DER PLANET URANUS

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Uranus, benannt nach dem griechischen Gott des Himmels, ist ein Gasriese und der siebte Planet unserer Sonne. Es ist auch der drittgrößte Planet in unserem Sonnensystem und liegt hinter Jupiter und Saturn. Wie seine Gasriesen hat es viele Monde, ein Ringsystem, und besteht hauptsächlich aus Gasen, von denen angenommen wird, dass sie einen festen Kern umgeben.

Obwohl es mit bloßem Auge gesehen werden kann, war die Erkenntnis, dass Uranus ein Planet ist, relativ neu. Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass es in den letzten zweitausend Jahren mehrmals entdeckt wurde, wurde es erst im 18. Jahrhundert als das anerkannt, was es war. Seit dieser Zeit ist das volle Ausmaß der Monde, des Ringsystems und der mysteriösen Natur des Planeten bekannt geworden.

Entdeckung und Benennung:

Wie die fünf klassischen Planeten - Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn - kann Uranus ohne die Hilfe eines Teleskops gesehen werden. Aufgrund seiner Dunkelheit und langsamen Umlaufbahn glaubten die alten Astronomen, es sei ein Stern. Die früheste bekannte Beobachtung wurde von Hipparchos durchgeführt, der sie 128 v. Chr. Als Stern in seinem Sternenkatalog aufzeichnete - Beobachtungen, die später in Ptolemäus aufgenommen wurden Almagest.

Die früheste endgültige Sichtung von Uranus erfolgte 1690, als der englische Astronom John Flamsteed - der erste Astronomer Royal - ihn mindestens sechsmal entdeckte und als Stern katalogisierte (34 Tauri). Der französische Astronom Pierre Lemonnier hat es zwischen 1750 und 1769 mindestens zwölf Mal beobachtet.

Es war jedoch Sir William Herschels Beobachtung von Uranus am 13. März 1781, die den Prozess der Identifizierung als Planet begann. Zu dieser Zeit meldete er es als Kometensichtung, nahm dann aber eine Reihe von Beobachtungen vor, wobei er ein Teleskop seines eigenen Designs verwendete, um seine Position relativ zu den Sternen zu messen. Als er der Royal Society darüber berichtete, behauptete er, es sei ein Komet, verglich es aber implizit mit einem Planeten.

Danach begannen mehrere Astronomen, die Möglichkeit zu untersuchen, dass Herschels „Komet“ tatsächlich ein Planet war. Dazu gehörte der russische Astronom Anders Johan Lexell, der als erster seine fast kreisförmige Umlaufbahn berechnete, was ihn zu dem Schluss führte, dass es sich schließlich um einen Planeten handelte. Der Berliner Astronom Johann Elert Bode, Mitglied der „United Astronomical Society“, stimmte dem zu, nachdem er ähnliche Beobachtungen seiner Umlaufbahn gemacht hatte.

Bald wurde Uranus 'Status als Planet zu einem wissenschaftlichen Konsens, und 1783 erkannte Herschel dies der Royal Society selbst an. In Anerkennung seiner Entdeckung gewährte König George III. Von England Herschel ein jährliches Stipendium von 200 Pfund, unter der Bedingung, dass er nach Windsor zieht, damit die königliche Familie durch seine Teleskope schauen kann.

Zu Ehren seines neuen Gönners beschloss William Herschel, seine Entdeckung zu benennenry Georgium Sidus ("George's Star" oder "Georges Planet"). Außerhalb Großbritanniens war dieser Name nicht beliebt, und bald wurden Alternativen vorgeschlagen. Dazu gehörte der französische Astronom Jerome Lalande, der vorschlug, es zu nennen Hershel zu Ehren seiner Entdeckung schlug der schwedische Astronom Erik Prosperin den Namen Neptun vor.

Johann Elert Bode schlug den Namen Uranus vor, die lateinisierte Version des griechischen Himmelsgottes Ouranos. Dieser Name schien angemessen, da Saturn nach dem mythischen Vater des Jupiter benannt wurde, weshalb dieser neue Planet nach dem mythischen Vater des Saturn benannt werden sollte. Letztendlich wurde Bodes Vorschlag am weitesten verbreitet und wurde 1850 universell.

