Neptun (Planet)

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Neptun (Planet)
Neptun  Astronomisches Symbol des Neptuns
Neptune.jpg
Neptun aufgenommen von Voyager 2
Eigenschaften des Orbits [1]
Große Halbachse 30,047 AE
(4.495 Mio. km)
Perihel – Aphel 29,709 â€“ 30,385 AE
ExzentrizitÀt 0,0113
Neigung der Bahnebene 1,769°
Siderische Umlaufzeit 164,79 a
Synodische Umlaufzeit 367,49 d
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 5,43 km/s
Kleinster – grĂ¶ĂŸter Erdabstand 28,783 â€“ 31,333 AE
Physikalische Eigenschaften [1]
Äquator- – Poldurchmesser* 49.528 – 48.682 km
Masse 1,0243 · 1026 kg
Mittlere Dichte 1,638 g/cm3
Hauptbestandteile
(Stoffanteil der oberen Schichten)
Fallbeschleunigung* 11,15 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit 23,5 km/s
Rotationsperiode 15 h 57 min 59 s
Neigung der Rotationsachse 28,32°
Geometrische Albedo 0,41
Max. scheinbare Helligkeit +7,8m
Temperatur*
Min. – Mittel – Max.
72 K (–201°C)
*bezogen auf das Nullniveau des Planeten
Sonstiges
Monde 13 + Ringsystem
Neptune Earth Comparison.png
GrĂ¶ĂŸenvergleich zwischen Erde (links) und Neptun

Neptun ist von der Sonne aus gezĂ€hlt mit einer Entfernung von durchschnittlich 4,5 Milliarden Kilometern der achte und Ă€ußerste Planet im Sonnensystem. Er wurde im Jahr 1846 aus Bahnstörungen des Uranus entdeckt und zeigt eine Scheibe von 2". Er ist mit einem Durchmesser von fast 50.000 Kilometern (knapp vierfacher Durchmesser der Erde und 57,74-faches Erdvolumen[1]) nach Uranus der viertgrĂ¶ĂŸte Planet des Sonnensystems. Neptun bildet zusammen mit dem Uranus die Untergruppe der „Eisriesen“.

Neptun dominiert durch seine GrĂ¶ĂŸe die Außenzone des Planetensystems, was sich z. B. an der Umlaufzeit einiger „Transneptune“ wie Pluto und der Plutino-Gruppe zeigt, die genau das 1,5-Fache der Umlaufzeit von Neptun betrĂ€gt.

Bei der Suche nach Exoplaneten werden solche entdeckten Objekte, die eine Ă€hnliche Masse wie Neptun aufweisen, von Astronomen analog zu den extrasolaren „Jupiters“ oder „Hot Jupiters“ manchmal als Planet der „Neptun-Klasse“ oder als „Hot Neptune“ bezeichnet.[2]

Von Neptun sind derzeit 13 Monde bekannt. Der mit Abstand grĂ¶ĂŸte unter ihnen ist Triton mit 2700 Kilometern Durchmesser.

Der Gasplanet ist nach Neptun, dem römischen Gott des Meeres und der FließgewĂ€sser, benannt. Sein Zeichen ♆ ist ein stilisierter Dreizack, die Waffe des Meeresgottes.

Inhaltsverzeichnis

Umlaufbahn und Rotation

Umlaufbahn

Neptuns Umlaufbahn um die Sonne ist mit einer ExzentrizitĂ€t von 0,0113 fast kreisförmig. Sein sonnennĂ€chster Punkt, das Perihel, liegt bei 29,709 AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 30,385 AE. Er ist damit der Ă€ußerste Planet des Sonnensystems. Seine Bahnebene ist mit 1,769° nur leicht gegen die Ekliptik (Bahnebene der Erde) geneigt. FĂŒr einen Umlauf um die Sonne benötigt Neptun etwa 165 Jahre.

Im Ă€ußeren Bereich des Sonnensystems beeinflusst Neptun aufgrund seiner relativ großen Masse die Bahnen vieler kleinerer Körper wie die der Plutinos und der Transneptune. Plutos Umlaufbahn ist so exzentrisch, dass er in seinem Perihel der Sonne nĂ€her kommt als Neptun. Aus der Perspektive des Nordpols der Ekliptik – senkrecht zur Ekliptikebene – scheinen sich daher ihre Bahnen zu schneiden. Allerdings ist die Umlaufbahn von Pluto um mehr als 17,1° zur Ebene der Ekliptik geneigt. Zum Zeitpunkt der NĂ€he Plutos zur Sonne befindet sich Pluto fast an seinem nördlichsten Punkt ĂŒber der Ekliptikebene und schneidet daher nicht die Bahn Neptuns. ZusĂ€tzlich zwingt Neptun Pluto eine 2:3-Bahnresonanz auf. WĂ€hrend Neptun drei SonnenumlĂ€ufe vollfĂŒhrt, umrundet Pluto nur zweimal die Sonne. Die Bahnen sind so synchronisiert, dass Neptun bei der scheinbaren Kreuzung der Umlaufbahn Plutos immer weit von ihm entfernt ist. Von 1979 bis 1999 war Pluto der Sonne nĂ€her als Neptun.

Am 12. Juli 2011 ist Neptun an jenen Punkt seiner Bahn zurĂŒckgekehrt, an dem er sich bei seiner Entdeckung am 23. September 1846 befand.[3]

Rotation

Mit einer Rotationsperiode von 15 Stunden, 57 Minuten und 59 Sekunden[4] rotiert Neptun wie die anderen drei Gasplaneten sehr rasch. Die Folge dieser schnellen Rotation ist eine Abplattung von 1,7 %. Somit ist der Durchmesser an den Polen etwa 1000 km geringer als am Äquator. Die Neigung des Äquators gegenĂŒber seiner Bahnebene betrĂ€gt 28,32°. Die SchrĂ€gstellung seiner Rotationsachse ist damit etwas höher als die der Erde.

Physikalische Eigenschaften

Neptun gehört mit einem Durchmesser von knapp 50.000 km zu den Gasriesen. Mit einer Dichte von 1,64 g/cmÂł ist er der kompakteste Gasplanet. Auch wenn Neptun etwas kleiner ist als Uranus, ist Neptun mit der 17-fachen Erdmasse massiver. Jupiter ist immerhin noch 18-mal massereicher als Neptun. Die Schwerkraft auf Neptun wird nur von Jupiters Schwerkraft ĂŒberboten. Nur diese beiden Gasplaneten weisen von allen Planeten im Sonnensystem eine höhere Schwerkraft als die Erde auf.

Obere Schichten

StĂŒrme in der Neptun-AtmosphĂ€re: Great Dark Spot (oben), Scooter (mittlere weiße Wolke) und der Small Dark Spot (unten)
Neptun in natĂŒrlichen Farben mit drei Monden

Die oberen Schichten der AtmosphĂ€re bestehen hauptsĂ€chlich aus Wasserstoff (80 ± 3,2 Vol-%) und Helium (19 ± 3,2 Vol-%), etwas Methan (1,5 ± 0,5 Vol-%), deuteriertem Wasserstoff HD (192 Vol-ppm) und Spuren von Ethan (1,5 Vol-ppm).[1] Neptuns blaue Farbe wird wie bei Uranus durch das Methan verursacht, das rotes Licht absorbiert. Markante AbsorptionsbĂ€nder von Methan treten im roten und infraroten Teil des Spektrums bei WellenlĂ€ngen ĂŒber 600 nm auf. Seine blaue Farbe erscheint jedoch viel krĂ€ftiger als die des blaugrĂŒnen Uranus, dessen AtmosphĂ€re Ă€hnlich aufgebaut ist. Vermutlich ist ein weiterer Bestandteil der AtmosphĂ€re fĂŒr Neptuns intensivere Farbe verantwortlich. Die oberen Schichten haben eine Ausdehnung von etwa 10 bis 20 % des Planetenradius. Höhere Konzentrationen von Methan, Ammoniak und Wasser sind in den unteren Bereichen der AtmosphĂ€re vorhanden.

Da Neptun die Sonne in großem Abstand umlĂ€uft, empfĂ€ngt er von ihr nur wenig WĂ€rme. Seine Temperatur betrĂ€gt in der Tiefe, bei der ein Druck von 0,1 bar herrscht, etwa −218 Â°C (55 K) und bei 1 Bar −201 Â°C (72 K).[5] Damit ist der Planet einer der kĂ€ltesten Orte des Sonnensystems.

Durch die SchrĂ€gstellung der Achse ist momentan (2007) am SĂŒdpol Hochsommer. Dieser ist schon seit 40 Jahren (dem Viertel eines Neptunjahres) der Sonne ausgesetzt. Trotz des großen Abstandes zur Sonne reicht die empfangene Energie, diese Gebiete bis zu 10 K wĂ€rmer werden zu lassen als die restlichen Regionen Neptuns.[6]

Man kann keine klar nach unten begrenzte AtmosphĂ€re definieren, denn das Gas ĂŒberschreitet mit zunehmender Tiefe den kritischen Druck oberhalb der kritischen Temperatur. Daher gibt es keinen PhasenĂŒbergang in den flĂŒssigen Aggregatzustand, sodass es keine fest definierte OberflĂ€che des Planeten gibt.

