Unsere seltsamen Nachbarn, Teil 2: Uranus

Alle Planeten unseres Sonnensystems entstanden etwa zur selben Zeit aus dem gleichen Urnebel. Um so erstaunlicher ist ihre Unterschiedlichkeit. Der siebte Planet, Uranus, ist eines der seltsamsten Gestirne, die um die Sonne kreisen. Seine ungewöhnlichsten Merkmale sind wahrscheinlich auf Ereignisse in der seiner Frühzeit zurückzuführen.

Am 23. März 1781 richtete der im englischen Bath lebende Astronom Wilhelm Herschel (1738 – 1822) sein selbst gebautes Spiegelteleskop auf den Nachthimmel, um nach unbekannten Objekten zu suchen. Er wurde tatsächlich fündig. Ein scheinbar bisher nicht bekannter Himmelskörper zeichnete sich als eine kleine Scheibe ab. Es konnte sich also nicht um einen Fixstern handeln. Herschel beobachtete das Objekt auch in den folgenden Nächten und stellte fest, dass der Lichtpunkt ein bisschen weitergewandert war. Er glaubte, einen Kometen entdeckt zu haben und machte seinen Fund in Fachkreisen bekannt. Und nun visierten viele andere europäische Sternwarten den Himmelskörper an.

Erst zwei Jahre später setzte sich unter den Astronomen die Erkenntnis durch, dass es sich bei dem von Herschel entdeckten Objekt nicht um einen Kometen oder Fixstern handelte, sondern um einen Körper, der die Sonne umkreiste. Das Sonnensystem besaß nun sieben bekannte Planeten. Eine wichtige Rolle spielten dabei die Beobachtungen des am Berliner Observatorium wirkenden Johann Elert Bode (1747 – 1826). Man stellte auch fest, dass der Planet bereits in einigen früheren Katalogen als Stern eingetragen worden war. Bei der Benennung des Planeten folgte man der bisherigen Tradition und gab ihm den Namen einer antiken Gottheit: Uranus.

In Schieflage um die Sonne

Uranus war das erste neue Mitglied der solaren Planetenfamilie, das noch nicht in der Antike bekannt gewesen war. Die Astronomen fanden in der Folgezeit einige erstaunliche Fakten über den siebten Planeten heraus. Es handelte sich nicht nur um einen Riesen, der weit außerhalb der Saturnbahn die Sonne umkreiste, man fand nach und nach auch einige seltsame Eigenschaften heraus.

Ein Bild des Uranus, das von dem Raumraumteleskop Hubble gemacht wurde
Dieses Bild des Uranus wurde von dem Weltraumteleskop Hubble mit Infrarot-Filtern gemacht. Es zeigt Details der Atmosphäre sowie die Ringe des Planeten. (Bild:
NASA/JPL/STScI)

Bei den meisten Planeten steht die Rotationsachse ungefähr senkrecht zur Orbitalebene. Das heißt, dass sich der Äquator und die Umlaufbahnen der Planeten ungefähr in einer Ebene befinden. Eine auffallende Ausnahme bildet Uranus. Seine Rotationsachse ist um 97,77 Grad zur Bahnebene gekippt. Er umkreist die Sonne sozusagen auf der Seite liegend. Dies bedeutet, dass die Sonne während des 84 Erdjahre dauernden Uranusjahres zeitweise direkt auf einen der geographischen Pole scheint.

Aber das ist noch nicht alles. Auch das Magnetfeld ist gekippt, aber anders als die Rotationsachse. Die magnetischen Pole sind um 59 Grad von den geographischen entfernt. Sie befinden sich also näher am Äquator als an den geographischen Polen. Noch dazu ist die Achse zwischen den magnetischen Polen vom Planetenmittelpunkt um ungefähr ein Drittel des Radius versetzt. Zudem glaubt man, dass das Magnetfeld insgesamt vier statt zwei Pole besitzt.

Grafik des Uranus mit eingezeichneter Rotationsachse sowie dem Magnetfeld
Beim Uranus scheint einiges durcheinandergeraten zu sein. Die geografischen Pole liegen fast in der Orbitalebene, und das Magnetfeld ist um ein gutes Stück verschoben. (Bild: A. Mößmer)

Diese ungewöhnliche Ausrichtung und das seltsame Durcheinander der Pole könnte auf eine Kollision des Planeten mit einem oder mehreren Körpern zurückzuführen sein. Falls es sich um einen einzelnen Körper gehandelt hatte, könnte dieser doppelt so groß wie die Erde gewesen sein. Vermutlich ereignete sich der Zusammenstoß in der wilden Frühzeit unseres Sonnensystems vor etwa vier Milliarden Jahren, als noch mehr Objekte um die Sonne schwirrten und manchmal miteinander kollidierten.

Uranus zeigt, wie unterschiedlich die Entwicklung oder das Schicksal von Planeten verlaufen kann. Noch fremdere Welten können wir wahrscheinlich in anderen Sonnensystemen erwarten.

Der äußerste Rand: Die Oortsche Wolke

Sie ist von der Sonne so weit entfernt, dass man sie nicht sehen kann, und doch nehmen die meisten Astronomen nehmen an, dass sie existiert. Sie ist der äußerste Rand des Sonnensystems: die Oortsche Wolke.

Im Dezember 2018 gab die NASA ein historisches Ereignis bekannt: Die Sonde Voyager 2 hatte die Heliopause erreicht. Dabei handelt es sich um den äußersten Rand der Heliosphäre, einer durch den Sonnenwind geschaffenen blasenartigen Region, die sich um die Sonne und ihren Planeten ausbreitet und die interstellaren Ströme aus Gasen und Teilchen abweist. Voyager 2 befand sich zu diesem Zeitpunkt 119 Astronomische Einheiten (AE) von der Sonne entfernt.

Die Heliopause wird oft als Grenze des Sonnensystems bezeichnet. Die gleiche Grenze hatte die Schwestersonde Voyager 1 als erstes von Menschen gemachte Objekt bereits im Dezember 2004 überschritten.

Die Voyager-Sonden hatten auf ihrer Reise in den interstellaren Raum den achten Planeten, Neptun, der etwa in einer Entfernung von 30 AE um die Sonne kreist, weit hinter sich gelassen. Und sie hatten sogar den aus vielen kleinen eisigen Objekten bestehenden Kuipergürtel (30 – 50 AE von der Sonne entfernt), zu dem auch der Ex-Planet Pluto gehört, durchquert. Obwohl der Bereich, in den die Sonden nun vordringen, bereits als interstellarer Raum bezeichnet wird, ist hier das Sonnensystem noch nicht ganz zu Ende. In einer noch größeren Entfernung, am äußersten Rand, soll es weitere Objekte geben – Überreste aus der Urzeit des Sonnensystems: die Oortsche Wolke.

Ganz weit draußen

Schon in den 1930er-Jahren spekulierte der aus Estland stammende Astronom Ernst Öpik, dass es weit jenseits der Umlaufbahn des Pluto noch weitere Objekte geben müsse. Einige dieser Körper würden ab und zu als Kometen in den inneren Bereich des Sonnensystems gelangen. In den 1950er-Jahre griff der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort diese Idee auf. Er vermutete, dass das Sonnensystem von einer Unzahl kleiner Körper umringt ist. Zwar konnte diese nach ihm benannte „Oortsche Wolke“ nicht direkt nachgewiesen werden, da die Körper in dieser Region zu klein und zu weit entfernt waren, um in Teleskopen sichtbar zu werden. Aber die hypothetische schalenförmige Wolke erklärte, wie bereits Öpik vermutet hatte, die Herkunft langperiodischer Kometen.

Im Gegensatz zu den Planeten, dem Asteroidengürtel und vielen Objekten im Kuipergürtel umkreisen die Objekte in der Oortschen Wolke die Sonne nicht unbedingt in derselben Richtung in einer Orbitalebene. Stattdessen können sie sich in verschiedenen Richtungen und Neigungen um das Zentralgestirn des Sonnensystems bewegen und dabei eine Blase aus eisigen Trümmern bilden. Deshalb spricht man – anders als beim Asteroiden- und beim Kuipergürtel – von einer Wolke.

Die Existenz der Oortschen Wolke wird heute im Großen und Ganzen von der Wissenschaft akzeptiert. Über deren Ausmaß kann jedoch nur spekuliert werden. Es wird vermutet, dass die Oortsche Wolke in einer Entfernung von 2000 bis 5000 AE von der Sonne beginnt. Der äußere Rand könnte bei 10000 bis 100000 AE liegen. Die Voyager-Sonden werden demnach den inneren Bereich erst in einigen Hundert Jahren erreichen, und es wird viele Tausend Jahre dauern, bis sie die Wolke durchquert haben.

Grafik der Oortschen Wolke
Die Planetenbahnen und der weiter außen liegende Kuipergürtel liegen in etwa einer Ebene. Den äußersten Rand bildet die Ortsche-Wolke, die das Sonnensystem wie eine dicke Schale umgibt. Das Bild ist nicht maßstabsgetreu. (Bild: A. Mößmer)

Die Entstehung der Oortschen Wolke

Nach Meinung vieler Wissenschaftler waren die eisigen Objekte der Oortschen Wolke nicht immer so weit von der Sonne entfernt. Nachdem sich die Planeten vor 4,6 Milliarden Jahren gebildet hatten, schwirrten in der inneren Region des Sonnensystem noch viele kleine Körper, sogenannte Planetesimale, umher. Diese Planetesimale hatten sich aus demselben Material wie die Planeten gebildet. Durch die Schwerkraft der großen Gestirne, hauptsächlich des Jupiter, zerstreuten sie sich jedoch in alle Richtungen.

Einige der Planetesimale wurden ganz aus dem Sonnensystem kapultiert, während andere am äußersten Rand exzentrische Bahnen um die Sonne einnahmen. In der Oortschen Wolke befinden sich unter Umständen auch Körper, die nicht aus dem Umkreis der Sonne stammen. Wahrscheinlich sind andere Sterne von vergleichbaren Wolken aus Kleinstkörpern umgeben.

Besucher vom Außenbezirk

In jüngerer Zeit kamen in den inneren Bereich des Sonnensystems zwei Besucher, die vermutlich aus der Oortschen Wolke stammten: die Kometen C/2012 S1 (ISON) und C/2013 A1 Siding Spring (in den Bezeichnungen sind jeweils das Jahr der Entdeckung enthalten). C/2012 S1 (ISON) löste sich in kleine Teile auf, als er der Sonne zu nahe kam. Siding Spring flog in einer Entfernung von 140800 Kilometern am Mars vorbei und überlebte seine Reise durch das innere Sonnensystem. Er wird voraussichtlich in etwa 740000 Jahren wieder zurückkommen.

Foto des Kometen Siding Spring
Der wahrscheinlich aus der Oortschen Wolke kommende Komet Siding Spring wurde 2013 von dem Weltraumteleskop NEOWISE entdeckt. Dieses Bild ist eine Kombination von vier Aufnahmen. Deshalb erscheint der Komet (rötlich gefärbt) viermal. (Bild: NASA/JPL-Caltech)