Größe, Masse und Umlaufbahn des Uranus:

Mit einem mittleren Radius von ca. 25.360 km ergibt sich ein Volumen von 6,833 × 10¹³ km³und eine Masse von 8,68 × 10²⁵ kg, Uranus ist ungefähr viermal so groß wie die Erde und 63mal so groß wie ihr Volumen. Als Gasriese ist seine Dichte jedoch (1,27 g / cm³) ist deutlich niedriger; Daher ist es nur 14,5 so massereich wie die Erde. Seine geringe Dichte bedeutet auch, dass es zwar der drittgrößte der Gasriesen ist, aber am wenigsten massiv (mit 2,6 Erdmassen hinter Neptun).

Die Variation der Entfernung von Uranus von der Sonne ist auch größer als bei jedem anderen Planeten (ohne Zwergplaneten oder Plutoiden). Im Wesentlichen variiert die Entfernung des Gasriesen von der Sonne zwischen 18,28 AU (2.735.118.100 km) am Perihel und 20,09 AU (3.006.224.700 km) am Aphel. In einer durchschnittlichen Entfernung von 3 Milliarden km von der Sonne benötigt Uranus ungefähr 84 Jahre (oder 30.687 Tage), um eine einzelne Umlaufbahn der Sonne zu vollenden.

Die Rotationsperiode des Inneren von Uranus beträgt 17 Stunden und 14 Minuten. Wie bei allen Riesenplaneten erfährt die obere Atmosphäre starke Winde in Drehrichtung. In einigen Breiten, wie etwa 60 Grad südlich, bewegen sich sichtbare Merkmale der Atmosphäre viel schneller und machen eine vollständige Rotation in nur 14 Stunden.

Ein einzigartiges Merkmal von Uranus ist, dass es sich auf der Seite dreht. Während alle Planeten des Sonnensystems bis zu einem gewissen Grad um ihre Achsen geneigt sind, weist Uranus die extremste axiale Neigung von 98 ° auf. Dies führt zu den radikalen Jahreszeiten, die der Planet erlebt, ganz zu schweigen von einem ungewöhnlichen Tag-Nacht-Zyklus an den Polen. Am Äquator erlebt Uranus normale Tage und Nächte; Aber an den Polen erlebt jeder 42 Erdjahre am Tag, gefolgt von 42 Jahren in der Nacht.

Uranus 'Zusammensetzung:

Das Standardmodell der Uranus-Struktur besteht darin, dass sie aus drei Schichten besteht: einem felsigen Kern (Silikat / Eisen-Nickel) in der Mitte, einem eisigen Mantel in der Mitte und einer äußeren Hülle aus gasförmigem Wasserstoff und Helium. Ähnlich wie Jupiter und Saturn machen Wasserstoff und Helium den größten Teil der Atmosphäre aus - ungefähr 83% und 15% -, aber nur einen kleinen Teil der Gesamtmasse des Planeten (0,5 bis 1,5 Erdmassen).

Das dritthäufigste Element ist Methaneis (CH⁴), die 2,3% seiner Zusammensetzung ausmacht und die Aquamarin- oder Cyanfärbung des Planeten ausmacht. Spurenmengen verschiedener Kohlenwasserstoffe finden sich auch in der Stratosphäre von Uranus, von denen angenommen wird, dass sie durch Methan und durch ultraviolette Strahlung induzierte Photolyse hergestellt werden. Sie umfassen Ethan (C.₂H.₆), Acetylen (C.₂H.₂), Methylacetylen (CH₃C.₂H) und Diacetylen (C.₂HC₂H).

Darüber hinaus wurden durch Spektroskopie Kohlenmonoxid und Kohlendioxid in der oberen Atmosphäre von Uranus sowie eisige Wolken aus Wasserdampf und anderen flüchtigen Stoffen wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff entdeckt. Aus diesem Grund gelten Uranus und Neptun als eine eigenständige Klasse von Riesenplaneten - bekannt als „Eisriesen“ -, da sie hauptsächlich aus schwereren flüchtigen Substanzen bestehen.