Innerer Aufbau

Der innerere Aufbau Neptuns:
1. obere AtmosphÀre, oberste Wolkenschicht
2. AtmosphÀre (Wasserstoff, Helium, Methangas)
3. Mantel (Wasser, Ammoniak, Methaneis)
4. Kern (Fels, Eis)

Uranus und Neptun sind „Eisriesen“. Sie haben einen grĂ¶ĂŸeren festen Kern als Jupiter und Saturn. Wie Uranus könnte er mehr oder weniger einheitlich in seiner Zusammensetzung sein. Im Gegensatz dazu haben Jupiter und Saturn getrennte innere Schichten aufzuweisen.

Es wird angenommen, dass sich im Zentrum ein fester Kern von etwa 1- bis 1Âœ-facher Erdmasse befindet. Dieser besteht aus Gestein und Metall und ist nicht grĂ¶ĂŸer als die Erde. Die Temperatur in seinem Zentrum liegt bei etwa 7000 Â°C und der Druck betrĂ€gt einige Millionen bar.

Umgeben ist das Zentrum von einem Mantel oder Ozean aus einer Mischung von Fels, Wasser, Ammoniak und Methan, der einer Masse von 10- bis 15-facher Erdmasse entspricht (diese Mixtur aus Wasser, Methan oder Ammoniak wird von den Planetologen als Eis bezeichnet, auch wenn sie in Wirklichkeit heiße und sehr dichte FlĂŒssigkeiten sind und diese Stoffe im Ă€ußeren Sonnensystem normalerweise im festen Zustand auftreten). Die den Mantel umgebende obere Schicht hat einen Anteil von etwa 1 bis 2 Erdmassen.

Vergleicht man die Rotationsgeschwindigkeit mit dem Faktor der Abplattung, zeigt sich, dass die Masse im Inneren Neptuns gleichmĂ€ĂŸiger als beim Uranus verteilt ist. Bei Uranus wird die Masse Richtung Zentrum viel dichter als bei Neptun.

Neptun hat ebenso wie Jupiter und Saturn eine innere WĂ€rmequelle. Er strahlt etwa das 2,7-Fache der Energie, die er von der Sonnenstrahlung absorbiert, ab.[7] Ein Grund dafĂŒr könnten radioaktive Prozesse sein, die den Planetenkern aufheizen.[8] Eine weitere Möglichkeit wĂ€re die Abstrahlung der noch vorhandenen Hitze, die wĂ€hrend der Entstehung durch einfallende Materie des Planeten gebildet wurde. Es könnte auch das Brechen von Schwerewellen ĂŒber der Tropopause die Ursache dieser WĂ€rmeabgabe sein.[9][10]

Wetter

Jahreszeiten

Wissenschaftler der University of Wisconsin-Madison und des Jet Propulsion Laboratory der NASA untersuchten in den Jahren 1996, 1998 und 2002 jeweils eine volle Umdrehung des Neptun. Dabei bemerkten sie in der sĂŒdlichen HemisphĂ€re eine Zunahme der Helligkeit und Dichte der Wolken, wĂ€hrend nahe des Äquators kaum VerĂ€nderungen stattfanden. Damit bestĂ€tigten sie die Beobachtungen durch das Lowell-Observatorium aus dem Jahre 1980, mit dem das PhĂ€nomen zum ersten Mal beobachtet wurde. Genau wie auf der Erde sorgt wĂ€hrend eines Neptunjahres die Achsenneigung des Neptuns fĂŒr eine VerĂ€nderung in der Sonneneinstrahlung und fĂŒhrt somit zu Jahreszeiten. Sie dauern jedoch im Gegensatz zur Erde mehr als 40 Jahre.[11]

VerÀnderungen der Helligkeit Neptuns im Verlauf von sechs Jahren (Aufnahmen des Hubble-Teleskops)

Meteorologie

Ein Unterschied zwischen Neptun und Uranus ist das Ausmaß der meteorologischen AktivitĂ€t. Als die Raumsonde Voyager 2 1986 an Uranus vorbeiflog, war dieser Planet praktisch strukturlos, wĂ€hrend Neptun 1989 beim Anflug von Voyager 2 bemerkenswerte WetterphĂ€nomene zeigte. Lange helle Wolken, die den Cirruswolken der Erde Ă€hnlich waren, wurden hoch in Neptuns AtmosphĂ€re ausgemacht. Durch die schnelle Rotation haben seine hohen Wolkenschichten ebenfalls eine streifenartige Struktur.

Man könnte erwarten, dass mit steigender Entfernung von der Sonne immer weniger Energie vorhanden wĂ€re, um die Winde anzutreiben. Auf Jupiter wehen Winde mit mehreren Hundert km/h. Neptun nimmt jedoch pro FlĂ€cheneinheit nur 3 % der Sonnenenergie des Jupiters oder ein Tausendstel der Sonneneinstrahlung der Erde auf. Trotzdem entdeckten die Wissenschaftler auf Neptun statt langsamerer Winde dynamische StĂŒrme mit ĂŒber 1600 km/h (Spitzenwerte bis zu 2100 km/h).[12] Damit sind die Windgeschwindigkeiten in Neptuns AtmosphĂ€re die höchsten des Sonnensystems. Da es auf Neptun so wenig solare Energie gibt, wird vermutet, dass die einmal in Gang gekommenen Winde auf sehr wenig Widerstand treffen. Bei genĂŒgend vorhandener Energie mĂŒssten Turbulenzen entstehen, die die Winde schließlich bremsen wĂŒrden (wie es bei Jupiter der Fall ist). Dadurch können sie ihre extrem hohen Geschwindigkeiten beibehalten. Einer anderen Theorie zufolge treiben innere WĂ€rmequellen die Winde an.

Es sieht aus, als ob sich Neptuns AtmosphĂ€re sehr schnell verĂ€ndert. Schon geringe Temperaturunterschiede zwischen der oberen frostigen Wolkenobergrenze und der unteren Wolkenschicht, verstĂ€rkt durch Neptuns starke innere WĂ€rmequelle, könnten fĂŒr die InstabilitĂ€ten in der AtmosphĂ€re verantwortlich sein. In Neptuns kalter AtmosphĂ€re mit Temperaturen von −218 Â°C (55 K) setzen sich die Cirruswolken aus gefrorenem Methan und weniger aus Wassereiskristallen (als auf der Erde) zusammen.[13]

Zyklon

Der „Great Dark Spot“ von Voyager 2 aus gesehen

1989 wurde durch Voyager 2 in der sĂŒdlichen HemisphĂ€re Neptuns der sogenannte „Great Dark Spot“ („Großer Dunkler Fleck“) entdeckt. Dieses Zyklonsystem, das dem „Kleinen Roten Fleck“ und „Großen Roten Fleck“ des Jupiters Ă€hnelt und ein Hochdruckgebiet darstellt, erstreckte sich ĂŒber ein Gebiet der GrĂ¶ĂŸe Eurasiens. UrsprĂŒnglich dachte man, das Gebilde sei selbst eine Wolke. SpĂ€ter einigte man sich auf ein Loch in der sichtbaren Wolkendecke. Der „Great Dark Spot“ (GDS) befand sich auf 22° sĂŒdlicher Breite und umrundete Neptun in 18,3 Stunden. Die Form des Systems legt nahe, dass das Sturmsystem gegen den Uhrzeigersinn rotiert.[13] Die hellen Wolken östlich und sĂŒdlich des GDSs Ă€nderten ihr Aussehen innerhalb weniger Stunden. Der GDS wurde jedoch am 2. November 1994 vom Hubble-Weltraumteleskop nicht mehr wiedergefunden. Der Grund fĂŒr das Verschwinden des GDSs ist unbekannt. Einer Theorie nach könnte die vom Planetenkern stammende Hitze das Gleichgewicht der AtmosphĂ€re gestört und existierende, umlaufende Strukturen zerrissen haben. Er könnte sich auch einfach aufgelöst haben oder von anderen Teilen der AtmosphĂ€re verdeckt worden sein. Stattdessen wurde ein neuer Sturm, der dem GDS Ă€hnelt, in der nördlichen HemisphĂ€re entdeckt.

