arizona hat von 1950 bis 2016 die Helligkeit des Eisriesen bei blauen und grünen Wellenlängen aufgezeichnet.
Zu seiner Sonnenwende im Sommer und Winter erscheint Uranus etwas grüner, sobald einer seiner Pole auf unsere Sonne gerichtet ist. Während der Tagundnachtgleichen – wenn die Sonne über dem Äquator steht – ist er dagegen etwas bläulicher gefärbt.
Der Grund dafür ist die sehr ungewöhnliche Drehung von Uranus. Er dreht sich während seiner Umlaufbahn fast auf die Seite. Während der Sonnenwenden zeigt entweder der Nord- oder der Südpol des Planeten fast direkt auf die Sonne und die Erde.
Diese Drehung führt zu einer Veränderung des Reflexionsvermögens der Polarregionen. Das wirkt sich stark auf die Gesamthelligkeit des Uranus aus – wenn er von der Erde aus betrachtet wird. Das Forschungsteam entwickelte nach dieser Erkenntnis ein Modell, das die Spektren der Polarregionen des Uranus mit denen seiner Äquatorialregionen verglich.
Der Antwort schleichend auf der Spur
Es zeigte sich, dass das rot-absorbierende Methan in der Nähe der Pole etwa halb so häufig vorkommt wie am Äquator. Deswegen reflektieren die Polarregionen bei grünen und roten Wellenlängen stärker als bei blauen Wellenlängen.
Das Forscherteam fügte seinem Modell noch die Variable einer Art Haube aus sich allmählich verdichtendem eisigem Dunst hinzu. Diese wurde zuvor über den sommerlichen, sonnenbeschienenen Pol beobachtet, wenn sich der Planet von der Tagundnachtgleiche zur Sonnenwende bewegte.
Vermutlich besteht diese Schicht aus Methaneispartikeln. In der Simulation verstärkten die Eispartikel die Reflexion bei grünen und roten Wellenlängen an den Polen weiter. Laut der Forschungsgruppe kann dies die Antwort darauf sein, warum Uranus zur Sonnenwende grüner ist.
Zur Studie
Die Studie erschien am 12. September 2023 online und soll in der Februar-2024-Ausgabe von der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen: Modelling the seasonal cycle of Uranus's colour and magnitude, and comparison with Neptune(öffnet im neuen Fenster) (Modellierung des jahreszeitlichen Zyklus von Farbe und Helligkeit des Uranus und Vergleich mit Neptun).