Der Eismantel besteht in der Tat nicht aus Eis im herkömmlichen Sinne, sondern aus einer heißen und dichten Flüssigkeit, die aus Wasser, Ammoniak und anderen flüchtigen Stoffen besteht. Diese Flüssigkeit mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wird manchmal als Wasser-Ammoniak-Ozean bezeichnet.

Der Kern von Uranus ist relativ klein, mit einer Masse von nur 0,55 Erdmassen und einem Radius, der weniger als 20% der Gesamtgröße des Planeten beträgt. Der Mantel besteht aus seiner Masse mit etwa 13,4 Erdmassen, und die obere Atmosphäre ist relativ unwesentlich, wiegt etwa 0,5 Erdmassen und erstreckt sich über die letzten 20% des Uranus-Radius.

Die Kerndichte von Uranus wird auf 9 g / cm geschätzt³mit einem Druck in der Mitte von 8 Millionen bar (800 GPa) und einer Temperatur von etwa 5000 K (vergleichbar mit der Sonnenoberfläche).

Uranus-Atmosphäre:

Wie bei der Erde ist die Atmosphäre des Uranus je nach Temperatur und Druck in Schichten unterteilt. Wie die anderen Gasriesen hat der Planet keine feste Oberfläche, und Wissenschaftler definieren die Oberfläche als die Region, in der der atmosphärische Druck einen bar überschreitet (der Druck auf der Erde auf Meereshöhe). Alles, was für die Fernerkundung zugänglich ist und sich bis zu 300 km unterhalb des 1-bar-Niveaus erstreckt, wird auch als Atmosphäre betrachtet.

Anhand dieser Referenzpunkte kann die Uranus-Atmosphäre in drei Schichten unterteilt werden. Die erste ist die Troposphäre zwischen Höhen von -300 km unter der Oberfläche und 50 km über der Oberfläche, wo die Drücke zwischen 100 und 0,1 bar (10 MPa bis 10 kPa) liegen. Die zweite Schicht ist die Stratosphäre, die zwischen 50 und 4000 km reicht und Drücken zwischen 0,1 und 10 ausgesetzt ist^-10 bar (10 kPa bis 10 uPa).

Die Troposphäre ist die dichteste Schicht in der Uranus-Atmosphäre. Hier reicht die Temperatur von 320 K (46,85 ° C) an der Basis (-300 km) bis 53 K (-220 ° C) bei 50 km, wobei der obere Bereich der kälteste ist im Sonnensystem. Die Tropopausenregion ist für die überwiegende Mehrheit der thermischen Infrarotemissionen von Uranus verantwortlich und bestimmt somit die effektive Temperatur von 59,1 ± 0,3 K.

Innerhalb der Troposphäre befinden sich Wolkenschichten - Wasserwolken mit dem niedrigsten Druck und darüber Ammoniumhydrogensulfidwolken. Als nächstes kommen Ammoniak- und Schwefelwasserstoffwolken. Schließlich lagen dünne Methanwolken auf der Oberseite.

In der Stratosphäre reichen die Temperaturen von 53 K (-220 ° C / -364 ° F) im oberen Bereich bis zwischen 800 und 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) am Boden der Thermosphäre. vor allem dank der durch Sonneneinstrahlung verursachten Erwärmung. Die Stratosphäre enthält Ethansmog, der zum trüben Aussehen des Planeten beitragen kann. Acetylen und Methan sind ebenfalls vorhanden, und diese Trübungen tragen zur Erwärmung der Stratosphäre bei.

Die äußerste Schicht, die Thermosphäre und die Korona, erstrecken sich von 4.000 km bis zu 50.000 km von der Oberfläche. Diese Region hat eine einheitliche Temperatur von 800-850 (577 ° C), obwohl die Wissenschaftler sich über den Grund nicht sicher sind. Da die Entfernung zu Uranus von der Sonne so groß ist, reicht die von ihr kommende Wärmemenge nicht aus, um so hohe Temperaturen zu erzeugen.