Scooter

Der „Scooter“ ist ein anderer Sturm. Er bildet weiße Wolkengruppen sĂŒdlich des GDSs. Seinen Spitznamen bekam er, als er 1989 in den Monaten vor der Ankunft von Voyager 2 bei Neptun entdeckt wurde. Dieser bewegt sich in 16 Stunden einmal um Neptun und ist damit viel schneller als sich der GDS bewegte. Das Gebilde könnte eine Rauchfahne sein, die aus unteren Schichten aufsteigt. Nachfolgende Bilder zeigten Wolken, die sich noch schneller als der „Scooter“ bewegten. Der „Small Dark Spot“ (D2) ist ein sĂŒdlicher Zyklonsturm, der im Uhrzeigersinn rotiert. Er war der zweitstĂ€rkste Sturm wĂ€hrend der Begegnung 1989. Anfangs war er völlig dunkel. Als sich aber Voyager 2 dem Planeten annĂ€herte, entwickelte sich ein heller Kern, der in den meisten hoch auflösenden Bildern zu sehen ist.

Magnetfeld

Neptun und auch Uranus besitzen nur eine dĂŒnne Schicht leitenden, metallischen Materials und erzeugen deshalb kein Dipol-, sondern ein Quadrupolfeld mit zwei Nord- und zwei SĂŒdpolen.[14] Das Magnetfeld ist gegenĂŒber der Rotationsachse mit 47° stark geneigt. Die FeldstĂ€rke am Äquator betrĂ€gt etwa 1,4 ”T und betrĂ€gt damit etwa 1⁄300 des Ă€quatorialen Feldes Jupiters (420 Â”T) und 1⁄20 des Ă€quatorialen Erdfeldes (30 Â”T). Das magnetische Dipolmoment, das ein Maß fĂŒr die StĂ€rke des Magnetfeldes bei vorgegebenem Abstand vom Zentrum des Planeten darstellt, ist mit 2,2 · 1017 Tm3 28-mal stĂ€rker als das Magnetfeld der Erde (7,9 · 1015 Tm3). [15] Der Mittelpunkt des Magnetfeldes ist um etwa 13.500 km vom Mittelpunkt des Planeten verschoben, so dass es wahrscheinlich ist, dass das Magnetfeld in höheren Schichten als bei Erde, Jupiter oder Saturn entsteht.[16] Die Ursache der Ausrichtung des Feldes könnte in den Fließbewegungen im Inneren des Planeten bestehen. Möglicherweise befindet es sich in einer Phase der Umpolung. An den magnetischen Polen wurden von Voyager 2 auch schwache komplexe Polarlichter entdeckt.

Ringsystem

Neptun hat ein sehr feines azurfarbenes Ringsystem, das aus mehreren ausgeprĂ€gten Ringen und den ungewöhnlichen Ringbögen im Ă€ußeren Adams-Ring besteht. Die Ringe sind, wie auch die Ringe von Uranus und Jupiter, ungewöhnlich dunkel und enthalten einen hohen Anteil mikroskopischen Staubes, der aus EinschlĂ€gen winziger Meteoriten auf Neptuns Monden stammen könnte.

Als die Ringe in den 1980er Jahren durch ein Team von Edward Guinan mittels Sternverdunkelungen entdeckt wurden, wurde vermutet, sie seien nicht komplett. Die Beobachtungen von Voyager 2 widerlegten diese Annahme. Die Ursache fĂŒr diese Erscheinung sind helle Klumpen im Ringsystem. Der Grund der „klumpigen“ Struktur ist bisher noch ungeklĂ€rt.[17] Die Gravitationswechselwirkung mit kleinen Monden in der Ringumgebung könnte zu dieser Ansammlung beitragen.

VollstÀndige Ringe[18][19]
Name Umlaufradius (km) Breite (km) Optische Tiefe Staubanteil Benannt nach
Galle 41.900 2.000 0,00008 0,4–0,75 Johann Galle
ungewiss[18] < ≈ 50,000 breit
LeVerrier 53.200 110 0,002 0,4–0,8 Urbain Le Verrier
Lassell 53.200–57.200 4.000 0,00015 0,13–0,45 William Lassell
Arago 57.200 < 100 François Arago
nicht benannt 61.950 schmal
Adams 62.933 50 0,0045 0,17–0,55 John Couch Adams
Ringbögen im Adams-Ring
Name Breite (km)[19]
1989
Relativer LÀngengrad LÀnge StÀrke Anmerkungen
1989[20] 2003[21] 1989 2003 1989 2003
LibertĂ© 15 ~26° ~25° 4° ~4° stark schwach „vorauslaufender“ Ringbogen
ÉgalitĂ© 15 ~11° ~13° ~5° ~8° stark stark „Àquidistanter“ Ringbogen
FraternitĂ© 15 ~0° ~0° 10° ~8° stark stark „nachfolgender“ Ringbogen
Courage 15 ~33° ~41° ~2° ~4° schwach schwach
Alle Ringbögen haben optische Tiefen von 0,12 und Staubanteile von 0,4 bis 0,8.

Die Ringe wurden nach Astronomen benannt, die bedeutende BeitrÀge zur Erforschung Neptuns lieferten.

Vier Monde Neptuns (Naiad, Thalassa, Despina und Galatea) umlaufen Neptun innerhalb der Ringregion.

Innere Ringe

Das innere Ringsystem besteht von außen nach innen aus folgenden Ringstrukturen:[22]

Neptuns Ringsystem (von Voyager 2)
  • Ein unbenannter, undeutlicher, klumpiger Ring aus Staub in der Umlaufbahn von Galatea.
  • Der breite Lassell-Ring (1989 N4R) ist ein matter Bogen, der sich mit einem Radius von 59.200 km 4000 km Richtung Neptun erstreckt. Er ist staubig, aber nicht in dem Ausmaß der anderen Ringe und ist eher mit dem zusammenhĂ€ngenden Teil des Adams-Rings vergleichbar. Es gibt eine hellere Erweiterung an der Ă€ußeren Kante, die Arago-Ring genannt wird (1989 N5R). Die Innenkante des Lassel-Rings grenzt an den LeVerrier-Ring.[19][23]
  • Der schmale LeVerrier-Ring (1989 N2R) ist der zweitauffĂ€lligste der Neptunringe und liegt mit einem Abstand von 700 km gerade noch außerhalb des Orbits des Mondes Despina.
  • Der innerste Galle-Ring (1989 N3R) ist matt und nicht voll verstanden. Er liegt deutlich innerhalb der Bahn des innersten Neptunmondes Naiad.

LeVerrier- und Galle-Ring sind ebenso wie die Ringbögen sehr staubhaltig. Kleine SchÀfermonde bei den schmaleren Ringen verhindern, dass die Ringe auseinander treiben und damit diffuser werden.

Die Bilder von Voyager 2 deuten noch eine breite Scheibe diffusen Materials an. Sie scheint sich innerhalb des Radius von 50.000 km des Galle-Rings zu erstrecken. Diese Scheibe ist wegen Neptuns Glanz nicht leicht zu erkennen, weswegen ihre Existenz als nicht sicher gilt.[18]

Der Adams-Ring und die Ringbögen

Ringbögen im Adams-Ring, von links nach rechts: Egalité, Fraternité, Liberté und innen der LeVerrier-Ring

Der auffĂ€lligste Ring ist der schmale Ă€ußere Adams-Ring, obwohl er verglichen mit den Ringen des Saturns und des Uranus immer noch sehr schwach erscheint. Seine ursprĂŒngliche Bezeichnung war 1989 N1R. Als Besonderheit beinhaltet er mehrere lĂ€ngliche Bogenabschnitte, die jeweils 4–10° der GesamtlĂ€nge des Ringes umspannen.

Diese Ringbögen sind viel heller und undurchsichtiger als der Rest des Ringes und weisen eine entfernte Ähnlichkeit mit dem G-Ring des Saturns auf. Die Existenz der Ringbögen ist physikalisch nur schwierig zu erklĂ€ren. Aufgrund der Bewegungsgesetze muss erwartet werden, dass sich die Bogensegmente innerhalb kurzer Zeit zu vollstĂ€ndigen Ringen verteilen. Der Adams-Ring hat 42 radiale Verschlingungen mit einer Amplitude von etwa 30 km. Diese Strukturen und die Begrenzung der Ringbögen werden vermutlich durch den gravitativen Einfluss des Mondes Galatea, der nur 1000 km innerhalb des Ringes rotiert, verursacht. Der Wert der Amplitude wurde verwendet, um Galateas Masse zu bestimmen.[20]

Die drei Hauptbögen werden LibertĂ©, ÉgalitĂ© und FraternitĂ© (Freiheit, Gleichheit und BrĂŒderlichkeit nach dem berĂŒhmten Motto der Französischen Revolution) genannt. Diese Bezeichnung wurde von den ursprĂŒnglichen Entdeckern, die sie wĂ€hrend der Sternbedeckungen 1984 und 1985 entdeckten, vorgeschlagen.[24] Alle Ringbögen sind nahe beisammen und gemeinsam umspannen sie eine LĂ€nge von unter 40°.

