Weit draußen im Sonnensystem gab ein Mysterium der Wissenschaft seit Jahrzehnten Rätsel auf – jetzt haben wir es gelöst

Uranus erhielt vor langer Zeit schon Besuch von Voyager 2. Doch erst heute können wir ein damals aufgeworfenes Rätsel lüften. (Bildquelle: NASA/JPL-Caltech und Pixabay, 95C)

Voyager 2 hinterließ uns ein Rätsel. Als sie den Uranus 1986 passierte, sandte sie Informationen zurück, die damalige Annahmen der Forschung erschütterte. Warum erscheint der Gasriese als innerlich erstarrt und komplett erkaltet?, fragten sie sich verdutzt. Das könne so nicht richtig sein, alle Modelle widersprachen.

Erst heutzutage, Jahrzehnte später, lösen Wissenschaftler den Widerspruch zwischen Theorie und Messdaten auf – mit Folgen für das Verständnis des Klimas der Erde und inklusive neuer Fragen zur Natur des Eisriesen.

Inzwischen befindet sich Voyager 2 längst nicht mehr im Sonnensystem. Es gehört zu einer elitären Gruppe von Objekten, die als unsere Botschafter in die Ewigkeit des Universums aufgebrochen sind.

1:45 Wie bekommen Planeten ihre Namen? Ein NASA-Experte erklärt es

Mysteriöser Eisriese Uranus

Eine neue Studie der Universität von Houston erschuf in Kooperation mit einem weltweiten Netzwerk an Forschern ein neues Bild von den Hitzeströmen in und aus der Atmosphäre des Gasriesen.

Auch in den 1980ern legten schon alle gängigen Modelle zur Entstehung von Gasriesen nahe, dass sie mehr Energie abstrahlen, als die Sonne einträgt. Jeder von ihnen besitzt fünf zentrale Komponenten, was den Wärmenergiehaushalt angeht:

• Einstrahlung der Sonne (Eintrag)
• Energie aus Kern/Mantel (Eintrag)
• Restwärme von der Entstehung (Speicherung in festen/zähflüssigen Schichten des Mantels, die den Großteil der Planeten ausmachen)
• gespeicherte oder in der Atmosphäre direkt durch verschiedene Prozesse freigesetzte Wärme (vor allem Speicherung in Gasen/Flüssigkeiten)
• Verlust ins Weltall (Austrag)

Der Uranus erschien in Daten von Voyager 1986 als quasi totes, erstarrtes Objekt mit einer nahezu komplett ruhig daliegenden Atmosphäre. Er reflektierte quasi nur Strahlung der Sonne oder gab zuvor absorbiertes Licht ab. Das galt in den Jahrzehnten seitdem als unglaubwürdig bzw. mindestens hochgradig ungewöhnlich.

Denn auch wenn die Wolkenbänder wenig Anlass dazu gaben, von einem extrem aktiven Inneren auszugehen, müsse dort doch mehr los sein, als die Sensoren nahelegten.

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Durch die Kombination und Analyse von neuen Informationen, die durch Missionen von späteren Sonden und Teleskopen auf Erden sowie im Weltraum gewonnen wurden, wissen wir jetzt: Uranus gibt mehr Hitze nach außen ab, als er von der Sonne aufnimmt. Die Modelle lagen im Prinzip mit ihren Vorhersagen richtig. Das bedeutet zwangsläufig, entweder…

• sorgt der aktive Kern des Uranus mittels Konvektion (Transport von Wärme über Materie) hinein in den Mantel für einen steten Strom an Hitze gen Wolkenbänder, und/oder
• in der 10.000 Kilometer dicken Atmosphäre aus flüssigen sowie gasförmigen Schichten an Wolken hält sich seit Milliarden Jahren noch Hitze von der Entstehung des Gasriesen.

Nicht tot, aber doch ziemlich fahl…

Dennoch sorgen die Daten weiter für Stirnrunzeln. Denn auch wenn Uranus abstrahlt, sind es nur wenige Prozent mehr, als die Sonne hineingibt. Der Vergleich in seiner Klasse macht deutlich, dass hier ein grundlegender Unterschied vorliegen muss.

• Uranus gibt 12,5 Prozent mehr an Wärme ab, als ankommt
• Jupiter und Saturn strahlen beide jeweils doppelt so viel ab, wie die Sonne einträgt
• Neptun verliert 161 Prozent im Vergleich zur eingehenden Hitze

Die Zahlen müssen relativ gelesen werden, denn nach absoluten Werten baden Jupiter und Saturn natürlich in deutlich intensiverer Sonnenstrahlung als der weit außen seine Bahnen ziehende Neptun. Dennoch offenbart ein Blick auf die Atmosphäre von Neptun die deutlich turbulentere, energieträchtige Natur des Gasriesen. Uranus wirkt dagegen wie ein schlafender See unter einem Vollmond.

Wie eine ähnliche Simulation wie die obige von Uranus aussehen würde, könnt ihr euch hier beim YouTuber Stargaze anschauen.

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Missionen versprechen Antworten

Langfristig versprechen sich Wissenschaftler neue, tiefer reichende Einblicke in die einzigartige Atmosphäre vom Uranus. Hier könnte der Schlüssel liegen, um auch die irdische noch besser zu modellieren.

Natürlich steht ebenfalls die Analyse der geringen Wärmeabgabe auf dem Plan. Denn auch wenn sich das Rätsel eines scheinbar komplett erkalteten Riesens erledigt hat, bleibt Uranus ein absolutes Unikat – hinzukommt seine gekippte Lage. An Neugier wird es nicht mangeln, um den Gasplaneten mit allerlei Sensoren zu traktieren.

Spätestens jetzt gewinnt die schon vor Jahren vorgestellte Mission Uranus Orbiter and Probe (UAP) der NASA an Bedeutung. Das Vorhaben soll Uranus umkreisen, um den Planeten selbst sowie seine 27 bekannten Monde und die Staubringe zu untersuchen. Zusätzlich wird eine Atmosphärensonde in die Atmosphäre des Eisriesen eintauchen.

Spätestens 2034 soll es losgehen. Vor allem 2031 und 2032 bieten sich optimale Startfenster, um innerhalb von rund 13 Jahren mit minimalem Treibstoffverbrauch beim siebten Planeten anzukommen. China will 2029 zum Uranus aufbrechen und auf der Tianwen-4 genannten Mission während des Vorbeiflugs im Jahr 2045 Daten sammeln.