Wie Jupiter und Saturn folgt auch Uranus 'Wetter einem ähnlichen Muster, bei dem Systeme in Bänder aufgeteilt werden, die sich um den Planeten drehen und von innerer Wärme angetrieben werden, die in die obere Atmosphäre aufsteigt. Infolgedessen können Winde auf Uranus bis zu 900 km / h erreichen und massive Stürme erzeugen, wie sie 2012 vom Hubble-Weltraumteleskop entdeckt wurden. Ähnlich wie Jupiters großer roter Fleck war dieser „dunkle Fleck“ ein Riese Wolkenwirbel mit einer Größe von 1.700 mal 3.000 Kilometern (1.100 Meilen mal 1.900 Meilen).

Uranus-Monde:

Uranus hat 27 bekannte Satelliten, die in die Kategorien größere Monde, innere Monde und unregelmäßige Monde (ähnlich wie bei anderen Gasriesen) unterteilt sind. Die größten Monde des Uranus sind in der Reihenfolge ihrer Größe Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon und Titania. Diese Monde haben einen Durchmesser und eine Masse von 472 km und 6,7 × 10¹⁹ kg für Miranda bis 1578 km und 3,5 × 10²¹ kg für Titania. Jeder dieser Monde ist besonders dunkel, mit geringer Bindung und geometrischen Albedos. Ariel ist der hellste, während Umbriel der dunkelste ist.

Es wird angenommen, dass sich alle großen Uranusmonde in der Akkretionsscheibe gebildet haben, die einige Zeit nach ihrer Entstehung um Uranus herum existierte, oder dass sie auf die großen Auswirkungen zurückzuführen waren, unter denen Uranus zu Beginn seiner Geschichte litt. Jedes besteht aus ungefähr gleichen Mengen an Gestein und Eis, mit Ausnahme von Miranda, das hauptsächlich aus Eis besteht.

Die Eiskomponente kann Ammoniak und Kohlendioxid enthalten, während angenommen wird, dass das felsige Material aus kohlenstoffhaltigem Material besteht, einschließlich organischer Verbindungen (ähnlich wie Asteroiden und Kometen). Es wird angenommen, dass ihre Kompositionen differenziert sind und ein eisiger Mantel einen felsigen Kern umgibt.

Im Fall von Titania und Oberon wird angenommen, dass an der Grenze zwischen Kern und Mantel flüssige Wassermeere existieren können. Ihre Oberflächen sind ebenfalls stark kraterartig; In jedem Fall hat die endogene Oberflächenerneuerung zu einer gewissen Erneuerung ihrer Merkmale geführt. Ariel scheint die jüngste Oberfläche mit den wenigsten Einschlagkratern zu haben, während Umbriel die ältesten und am meisten kraterartigen zu sein scheint.

Die Hauptmonde des Uranus haben keine erkennbare Atmosphäre. Aufgrund ihrer Umlaufbahn um Uranus erfahren sie außerdem extreme saisonale Zyklen. Da Uranus die Sonne fast auf seiner Seite umkreist und die großen Monde alle um die Äquatorialebene von Uranus kreisen, erfahren die nördlichen und südlichen Hemisphären längere Zeiträume bei Tag und Nacht (jeweils 42 Jahre).

Ab 2008 ist bekannt, dass Uranus 13 innere Monde besitzt, deren Umlaufbahnen innerhalb der von Miranda liegen. Sie sind in der Reihenfolge der Entfernung vom Planeten: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Julia, Portia, Rosalinde, Amor, Belinda, Perdita, Puck und Mab. In Übereinstimmung mit der Benennung der größeren Monde des Uranus sind alle nach Charakteren aus Shakespeare-Stücken benannt.

Alle inneren Monde sind eng mit dem Ringsystem von Uranus verbunden, was wahrscheinlich auf die Fragmentierung eines oder mehrerer kleiner innerer Monde zurückzuführen ist. Puck ist mit 162 km der größte der inneren Monde des Uranus - und der einzige, der von abgebildet wird Voyager 2 in jedem Detail - während Puck und Mab die beiden äußersten inneren Satelliten von Uranus sind.