Die höchstauflösenden Bilder von Voyager 2 enthĂŒllten eine ausgesprochen klumpige Struktur in den Bögen. Der typische Abstand zwischen sichtbaren Klumpen betrĂ€gt 0,1° bis 0,2°. Dies entspricht 100 bis 200 km entlang des Ringes. Da die Brocken nicht aufgelöst wurden, ist nicht bekannt, ob sie grĂ¶ĂŸere Teile enthalten. Sie enthalten jedoch Konzentrationen von mikroskopischem Staub, was durch ihre erhöhte Helligkeit, wenn sie von der Sonne hinterleuchtet werden, belegt wird.[18]

Wie bei allen Ringen Neptuns ist der feine Staub ein wichtiger Bestandteil. WĂ€hrend schon im zusammenhĂ€ngenden Hintergrundring viel Staub vorhanden ist, spielt er fĂŒr die Ringbögen eine noch grĂ¶ĂŸere Rolle. Dort ist er fĂŒr den Großteil des gestreuten Lichtes verantwortlich. Dies steht zum Beispiel in Kontrast zu den Hauptringen Saturns, dessen Hauptring weniger als 1 % Staub enthĂ€lt. Der „Adams“-Ring hat eine intensive rote Farbe und der diffuse Hintergrundring variiert entlang der LĂ€nge in seiner Helligkeit. Der Ring ist auf der gegenĂŒberliegenden Seite etwa 50 % dunkler.[25]

Dynamik der Ringbögen

Mit Betriebsbeginn des Hubble-Teleskops und erdgebundener Teleskope mit adaptiver Optik wurden die Ringbögen beginnend mit 1998 wieder mehrere Male beobachtet.[21][26][27][28][29] Man bemerkte, dass die Ringbögen ĂŒberraschend dynamisch waren und sich ĂŒber einige Jahre betrĂ€chtlich verĂ€nderten. FraternitĂ© und ÉgalitĂ© haben ihre Materie getauscht und ihre LĂ€ngen merkbar geĂ€ndert. Im Jahr 2005 veröffentlichte erdgebundene Untersuchungen zeigen, dass Neptuns Ringe deutlich instabiler sind, als bisher angenommen. Insbesondere der LibertĂ©-Ringbogen ermattet und könnte in weniger als einem Jahrhundert verschwunden sein. Seine Helligkeit betrug 2003 nur mehr 30 % seiner ursprĂŒnglichen Helligkeit von 1989 und ist in den Bildern des Hubble-Weltraumteleskops vom Juni 2005 kaum noch zu sehen.

In der Zwischenzeit scheint der Bogen ein gespaltenes, zweifach gekrĂŒmmtes Profil bekommen zu haben und wanderte mehrere Bogengrade nĂ€her zum stabileren ÉgalitĂ©. Beim Courage-Ringbogen, der wĂ€hrend des Vorbeifluges von Voyager 2 sehr matt wirkte, wurde 1998 eine Aufhellung beobachtet. In letzter Zeit war er wieder so dunkel wie bei seiner Entdeckung und hat sich um zusĂ€tzliche 8° gegenĂŒber den anderen Ringbögen vorwĂ€rts bewegt. Es gab einige Anzeichen, dass die Ringbögen allgemein mehr und mehr verblassen.[21][28] Beobachtungen im sichtbaren Bereich zeigen jedoch, dass die Gesamtmenge der Materie in den Ringbögen ungefĂ€hr gleich blieb, die Ringbögen jedoch im infraroten Bereich im Vergleich zu frĂŒheren Aufnahmen dunkler wurden.[29]

Diese Dynamik der Ringbögen ist derzeit noch nicht verstanden und die neuen Beobachtungen stellen den bisherigen Kenntnisstand ĂŒber Neptuns Ringsystem in Frage.[30]

Entdeckung und Beobachtungen der Ringe

Neptuns Ringsystem mit einigen Mondbahnen (maßstabsgerecht)

Das erste Anzeichen der Ringe um Neptun waren Beobachtungen von Sternbedeckungen. Auch wenn etwa 50 von ihnen vor dem Besuch durch Voyager 2 beobachtet wurden, gaben in den frĂŒhen 1980ern nur fĂŒnf von den Beobachtungen Anzeichen von Ringen wieder. Hinweise auf unvollstĂ€ndige Ringe wurden Mitte der 1980er Jahre gefunden, als Beobachtungen einer Sternbedeckung durch Neptun zusĂ€tzlich gelegentliches Aufblinken vor oder nach der Verdeckung des Sterns durch den Planeten zeigten. Dies war der Nachweis, dass die Ringe nicht komplett (oder nicht durchgĂ€ngig) waren.[24][31]

Der Vorbeiflug an Neptun durch Voyager 2 1989 trug einen Großteil zum aktuellen Wissensstand ĂŒber die Ringe bei. Bilder der Raumsonde zeigten den Aufbau des Ringsystems, das aus mehreren lichtschwachen, dĂŒnnen Ringen besteht. Verschiedene andere Ringe wurden von den Kameras der Sonde entdeckt. ZusĂ€tzlich zum schmalen Adams-Ring, der sich 62.930 km vom Zentrum Neptuns entfernt befindet, wurden der LeVerrier-Ring bei 53.200 km und der breitere, dunklere Galle-Ring bei 41.900 km entdeckt. Die blasse Erweiterung des LeVerrier-Rings nach außen wurde nach Lassell benannt und ist an seiner Ă€ußeren Kante durch den Arago-Ring bei 57.600 km begrenzt.[32]

Durch Voyager 2s Bilder der Ringbögen konnte die Frage ihrer UnvollstĂ€ndigkeit beantwortet werden. Der Staubanteil wurde durch das Vergleichen der Helligkeit der Ringe bei frontaler und bei rĂŒckwĂ€rtiger Sonnenbeleuchtung geschĂ€tzt. Mikroskopischer Staub erscheint heller, wenn dieser von der Sonne aus dem Hintergrund beleuchtet wird. Dagegen werden grĂ¶ĂŸere Partikel dunkler, da nur ihre „Nachtseite“ sichtbar ist. Von den Ă€ußeren Planeten können nur Raumfahrzeuge solch eine Gegenlicht-Ansicht liefern, die fĂŒr diese Art von Analyse nötig ist.

Vor kurzem wurden, dank der Fortschritte bei Auflösung und höherer Lichtausbeute, die hellsten Teile des Ringes (die Ringbögen des Adams-Rings) mit erdgebundenen Teleskopen untersucht. Sie sind leicht ĂŒber den Rauschpegel der von Methan absorbierten WellenlĂ€ngen erkennbar, bei dem der Glanz Neptuns bedeutend reduziert wurde. Die undeutlicheren Ringe liegen immer noch weit unterhalb der Schwelle der Sichtbarkeit.

Entstehung und Migration

Eine Simulation, die die Ă€ußeren Planeten und den KuipergĂŒrtel zeigt: a) vor der Jupiter/Saturn 2:1 Resonanz, b) Zerstreuung der Objekte des KuipergĂŒrtels in das Sonnensystem, nachdem sich die Umlaufbahn Neptuns verschoben hatte, c) nach dem Ausstoß von Objekten des KuipergĂŒrtels durch Jupiter

Die Entstehung und Formation der Eisriesen Neptun und Uranus ist schwierig zu erklĂ€ren. Derzeitige Modelle zeigen, dass die Dichte der Materie in den Ă€ußeren Regionen des Sonnensystems zu gering war, um so große Körper, basierend auf der traditionell akzeptierten Theorie der Kern-Akkretion, zu formen. Daneben wurden auch noch Hypothesen erstellt, die die Weiterentwicklung der Eisriesen erklĂ€ren sollten. Eine davon schlĂ€gt vor, dass die Eisriesen nicht durch Kernakkretion von Materie entstanden seien, sondern durch InstabilitĂ€ten innerhalb der ursprĂŒnglichen protoplanetaren Scheibe. SpĂ€ter seien ihre AtmosphĂ€ren durch die Strahlung eines nahen massiven Sterns des Spektraltyps O oder B weggetrieben worden.[33] Ein anderer Vorschlag besagt, dass die beiden Planeten sich viel nĂ€her der Sonne geformt hĂ€tten, wo die Dichte der Materie höher war, und sie daraufhin nach und nach zu ihren derzeitigen Orbits gewandert seien.[34]

Die Wanderungstheorie wird aufgrund der Möglichkeit favorisiert, die derzeitigen Resonanzen der Umlaufbahnen im KuipergĂŒrtel, besonders die ⅖-Resonanzen, erklĂ€ren zu können. WĂ€hrend Neptun nach außen wanderte, kollidierte er mit den ursprĂŒnglichen Objekten des KuipergĂŒrtels. Dies rief neue Resonanzen hervor und fĂŒhrte bei anderen Körpern zu einem Chaos ihrer Orbits. Man glaubt, dass die Objekte in der Scattered Disk durch Interaktionen mit den Resonanzen, die von Neptuns Migration hervorgerufen wurden, in ihre jetzige Position platziert wurden.[35] 2004 wurde durch ein Computermodell von Alessandro Morbidelli (CĂŽte d’Azur Observatory in Nizza) nachgewiesen, dass die Wanderung Neptuns in Richtung des KuipergĂŒrtels durch die Bildung einer Âœ-Resonanz von Jupiter und Saturn ausgelöst werden konnte. Dabei bildete sich ein gravitativer Schub, der beide, Uranus und Neptun, vorangetrieben habe. Diese seien in höhere Umlaufbahnen gelangt und hĂ€tten dabei sogar ihre PlĂ€tze getauscht. Die daraus resultierende VerdrĂ€ngung der Objekte des ursprĂŒnglichen KuipergĂŒrtels könnte auch das Große Bombardement, das 600 Millionen Jahre nach der Bildung des Sonnensystems auftrat, und das Auftauchen der Trojaner Jupiters erklĂ€ren.[36]

Monde

→ Hauptartikel: Liste der Neptunmonde

Neptuns Mond Proteus
Neptun (oben) und Triton (unten)

Bei Neptun sind 13 Monde bekannt. Der bei weitem grĂ¶ĂŸte von ihnen ist Triton. Er wurde 17 Tage nach der Entdeckung des Neptun von William Lassell entdeckt. Aufgrund seiner großen NĂ€he zu Neptun ist er zu einer gebundenen Rotation gezwungen. Möglich wĂ€re, dass Triton einmal ein Objekt des KuipergĂŒrtels war und von Neptun eingefangen wurde. Im Gegensatz zu allen anderen großen Monden im Sonnensystem lĂ€uft er retrograd (rĂŒcklĂ€ufig, also entgegengesetzt der Rotation des Planeten) um Neptun. Er nĂ€hert sich Neptun langsam auf einer Spiralbahn, um schließlich bei der Überschreitung der Roche-Grenze zerrissen zu werden. Triton ist mit Temperaturen von −235 Â°C (38 K) das kĂ€lteste jemals im Sonnensystem gemessene Objekt.

Es dauerte einhundert Jahre, bis Neptuns zweiter Mond, Nereid, entdeckt wurde. Nereid hat eine der exzentrischsten Umlaufbahnen aller Monde des Sonnensystems.

Die restlichen elf sind bis auf Proteus viel kleiner und wurden alle erst in dem Zeitraum von 1989 bis 2004 entdeckt.

Von Juli bis September 1989 entdeckte die Weltraumsonde Voyager 2 sechs weitere Neptunmonde. AuffĂ€llig ist der unregelmĂ€ĂŸig geformte Proteus mit seiner dunklen, ruĂŸĂ€hnlichen Erscheinung. Die vier innersten Neptunmonde Naiad, Thalassa, Despina und Galatea haben Umlaufbahnen innerhalb der Neptunringe. Den ersten Hinweis auf den von innen nĂ€chstfolgenden Mond Larissa gab es 1981, als er einen Stern bedeckte, wobei man zunĂ€chst einen Teil eines Ringbogens vermutete. Als Voyager 2 1989 Neptun erforschte, stellte sich heraus, dass diese Sternbedeckung durch einen Mond verursacht wurde.

FĂŒnf weitere irregulĂ€re Monde Neptuns wurden 2002 und 2003 entdeckt und 2004 bekannt gegeben.[37] Zwei der neu entdeckten Monde, Psamathe und Neso, haben die grĂ¶ĂŸten Umlaufbahnen aller natĂŒrlichen Monde im Sonnensystem, die bis jetzt bekannt sind. Sie brauchen 25 Jahre, um Neptun zu umkreisen. Ihre durchschnittliche Distanz zum Neptun ist das 125-Fache des Abstandes des Mondes zur Erde.

Da Neptun der römische Gott des Meeres war, wurden die Monde des Planeten nach anderen, untergeordneten Meeresgöttern benannt.

Entstehung der Monde

Farbfoto von Triton

Wahrscheinlich sind die inneren Monde nicht mit Neptun entstanden, sondern wurden durch BruchstĂŒcke, die sich beim Einfangen von Triton entwickelt haben, gebildet. Tritons ursprĂŒngliche Umlaufbahn, die er nach dem Einfangen durch Neptun innehatte, war sehr exzentrisch. Dadurch kam es zu chaotischen Störungen der ursprĂŒnglichen inneren Neptunmonde, die kollidierten und zu einer Geröllscheibe zerkleinert wurden. Erst als Triton nach und nach eine Kreisbahn annahm, konnten sich die Teile der Geröllscheibe wieder zu neuen Monden zusammenfĂŒgen.[38]

Der Ablauf der Einbindung Tritons als Mond war ĂŒber die Jahre Thema einiger Theorien. Heute nehmen die Astronomen an, dass er wĂ€hrend einer Begegnung von drei Objekten an Neptun gebunden wurde. In diesem Szenario war Triton das Objekt eines Doppelsystems1, das die heftige Begegnung mit Neptun ĂŒberstanden hatte.[39]

Numerische Simulationen zeigen, dass ein anderer 2002 entdeckter Mond, Halimede, seit seiner Entstehung eine hohe Wahrscheinlichkeit hatte, mit Nereid zu kollidieren.[37] Da beide Monde eine Àhnlich graue Farbe aufzuweisen scheinen, könnten sie Fragmente des Mondes Nereid sein.[40]

1BinĂ€re Objekte, gravitative Verbindungen von zwei Körpern, sind unter transneptunischen Objekten oft anzutreffen (> 10 %; die bekannteste ist Pluto-Charon) und nicht so hĂ€ufig bei Asteroiden wie bei 243 Ida und Dactyl.

IrregulÀre Monde

Neptuns irregulÀre Monde

IrregulĂ€re Monde sind eingefangene Satelliten in großem Abstand, haben eine hohe Bahnneigung und sind meist rĂŒcklĂ€ufig.

Das Diagramm illustriert die Umlaufbahnen von Neptuns irregulĂ€ren Monden, die bis jetzt entdeckt wurden. Die ExzentrizitĂ€t der Bahnen wird durch gelbe Segmente (die den Bereich vom Perizentrum bis zum Apozentrum ĂŒberstreichen) und die Inklination durch die Y-Achse dargestellt. Die Satelliten oberhalb der X-Achse bewegen sich prograd (rechtlĂ€ufig), die Satelliten darunter retrograd (rĂŒcklĂ€ufig). Die X-Achse ist mit Gm (Millionen km) sowie dem betreffenden Bruchteil der Hill-SphĂ€re beschriftet. Der gravitative Einfluss, innerhalb dessen ein Umlauf um den Planeten möglich ist, reicht bei Neptun etwa 116 Millionen km in den Raum.

Aufgrund der Ähnlichkeit der Umlaufbahnen von Neso und Psamathe könnten diese Monde von einem grĂ¶ĂŸeren, in der Vergangenheit auseinandergebrochenen Mond abstammen.[41]

Triton ist hier nicht zu sehen. Er bewegt sich rĂŒcklĂ€ufig, hat jedoch eine fast kreisförmige Bahn. Bei Nereid, der sich auf einer rechtlĂ€ufigen, jedoch sehr exzentrischen Bahn bewegt, wird vermutet, dass er wĂ€hrend der „Integration“ Tritons in das Neptunsystem in seiner Bahn massiv gestört wurde.[42]

Bahnresonanzen

Neptuns Umlaufbahn hat einen erheblichen Einfluss auf die direkt dahinter liegende Region, die als KuipergĂŒrtel bekannt ist. Der KuipergĂŒrtel ist ein Ring aus kleinen eisigen Objekten. Er ist mit dem AsteroidengĂŒrtel vergleichbar, jedoch viel grĂ¶ĂŸer und erstreckt sich von Neptuns Umlaufbahn (30 AE Sonnenabstand) bis 55 AE Distanz zur Sonne.[43] Wie Jupiters Schwerkraft den AsteroidengĂŒrtel beherrscht, in dem er die Struktur formt, so beeinflusst auch Neptuns Schwerkraft den KuipergĂŒrtel. Über das Alter des Sonnensystems wurden bestimmte Regionen des KuipergĂŒrtels durch Neptuns Schwerkraft destabilisiert, u. a. wurden Löcher in der Struktur des KuipergĂŒrtels gebildet. Der Bereich zwischen 40 und 42 AE Entfernung von der Sonne ist solch ein Beispiel.[44]

Das Diagramm zeigt die von Neptun hervorgerufenen Bahnresonanzen im KuipergĂŒrtel. Die hervorgehobenen Regionen sind die ⅔-Resonanzen (Plutinos), der „klassische GĂŒrtel“ (Cubewano), mit Orbits, die von Neptun nicht beeinflusst sind und die Âœ-Resonanzen (Twotinos, die eine Gruppe der Transneptunischen Objekte darstellen).

Es existieren jedoch Orbits innerhalb dieser leeren Regionen, in denen Objekte ĂŒber das Alter des Sonnensystems hinaus existieren können. Diese Bahnresonanzen treten auf, wenn die Umlaufbahn eines Objektes um die Sonne einen genauen Bruchteil von Neptuns Bahn darstellt, wie Âœ oder Ÿ. Wenn, angenommen, ein Körper einmal pro zwei NeptunumlĂ€ufen die Sonne umkreist, wird er nur den halben Umlauf beenden, wenn Neptun wieder an die vorherige Stelle zurĂŒckkehrt. Das passiert auch auf der anderen Seite der Sonne. Der am hĂ€ufigsten bevölkerte resonante Orbit im KuipergĂŒrtel, mit ĂŒber 200 bekannten Objekten,[45] ist die ⅔-Resonanz. Die Objekte in diesem Orbit beenden einen Umlauf pro 1Âœ NeptunumlĂ€ufen. Sie werden die Plutinos genannt, da sie die grĂ¶ĂŸten im KuipergĂŒrtel darstellen und sich auch Pluto in ihnen befindet.[46] Obwohl Pluto Neptuns Umlaufbahn regelmĂ€ĂŸig kreuzt, können die beiden aufgrund der ⅔-Resonanz niemals kollidieren.[47] Andere, dĂŒnner besiedelte Resonanzen existieren auf der Ÿ-, ⅗-, 4⁄7- und der ⅖-Resonanz.[48]

Neptun besitzt eine Anzahl von Trojanern („neptunische Trojaner“), die den L4- und L5-Lagrange-Punkt besetzen. Es gibt hier gravitativ stabile Regionen vor und hinter seiner Umlaufbahn. Neptunische Trojaner werden oft als in 1⁄1-Resonanz zu Neptun beschrieben. Die Trojaner sind in ihren Orbits bemerkenswert stabil und sind wahrscheinlich nicht durch Neptun eingefangen worden, sondern haben sich neben ihm gebildet.[49]

Trojaner

Zur Zeit (Stand November 2007) sind insgesamt sechs Neptun-Trojaner bekannt (2001 QR322, 2004 UP10, 2005 TN53 , 2005 TO74, 2006 RJ103 und 2007 RW10).[50] Sie werden in Analogie zu asteroiden Trojanern so genannt. Die Objekte eilen dem Planeten 60° auf dem Lagrangepunkt L4 voraus (der verlĂ€ngerten gekrĂŒmmten Kurve der Planetenbahn) und haben die gleiche Umlaufzeit wie der Planet.

Am 12. August 2010 gab das Department of Terrestrial Magnetism (DTM) der Carnegie Institution of Washington in Washington D.C. die Entdeckung eines Trojaners auf der Langrange-Position L5 durch Scott Sheppard und Chadwick Trujillo bekannt: 2008 LC18. Es ist der erste nachgewiesene Neptun-Trojaner auf dieser Position.[51]

Die Entdeckung von 2005 TN53 mit einer hohen Bahnneigung (> 25°) ist signifikant, da dies auf eine dichte Wolke von Trojanern hinweisen könnte.[52] Es wird angenommen, dass große (Radius ≈ 100 km) neptunische Trojaner die Anzahl der Trojaner Jupiters um eine GrĂ¶ĂŸenordnung ĂŒbertreffen könnten.[53][54]

FĂŒr 2008 LC18 und eventuell weitere in der nĂ€heren Zukunft entdeckte nachfolgende (L5) Trojaner besteht fĂŒr die Raumsonde New Horizons eventuell die Möglichkeit, die Trojaner wĂ€hrend ihrer Fahrt zu Pluto in dieser Region 2014 zu untersuchen.

Beobachtung

→ Hauptartikel: Neptunpositionen bis 2017

Neptun ist wegen seiner scheinbaren Helligkeit zwischen +7,8m und +8,0m mit dem freien Auge nie sichtbar. Sogar Jupiters Galileische Monde, der Zwergplanet (1) Ceres und die Asteroiden (4) Vesta, (2) Pallas, (7) Iris, (3) Juno und (6) Hebe sind heller als Neptun. In einem starken Fernglas oder einem Teleskop erscheint er als blaues Scheibchen, dessen Erscheinung Uranus Ă€hnelt. Die blaue Farbe stammt vom Methan seiner AtmosphĂ€re.[55] Der scheinbare Durchmesser betrĂ€gt etwa 2,5 Bogensekunden. Seine kleine scheinbare GrĂ¶ĂŸe macht eine Beobachtung zur Herausforderung. Die meisten Daten von Teleskopen waren bis zum Beginn des Betriebs des Hubble-Weltraumteleskops und erdgebundener Teleskope mit adaptiver Optik sehr limitiert.

Wie alle Planeten und Asteroide jenseits der Erde zeigt Neptun manchmal eine scheinbare RĂŒckwĂ€rtsbewegung. ZusĂ€tzlich zum Beginn der RĂŒcklĂ€ufigkeit gibt es in einer synodischen Periode noch andere Ereignisse wie die Opposition, die RĂŒckkehr zur rechtlĂ€ufigen Bewegung und die Konjunktion zur Sonne.

Entdeckung

Urbain Le Verrier, der Mathematiker, der Neptun mit entdeckte

Schon Galileo Galilei hatte Neptun am 28. Dezember 1612 und nochmals am 27. Januar 1613 gesehen. Aus seinen Aufzeichnungen vom Januar 1613 geht eine Beobachtung der Konjunktion mit dem Jupiter hervor, bei der Galilei den Neptun jedoch fĂŒr einen Jupitermond oder einen Fixstern gehalten hatte. Zum Zeitpunkt seiner ersten Beobachtung im Dezember 1612 war der Planet stationĂ€r, da er gerade an diesem Tag begann, sich rĂŒckwĂ€rts zu bewegen. Dies war der Beginn des jĂ€hrlichen Zyklus der retrograden Bewegung. Die Bewegung Neptuns war viel zu gering, um sie mit Galileos kleinem Teleskop feststellen zu können.[56] HĂ€tte er Neptun nur wenige Tage frĂŒher beobachtet, wĂ€re seine Bewegung am Himmel viel deutlicher gewesen.

1821 veröffentlichte Alexis Bouvard astronomische Tabellen ĂŒber die Bahn des Uranus.[57] Nachfolgende Beobachtungen enthĂŒllten erhebliche Diskrepanzen mit den berechneten Werten. Die Bewegung des Uranus um die Sonne zeigte Störungen und entsprach nicht den keplerschen Gesetzen. Astronomen wie Bouvard vermuteten daher, dass es einen weiteren Planeten jenseits des Uranus geben mĂŒsse, der durch seine Gravitationskraft die Bewegung des Uranus störe. 1843 berechnete John Adams die Umlaufbahn dieses hypothetischen achten Planeten und sandte seine Berechnungen zu Sir George Airy, dem damaligen „Astronomer Royal“. Dieser bat Adams um nĂ€here ErklĂ€rung. Adams begann ein Antwortschreiben, das er jedoch niemals abschickte.

UnabhĂ€ngig davon errechnete 1846 der französische Mathematiker Urbain Le Verrier die Position, an der sich der unbekannte Planet befinden mĂŒsste, wobei die Berechnung von Le Verrier wesentlich genauer als die von Adams war. Aber auch diese Arbeit rief kein grĂ¶ĂŸeres Interesse hervor. John Herschel setzte sich noch in diesem Jahr fĂŒr den mathematischen Ansatz ein und ĂŒberredete James Challis, den Planeten aufzuspĂŒren. Im Juli 1846 begann Challis nach einem lĂ€ngeren Aufschub widerwillig mit der Suche. Die Berechnung von Adams diente Challis aus Cambridge als Vorlage fĂŒr seine Beobachtungen am 4. und 12. August 1846. Challis erkannte erst spĂ€ter, dass er den Planeten zweimal beobachtet hatte. Die Identifizierung scheiterte wegen seiner saloppen Einstellung zu dieser Arbeit. Weil Challis die Beobachtungen der verschiedenen Abende noch nicht miteinander verglichen hatte, erkannte er Neptun, obwohl der seine Position am Himmel verĂ€nderte, unter den zahlreichen Sternen noch nicht als Planeten.

WĂ€hrenddessen bat Le Verrier in einem Brief an Johann Galle, Observator an der Berliner Sternwarte, nach dem vorhergesagten Planeten Ausschau zu halten: „Ich suche einen hartnĂ€ckigen Beobachter, der bereit wĂ€re, einige Zeit einen Himmelsabschnitt zu untersuchen, in dem es möglicherweise einen Planeten zu entdecken gibt.“[58] Er beschrieb die berechnete Position und wies darauf hin, dass der Planet mit einem geschĂ€tzten Durchmesser von etwas ĂŒber drei Bogensekunden im Fernrohr als kleines Scheibchen erkennbar und so von einem Fixstern zu unterscheiden sein sollte. Der Brief traf am 23. September 1846 in Berlin ein und Galle erhielt vom Direktor der Sternwarte, Franz Encke, die Erlaubnis, nach dem Planeten zu suchen. Noch am selben Abend hielt Galle gemeinsam mit dem Sternwartengehilfen Heinrich d’Arrest in der fraglichen Himmelsgegend Ausschau nach einem Planetenscheibchen, blieb aber zunĂ€chst erfolglos.

D’Arrest schlug schließlich vor, die Sterne mit den Berliner akademischen Sternkarten zu vergleichen. Die Sternwarte besaß tatsĂ€chlich das betreffende Blatt des noch sehr lĂŒckenhaften Kartenwerkes, nĂ€mlich die von Carl Bremiker erst kurz zuvor fertiggestellte und noch nicht im Handel erhĂ€ltliche „Hora XXI“. Wieder zurĂŒck am Fernrohr, begann Galle die im Fernrohr sichtbaren Sterne anzusagen, wĂ€hrend d’Arrest diese Sterne mit der Karte verglich. Es dauerte nicht lange, bis d’Arrest rief: „Dieser Stern ist nicht auf der Karte!“[59] Gemeinsam mit dem herbeigerufenen Encke vermaßen sie wiederholt die Koordinaten des am Himmel, aber nicht in der Karte gefundenen Sterns 8. GrĂ¶ĂŸe und glaubten eine geringfĂŒgige Bewegung zu sehen, konnten sie aber noch nicht sicher feststellen. Der verdĂ€chtige Stern lag nur etwa ein Grad von der vorhergesagten Position entfernt. Am nĂ€chsten Abend ließen erneute Positionsbestimmungen keinen Zweifel, dass der Stern sich mittlerweile bewegt hatte, und zwar um den Betrag, der gemĂ€ĂŸ der von Le Verrier errechneten Bahn zu erwarten war. Die genaue Betrachtung zeigte ein kleines, auf gut zweieinhalb Bogensekunden Durchmesser geschĂ€tztes Scheibchen. Galle konnte Le Verrier den Erfolg der kurzen Suche melden: „Der Planet, dessen Position Sie errechnet haben, existiert tatsĂ€chlich“.[59] Damit war Neptun der erste Planet, der nicht durch systematische Suche, sondern durch eine mathematische Vorhersage entdeckt wurde.[60][61]

Nachdem die HintergrĂŒnde ĂŒber die Entdeckung bekannt wurden, gab es eine breite Zustimmung darĂŒber, dass beide, Le Verrier und Adams gemeinsam mit Galle die Ehre der Entdeckung verdient hĂ€tten. Jedoch wurde diese Angelegenheit mit der Wiederentdeckung der „Neptune papers“ (historische Dokumente vom „Royal Greenwich Observatory“) wieder neu aufgerollt. Diese waren im Besitz des Astronomen Olin Eggen und wurden von ihm anscheinend fĂŒr fast drei Jahrzehnte unterschlagen. Direkt nach seinem Tod wurden sie 1998 wieder entdeckt.[62] Nach der ÜberprĂŒfung der Dokumente waren einige Historiker der Ansicht, dass Le Verrier mehr Ehre als Entdecker gebĂŒhre als Adams.[63]

Benennung

Kurz nach seiner Entdeckung wurde Neptun einfach als „der Planet außerhalb von Uranus“ oder „Le Verriers Planet“ genannt. Der erste Vorschlag eines Namens kam von Galle. Er schlug den Namen „Janus“ vor. In England warb Challis fĂŒr „Oceanus“. In Frankreich machte François Arago den Vorschlag, den neuen Planeten „LeVerrier“ zu nennen. Dieser Vorschlag wurde außerhalb Frankreichs vehement abgelehnt. Französische JahrbĂŒcher fĂŒhrten sofort wieder den Namen „Herschel“ fĂŒr Uranus und „Leverrier“ fĂŒr den neuen Planeten ein.

In der Zwischenzeit schlug Adams unabhĂ€ngig davon vor, den Namen von Georgian auf Uranus zu Ă€ndern, wĂ€hrend Le Verrier (durch das LĂ€ngenproblem) den Namen „Neptun“ fĂŒr den neuen Planeten vorschlug. Friedrich Struve unterstĂŒtzte den Namen am 29. Dezember 1846 gegenĂŒber der Sankt Petersburger Akademie der Wissenschaften.[64] Bald wurde „Neptun“ die international akzeptierte Bezeichnung. In der römischen Mythologie war Neptunus der Gott des Meeres, der seine Entsprechung im griechischen Gott Poseidon hatte. Der Name stand in Übereinstimmung mit den mythologischen Namen der anderen Planeten, von denen alle bis auf Uranus schon in der Antike benannt wurden.

Der Name des Planeten ist in ostasiatische Sprachen (Chinesisch, Japanisch, Koreanisch, Vietnamesisch) wörtlich mit Meerkönig-Stern ĂŒbersetzt worden.[65]

In Indien wurde der Planet Varuna (DevanāgarÄ«: à€”à€°à„à€Ł), nach dem Gott des Meeres in der historischen vedischen/hinduistischen Mythologie, genannt. Dieser Gott entspricht Poseidon in der griechischen und Neptun in der römischen Mythologie.

Erforschung

Neptun zwei Stunden vor der grĂ¶ĂŸten AnnĂ€herung von Voyager 2. Er zeigt vertikales Relief und helle Wolkenstreifen. Die Wolken sind 50 km bis 160 km breit und Tausende Kilometer lang.

Voyager 2 war die erste und bislang einzige Raumsonde, die Neptun besucht hat. Sie flog ĂŒber den Nordpol von Neptun und passierte den Planeten am 25. August 1989 in nur 4950 Kilometer Abstand. Seit die Sonde die Erde verlassen hatte, war dies die grĂ¶ĂŸte AnnĂ€herung an ein Objekt. Da dies der letzte große Planet war, den Voyager 2 besuchen konnte, wurde ohne RĂŒcksicht auf die Folgen ihrer Flugbahn beschlossen, dass eine nahe Schwerkraftumlenkung (Fly-by) zum Mond Triton erfolgen sollte. Bei der Begegnung von Voyager 1 mit Saturn und seinem Mond Titan wurde dies ebenfalls so durchgefĂŒhrt.

Voyager 2 untersuchte die AtmosphĂ€re, Ringe, MagnetosphĂ€re und die Monde Neptuns. Die Sonde entdeckte den „Great Dark Spot“, den mandelförmigen „Small Dark Spot“ (D2) und eine helle, sich hoch ĂŒber der Wolkendecke schnell bewegende Wolke, die „Scooter“ genannt wurde.

Wegen des großen Abstandes erscheint die Sonne ĂŒber 1000-mal schwĂ€cher als auf der Erde, wobei sie mit einer Helligkeit von −21m immer noch sehr hell strahlt. Deshalb stellte man erstaunt fest, dass auf Neptun die stĂ€rksten Winde aller Gasriesen wehen.

Durch die Sonde wurden vier Ringe gefunden und die Ringbögen nachgewiesen. Mit Hilfe ihres „Planetary Radio Astronomy Instruments“ konnte ein Neptuntag auf 16 Stunden und 7 Minuten bestimmt werden. Es wurden Polarlichter (Auroras) entdeckt, die Ă€hnlich der irdischen, jedoch viel komplexer als diese waren.

Voyager 2 entdeckte sechs Monde. Drei Monde wurden im Detail fotografiert: Proteus, Nereid, und Triton. Obwohl Nereid schon 1949 entdeckt wurde, war noch sehr wenig ĂŒber den Mond bekannt. Die Sonde nĂ€herte sich Triton bis auf 40.000 km. Der Trabant war das letzte Missionsziel von Voyager 2. Triton enthĂŒllte bemerkenswert aktive Geysire und man entdeckte Polarkappen. Eine sehr schwache AtmosphĂ€re mit dĂŒnnen Wolken wurde auf dem Trabanten festgestellt.

Die Bilder, die von Voyager 2 zur Erde zurĂŒckgesendet wurden, wurden die Basis eines PBS (Public Broadcasting Service) Nachtprogramms, das sich „Neptune All Night“ nannte.[66]

Mögliche zukĂŒnftige Missionen

Neptun ist ein Gasriese ohne feste OberflÀche. Daher ist eine Mission an der OberflÀche des Planeten mit einer Landeeinheit oder einem Rover nicht möglich.

Das California Institute of Technology (Caltech) arbeitete im Auftrag der US-Raumfahrtbehörde NASA einen Missionsvorschlag fĂŒr einen Neptun-Orbiter aus, der ĂŒber einen Kernreaktor als Energiequelle verfĂŒgen und den Planeten aus einer Umlaufbahn heraus umfassend untersuchen sollte. Die Sonde hĂ€tte außerdem eine oder mehrere AtmosphĂ€renkapseln auf Neptun abwerfen sowie einen oder mehrere Mini-Lander auf Triton absetzen können. Bevorzugte LandeplĂ€tze wĂ€ren der Nord- und SĂŒdpol, wo große Mengen von Wassereis entdeckt wurden.

Ein alternativer Vorschlag kam von dem Planetologen Andrew Ingersoll, einem Studienleiter am CalTech. Ingersoll und seine Mitarbeiter stellten sich eine Mission Ă€hnlich der von Cassini vor, die fĂŒr die Reise zu Neptun und seinem Mond eine Rakete mit konventionellem Antrieb und die Schwerkraft nutzen sollte.[67]

Keiner der MissionsvorschlĂ€ge hat die Projektplanungsphase erreicht. Inzwischen (November 2009) wurde die Mission offensichtlich gestrichen, da sie nicht mehr in den “Solar System Strategic Exploration Plans”[68] aufgefĂŒhrt wird.

Quellen und weiterfĂŒhrende Informationen

Siehe auch

Literatur

  • Patrick Moore, Garry Hunt, Iain Nicholson und Peter Cattermole: Atlas des Sonnensystems. Royal Astronomical Society und Herder-Verlag, 465 S., Freiburg – Basel – Wien 1986, ISBN 3-451-19613-1.
  • Tom Standage: Die Akte Neptun. Die abenteuerliche Geschichte der Entdeckung des 8. Planeten, Campus Verlag, Frankfurt/New York 2000, ISBN 3-593-36676-2.
  • Morton Grosser: Entdeckung des Planeten Neptun. Suhrkamp, Frankfurt a. Main 1970.
  • Ellis D. Miner, et al.: Neptune - the planet, rings and satellites. Springer, London 2002, ISBN 1-85233-216-6.
  • Garry E. Hunt, et al.: Atlas of Neptune. Cambridge Univ. Press, Cambridge 1994, ISBN 0-521-37478-2.
  • Patrick G. J. Irwin: Giant planets of our solar system - atmospheres, composition, and structure. Springer, Berlin 2009, ISBN 978-3-540-85157-8.
  • William Sheehan, Nicholas Kollerstrom, Craig B. Waff: Die Neptun-AffĂ€re. Spektrum der Wissenschaft, April 2005, S. 82–88 (2005), ISSN 0170-2971.

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d NASA Neptune Fact Sheet
  2. ↑ Trio of Neptunes. In: Astrobiology Magazine. 21.05, abgerufen am 6. August 2007.
  3. ↑ Neue ZĂŒrcher Zeitung: Neptun ist zurĂŒck, 10. Juli 2011.
  4. ↑ Stefan Deiters: NEPTUN, Rotationsgeschwindigkeit neu bestimmt in astronews.com, Datum: 12. Juli 2011, abgerufen: 14. Juli 2011
  5. ↑ Neptun tabellarische Übersicht.
  6. ↑ ESO Pressemitteilung zum warmen SĂŒdpol.
  7. ↑ R. Beebe: The clouds and winds of Neptune. In: Planetary Report. 12, 1992, S. 18–21 (Online).
  8. ↑ Sam Williams: Heat Sources Within the Giant Planets. 2004, abgerufen am 10. Oktober 2007 (DOC, englisch).
  9. ↑ J. P. McHugh: Computation of Gravity Waves near the Tropopause. In: AAS/Division for Planetary Sciences Meeting Abstracts. 7. September 1999, S. 53 (Online).
  10. ↑ J. P. McHugh, A. J. Friedson: Neptune’s Energy Crisis: Gravity Wave Heating of the Stratosphere of Neptune. In: Bulletin of the American Astronomical Society. September 1996, S. 1078.
  11. ↑ Ray Villard, Terry Devitt: Brighter Neptune Suggests a Planetary Change of Seasons. Hubblesite, 15. Mai 2003, abgerufen am 17. Juni 2009 (englisch).
  12. ↑ H. B. Hammel, R. F. Beebe, E. M. De Jong, C. J. Hansen, C. D. Howell, A. P. Ingersoll, T. V. Johnson, S. S. Limaye, J. A. Magalhaes, J. B. Pollack, L. A. Sromovsky, V. E. Suomi, C. E. Swift: Neptune’s wind speeds obtained by tracking clouds in Voyager images. In: Science. 245, 1989, S. 1367–1369, doi:10.1126/science.245.4924.1367, PMID 17798743.
  13. ↑ a b www.solarviews.com
  14. ↑ Astronews RĂ€tsel um Magnetfelder gelöst?
  15. ↑ C. T. Russell, J. G. Luhmann: Neptune: Magnetic Field and Magnetosphere. UCLA – IGPP Space Physics Center, 1997, abgerufen am 13. September 2007 (englisch).
  16. ↑ Encyclopédia Britannica Online 2007 Neptune.
  17. ↑ Missions to Neptune. The Planetary Society, 2007, abgerufen am 11. Oktober 2007 (englisch).
  18. ↑ a b c d B. A. Smith, L. A. Soderblom, D. Banfield, C. Barnet, R. F. Beebe, A. T. Bazilevskii, K. Bollinger, J. M. Boyce, G. A. Briggs, A. Brahic: Voyager 2 at Neptune: Imaging Science Results. In: Science. 246, 1989, S. 1422-1449, doi:10.1126/science.246.4936.1422.
  19. ↑ a b c Nasa Neptunian rings factsheet
  20. ↑ a b C. C. Porco: An Explanation for Neptune’s Ring Arcs. In: Science. 253, 1991, S. 995, doi:10.1126/science.253.5023.995.
  21. ↑ a b c Imke de Pater, Seran G. Gibbard, Eugene Chiang,Heidi B. Hammel, Bruce Macintosh, Franck Marchis, Shuleen C. Martin, Henry G. Roe, Mark Showalter: The dynamic neptunian ring arcs: evidence for a gradual disappearance of LibertĂ© and resonant jump of courage. In: Icarus. 174, 2005, S. 263, doi:10.1016/j.icarus.2004.10.020.
  22. ↑ Planetary Society description
  23. ↑ IAUC 4867
  24. ↑ a b B. Sicardy, F. Roques, A. Brahic: Neptune’s Rings, 1983–1989 Ground-Based Stellar Occultation Observations. In: Icarus. 89, 1991, S. 220, doi:10.1016/0019-1035(91)90175-S.
  25. ↑ M. R. Showalter, J. N. Cuzzi: Physical Properties of Neptune’s Ring System. In: Bulletin of the American Astronomical Society. 24, 1992, S. 1029 (Online, abgerufen am 22. April 2010).
  26. ↑ B. Sicardy, F. Roddier, C. Roddier, E. Perozzi1, J. E. Graves, O. Guyon, M. J. Northcott: Images of Neptune’s ring arcs obtained by a ground-based telescope. In: Nature. 400, 1999, S. 731-733, doi:10.1038/23410.
  27. ↑ Christophe Dumas, Richard J. Terrile, Bradford A. Smith, Glenn Schneider, E. E. Becklin: Stability of Neptune’s ring arcs in question. In: Nature. 400, 1999, S. 733-735.
  28. ↑ a b Neptune’s rings are fading away. In: New Scientist. 2492, 2005, S. 21 (Online, abgerufen am 22. April 2010).
  29. ↑ a b M. R. Showalter, J. A. Burns, I. de Pater, D. P. Hamilton, J. J. Lissauer, G. Verbanac: Updates on the dusty rings of Jupiter, Uranus and Neptune. In: Dust in Planetary Systems, Proceedings of the conference held September 26–28, 2005 in Kaua’i, Hawaii. 2005, S. 130 ([http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=2005LPICo1280..130S&db_key=AST&data_type=HTML&format=&high=444b66a47d23893 Online).
  30. ↑ Neptune’s rings are fading away. In: New Scientist. Nr. 2493, 26. MĂ€rz 2005 (Online, abgerufen am 22. April 2010).
  31. ↑ Philip D. Nicholson, Maren L. Cooke, Keith Matthews, Keith, Jonathan H. Elias, Gerard Gilmore: Five Stellar Occultations by Neptune: Further Observations of Ring Arcs. In: Icarus. 87, 1990, S. 1, doi:10.1016/0019-1035(90)90020-A (Online).
  32. ↑ Gazetteer of Planetary Nomenclature Ring and Ring Gap Nomenclature. USGS – Astrogeology Research Program, 8. Dezember 2004, abgerufen am 22. April 2010 (englisch).
  33. ↑ Alan P. Boss: Formation of gas and ice giant planets. In: Earth and Planetary Science Letters. Elsevier, 30. September 2002, abgerufen am 5. MĂ€rz 2008 (englisch).
  34. ↑ Edward W. Thommes, Martin J. Duncan, Harold F. Levison: The formation of Uranus and Neptune among Jupiter and Saturn. In: Astrophysics. 2001, S. 2862, arXiv:astro-ph/0111290, doi:10.1086/339975.
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Weblinks

 Commons: Neptun â€“ Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien
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