Alle inneren Monde sind dunkle Objekte. Sie bestehen aus Wassereis, das mit einem dunklen Material kontaminiert ist, bei dem es sich wahrscheinlich um organische Materialien handelt, die durch Uranus-Strahlung verarbeitet werden. Das System ist auch chaotisch und anscheinend instabil. Computersimulationen schätzen, dass Kollisionen auftreten können, insbesondere zwischen Desdemona und Cressida oder Julia innerhalb der nächsten 100 Millionen Jahre.

Ab 2005 hat Uranus auch neun unregelmäßige Monde, die ihn in einer Entfernung umkreisen, die viel größer ist als die von Oberon. Alle unregelmäßigen Monde sind wahrscheinlich gefangene Objekte, die Uranus kurz nach seiner Entstehung gefangen hatte. Sie sind in der Reihenfolge ihrer Entfernung von Uranus: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos und Ferdinard (wieder benannt nach Charakteren in Shakespeare-Stücken).

Die Größe der unregelmäßigen Monde von Uranus reicht von etwa 150 km (Sycorax) bis 18 km (Trinculo). Mit Ausnahme von Margaret kreisen alle Uranus in rückläufigen Umlaufbahnen (dh sie umkreisen den Planeten in der entgegengesetzten Richtung seiner Drehung).

Uranus-Ringsystem:

Uranus hat wie Saturn und Jupiter ein Ringsystem. Diese Ringe bestehen jedoch aus extrem dunklen Partikeln, deren Größe von Mikrometern bis zu einem Bruchteil eines Meters variiert - weshalb sie bei weitem nicht so erkennbar sind wie die von Saturn. Derzeit sind 13 verschiedene Ringe bekannt, wobei der hellste der Epsilon-Ring ist. Und mit Ausnahme von zwei sehr schmalen Ringen sind diese Ringe normalerweise einige Kilometer breit.

Die Ringe sind wahrscheinlich ziemlich jung und es wird nicht angenommen, dass sie sich mit Uranus gebildet haben. Die Materie in den Ringen war möglicherweise einmal Teil eines Mondes (oder von Monden), der durch Hochgeschwindigkeitsaufprall zerstört wurde. Von zahlreichen Trümmerteilen, die sich infolge dieser Stöße bildeten, überlebten nur wenige Partikel in stabilen Zonen, die den Positionen der vorliegenden Ringe entsprachen.

Die frühesten bekannten Beobachtungen des Ringsystems fanden am 10. März 1977 von James L. Elliot, Edward W. Dunham und Jessica Mink am Kuiper Airborne Observatory statt. Während einer Bedeckung des Sterns SAO 158687 (auch bekannt als HD 128598) erkannten sie fünf Ringe, die in einem System um den Planeten existierten, und beobachteten vier weitere später.

Die Ringe wurden direkt abgebildet, wenn Voyager 2 1986 wurde Uranus passiert, und die Sonde konnte zwei weitere schwache Ringe erkennen - die Anzahl der beobachteten Ringe betrug 11. Im Dezember 2005 entdeckte das Hubble-Weltraumteleskop ein Paar bisher unbekannter Ringe, womit sich die Gesamtzahl auf 13 erhöhte befindet sich doppelt so weit von Uranus entfernt wie die bisher bekannten Ringe, weshalb sie als „äußeres“ Ringsystem bezeichnet werden.

Im April 2006 ergaben Bilder der neuen Ringe vom Keck-Observatorium die Farben der äußeren Ringe: Der äußerste ist blau und der andere rot. Im Gegensatz dazu erscheinen Uranus 'Innenringe grau. Eine Hypothese bezüglich der blauen Farbe des äußeren Rings ist, dass er aus winzigen Partikeln von Wassereis von der Oberfläche von Mab besteht, die klein genug sind, um blaues Licht zu streuen.

Erkundung:

Uranus wurde nur einmal von einem Raumschiff besucht: der NASA Voyager 2 Raumsonde, die 1986 am Planeten vorbeiflog. Am 24. Januar 1986 Voyager 2 passierte innerhalb von 81.500 km der Oberfläche des Planeten und schickte die einzigen Nahaufnahmen zurück, die jemals von Uranus gemacht wurden. Voyager 2 1989 machte er dann eine enge Begegnung mit Neptun.

Die Möglichkeit des Versendens der Cassini Das Raumschiff von Saturn nach Uranus wurde 2009 während einer Planungsphase für die Missionserweiterung evaluiert. Dies wurde jedoch nie verwirklicht, da es ungefähr zwanzig Jahre gedauert hätte Cassini nach dem Verlassen des Saturn zum uranischen System zu gelangen.

In Bezug auf zukünftige Missionen wurden mehrere Vorschläge gemacht. Zum Beispiel wurde ein Uranus-Orbiter und eine Sonde von der 2011 veröffentlichten Planetary Science Decadal Survey 2013–2022 empfohlen. Dieser Vorschlag sah einen Start zwischen 2020–2023 und eine 13-jährige Kreuzfahrt nach Uranus vor. Ein New Frontiers Uranus Orbiter wurde evaluiert und in der Studie empfohlen. Der Fall für einen Uranus-Orbiter. Diese Mission hat jedoch eine geringere Priorität als zukünftige Missionen zum Mars und zum Jupiter-System.

Wissenschaftler des Mullard Space Science Laboratory im Vereinigten Königreich haben Uranus eine gemeinsame NASA-ESA-Mission vorgeschlagen, bekannt als Uranus Pathfinder. Diese Mission würde den Start einer Mission der Mittelklasse bis 2022 beinhalten, und Schätzungen zufolge belaufen sich die Kosten auf 470 Mio. EUR (~ 525 Mio. USD).

Eine weitere Mission nach Uranus, genannt Herschel Orbital Aufklärung des Uranian Systems (HORUS) wurde vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University entworfen. Der Vorschlag sieht einen kernbetriebenen Orbiter vor, der eine Reihe von Instrumenten trägt, darunter eine Bildkamera, Spektrometer und ein Magnetometer. Die Mission sollte im April 2021 starten und 17 Jahre später bei Uranus eintreffen.

Im Jahr 2009 entwickelte ein Team von Planetenwissenschaftlern des Jet Propulsion Laboratory der NASA mögliche Entwürfe für einen solarbetriebenen Uranus-Orbiter. Das günstigste Startfenster für eine solche Sonde wäre im August 2018 mit der Ankunft bei Uranus im September 2030. Das Wissenschaftspaket kann Magnetometer, Partikeldetektoren und möglicherweise eine Bildkamera enthalten.

Es genügt zu sagen, dass Uranus ein hartes Ziel für die Erforschung ist, und seine Entfernung hat den Prozess der Beobachtung dazu gebracht, es als das zu erkennen, was es in der Vergangenheit problematisch war. Und in Zukunft, da sich der größte Teil unserer Mission auf die Erforschung von Mars, Europa und erdnahen Asteroiden konzentriert, scheint die Aussicht auf eine Mission in diese Region des Sonnensystems nicht sehr wahrscheinlich.

Das Budgetumfeld ändert sich jedoch ebenso wie die wissenschaftlichen Prioritäten. Und da das Interesse am Kuipergürtel dank der Entdeckung vieler transneptunischer Objekte in den letzten Jahren explodiert, ist es durchaus möglich, dass Wissenschaftler die Montage einer Mission zum äußeren Sonnensystem fordern. In diesem Fall kann es möglich sein, dass die Sonde auf dem Weg nach draußen von Uranus geschwungen wird und Informationen und Bilder sammelt, um unser Verständnis dieses „Eisriesen“ zu verbessern.

Wir haben viele interessante Artikel über Uranus hier im Space Magazine. Wir hoffen, dass Sie in der folgenden Liste finden, wonach Sie suchen: