Neptun (Planet)

Entdeckung

Die erste mögliche Sichtung von Neptun wird von Galileo vermutet, da seine Zeichnungen Neptun in der Nähe von Jupiter zeigten. Aber Galilei wurde die Entdeckung nicht zugeschrieben, da er Neptun nicht für einen Planeten, sondern für einen "Fixstern" hielt. Wegen der langsamen Bewegung von Neptun über den Himmel war Galileis kleines Teleskop nicht stark genug, um Neptun als einen Planeten zu entdecken.

1821 veröffentlichte Alexis Bouvard die astronomischen Tabellen der Umlaufbahn des Uranus. Spätere Beobachtungen zeigten, dass sich Uranus auf seiner Umlaufbahn unregelmäßig bewegte, was einige Astronomen an einen anderen großen Körper denken ließ, der die Ursache für die unregelmäßigen Bewegungen des Uranus war. 1843 berechnete John Couch Adams die Umlaufbahn eines achten Planeten, der möglicherweise die Umlaufbahn des Uranus beeinflussen würde. Er sandte seine Berechnungen an Sir George Airy, den königlichen Astronomen, der Adams um eine Erklärung bat. Adams begann, eine Kopie der Antwort anzufertigen, schickte sie aber nie ab.

1846 machte Urbain Le Verrier, der nicht mit Adams zusammenarbeitete, seine eigenen Berechnungen, erhielt aber auch nicht viel Aufmerksamkeit von den französischen Astronomen. Im selben Jahr begann John Herschel jedoch, die mathematische Methode zu unterstützen und ermutigte James Challis zur Suche nach dem Planeten. Nach langer Verzögerung begann Challis im Juli 1846 seine unwillige Suche. In der Zwischenzeit hatte Le Verrier Johann Gottfried Galle davon überzeugt, nach dem Planeten zu suchen.

Obwohl Heinrich d'Arrest noch Student an der Berliner Sternwarte war, schlug er vor, dass eine neu gezeichnete Karte des Himmels in der Region des von Le Verrier vorhergesagten Gebietes mit dem aktuellen Himmel verglichen werden könnte, um die Veränderung der Position eines Planeten im Vergleich zu einem Fixstern zu suchen. Neptun wurde dann noch in derselben Nacht am 23. September 1846 entdeckt, und zwar innerhalb von 1° (ein Grad (Winkel) von der von Le Verrier vorhergesagten Position und etwa 10° von Adams' Vorhersage entfernt. Challis fand später heraus, dass er den Planeten im August zweimal gesehen hatte, wobei er ihn aufgrund seines unvorsichtigen Umgangs mit dem Werk nicht erkannt hatte.

Namensnennung und Nennung

Nachdem sich die Nachricht von der Entdeckung des Neptun verbreitete, gab es auch zwischen den Franzosen und den Briten viel Streit darüber, wem die Entdeckung zu verdanken sei. Später entschied ein internationales Abkommen, dass sowohl Le Verrier als auch Adams zusammen den Ruhm verdienten. Nach der Wiederentdeckung der "Neptun-Papiere" (historische Dokumente des Royal Greenwich Observatory) im Jahr 1998, die anscheinend vom Astronomen Olin Eggen gestohlen und fast drei Jahrzehnte lang aufbewahrt worden waren und erst kurz nach seinem Tod (in seinem Besitz) wiederentdeckt wurden, befassten sich Historiker erneut mit dem Thema. Nach Durchsicht der Dokumente sind einige Historiker nun der Meinung, dass Adams nicht die gleiche Ehre wie Le Verrier verdient.

Kurz nach seiner Entdeckung wurde Neptun vorübergehend "der Planet außerhalb von Uranus" oder "der Planet von Le Verrier" genannt. Der erste Vorschlag für einen Namen kam von Galle. Er schlug den Namen Janus vor. In England schlug Challis den Namen Oceanus vor. In Frankreich schlug Arago vor, den neuen Planeten Leverrier zu nennen, ein Vorschlag, der außerhalb Frankreichs auf heftigen Widerstand stieß. Die französischen Almanache führten umgehend wieder die Namen Herschel für Uranus und Leverrier für den neuen Planeten ein.

In der Zwischenzeit schlug Adams aus unterschiedlichen und unterschiedlichen Gründen vor, den georgischen Namen in Uranus zu ändern, während Leverrier (über den Längengrad) Neptun für den neuen Planeten vorschlug. Struve gab der Sankt Petersburger Akademie der Wissenschaften am 29. Dezember 1846 seine Unterstützung für diesen Namen. Bald wurde Neptun international von vielen Menschen befürwortet und war dann der offizielle Name für den neuen Planeten. In der römischen Mythologie war Neptun der Gott des Meeres, identifiziert mit dem griechischen Gott Poseidon.

Masse und Zusammensetzung

Mit 10,243×1025 kg liegt Neptun mit seiner Masse zwischen der Erde und den größten Gasriesen; Neptun hat siebzehn Erdmassen, aber nur 1/18 der Masse des Jupiters. Neptun und Uranus werden oft als Teil einer Unterklasse von Gasriesen betrachtet, die als "Eisriesen" bekannt sind, da sie im Vergleich zu Jupiter und Saturn kleiner sind und große Unterschiede in ihrer Zusammensetzung aufweisen. Bei der Suche nach extrasolaren Planeten wurde Neptun als Referenz verwendet, um die Größe und Struktur des entdeckten Planeten zu bestimmen. Einige entdeckte Planeten, die ähnliche Massen wie Neptun haben, werden oft als "Neptun" bezeichnet, so wie Astronomen verschiedene extrasolare "Jupiter" bezeichnen.

Die Neptunatmosphäre besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, mit einem geringeren Anteil an Helium. Eine winzige Menge Methan wird ebenfalls in der Atmosphäre nachgewiesen. Wichtige Absorptionsbanden von Methan treten bei Wellenlängen über 600 nm im roten und infraroten Bereich des Spektrums auf. Diese Absorption von rotem Licht durch das atmosphärische Methan verleiht Neptun seinen blauen Farbton.

Da Neptun so weit von der Sonne entfernt umkreist, erhält er mit den obersten Regionen der Atmosphäre bei -218 °C (55 K) nur sehr wenig Wärme. Tiefer im Inneren der Gasschichten steigt die Temperatur jedoch langsam an. Wie beim Uranus ist die Quelle dieser Erwärmung unbekannt, aber die Unterschiede sind größer: Neptun ist der am weitesten von der Sonne entfernte Planet, doch seine innere Energie ist stark genug, um die schnellsten Winde zu erzeugen, die man im Sonnensystem beobachten kann. Es wurden mehrere mögliche Erklärungen vorgeschlagen, darunter die radiogene Erwärmung durch den Planetenkern, die fortgesetzte Strahlung in den Weltraum von Wärmeresten, die während der Geburt des Planeten durch einfallendeMaterie entstanden sind, und die Gravitationswellen, die sich oberhalb der Tropopause brechen.

Man geht davon aus, dass die Struktur des Inneren von Neptun der Struktur des Inneren von Uranus sehr ähnlich ist. Wahrscheinlich gibt es einen Kern, von dem man annimmt, dass er aus etwa 15 Erdmassen besteht, die aus geschmolzenem Gestein und Metall bestehen und von einer Mischung aus Gestein, Wasser, Ammoniak und Methan umgeben sind. Die hohen Drücke halten den eisigen Teil dieser umgebenden Mischung trotz der hohen Temperaturen in der Nähe des Kerns als Feststoff fest. Die Atmosphäre, die sich etwa 10 bis 20% des Weges zum Zentrum hin erstreckt, besteht in großen Höhen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. Weitere Mischungen aus Methan, Ammoniak und Wasser finden sich in den unteren Bereichen der Atmosphäre. Sehr langsam vermischt sich dieser dunklere und heißere Bereich mit dem überhitzten flüssigen Inneren. Der Druck im Zentrum von Neptun ist millionenfach höher als der auf der Erdoberfläche. Vergleicht man seine Rotationsgeschwindigkeit mit dem Grad seiner Abplattung, so zeigt sich, dass seine Masse im Gegensatz zu Uranus zum Zentrum hin weniger konzentriert ist.

Wetter und Magnetfeld

Ein Unterschied zwischen Neptun und Uranus ist der Grad der beobachteten (gesehenen oder gemessenen) meteorologischen Aktivität. Als die Raumsonde Voyager 1986 am Uranus vorbeiflog, wurden auf diesem Planeten milde Winde beobachtet. Als die Voyager 1989 am Neptun vorbeiflog, wurden starke Wetterereignisse beobachtet. Das Wetter auf Neptun hat extrem aktive Sturmsysteme. Seine Atmosphäre weist die höchsten Windgeschwindigkeiten im Sonnensystem auf, die vermutlich durch den internen Wärmestrom angetrieben werden. Regelmäßige Winde in der Äquatorialregion haben Geschwindigkeiten von etwa 1.200 km/h (750 mph), während Winde in Sturmsystemen bis zu 2.100 km/h erreichen können, also nahezu Überschallgeschwindigkeiten.

1989 wurde der Große Dunkle Fleck, ein zyklonales Sturmsystem von der Größe Eurasiens, von der NASA-Raumsonde Voyager 2 entdeckt. Der Sturm ähnelte dem Großen Roten Fleck des Jupiters. Am 2. November 1994 konnte das Hubble-Weltraumteleskop den Großen Roten Fleck auf dem Planeten jedoch nicht sehen. Stattdessen wurde ein neuer, dem Großen Roten Fleck ähnlicher Sturm auf der Nordhalbkugel des Planeten gefunden. Der Grund für das Verschwinden des Großen Dunklen Flecks ist unbekannt. Eine mögliche Theorie ist, dass die Wärmeübertragung aus dem Planetenkern das atmosphärische Gleichgewicht und die bestehenden Zirkulationsmuster gestört hat. Der Scooter ist ein weiterer Sturm, eine weiße Wolkengruppe, die weiter südlich als der Große Dunkle Fleck liegt. Seinen Spitznamen erhielt er, als er zum ersten Mal in den Monaten vor der Voyager-Begegnung im Jahr 1989 bemerkt wurde: Er bewegte sich schneller als der Große Dunkle Fleck. Spätere Bilder zeigten Wolken, die sich noch schneller bewegten als Scooter. The Wizard's Eye/Dark Spot 2 ist ein weiterer südlicher Wirbelsturm, der zweitstärkste Sturm, der während der Begegnung von 1989 beobachtet wurde. Ursprünglich war er völlig dunkel, aber als sich die Voyager dem Planeten näherte, entwickelte sich ein heller Kern, der auf den meisten Bildern mit der höchsten Auflösung zu sehen ist.

Im Gegensatz zu anderen Gasriesen zeigt die Atmosphäre von Neptun hohe Wolken, die auf einer dicken Wolkendecke darunter Schatten werfen. Obwohl die Atmosphäre von Neptun viel aktiver ist als die von Uranus, bestehen beide Planeten aus den gleichen Gasen und Eismassen. Uranus und Neptun sind nicht genau dieselbe Art von Gasriesen wie Jupiter und Saturn, sondern eher Eisriesen, d.h. sie haben einen größeren festen Kern und bestehen ebenfalls aus Eis. Neptun ist sehr kalt, mit Temperaturen von bis zu -224 °C (-372 °F oder 49 K), die 1989 an den Wolkengipfeln gemessen wurden.

Auch in seiner Magnetosphäre weist Neptun Ähnlichkeiten mit Uranus auf, mit einem Magnetfeld, das im Vergleich zu seiner Rotationsachse um 47° stark geneigt und um mindestens 0,55 Radien (etwa 13.500 Kilometer) vom physikalischen Zentrum des Planeten versetzt ist. Beim Vergleich der Magnetfelder der beiden Planeten gehen die Wissenschaftler davon aus, dass der extreme Verlauf charakteristisch für Strömungen im Inneren des Planeten sein könnte und nicht das Ergebnis der seitlichen Rotationsbewegung des Uranus ist. ^[]

Um den blauen Planeten sind sehr kleine blaue Farbringe entdeckt worden, die jedoch nicht so bekannt sind wie die Ringe des Saturn. Als diese Ringe von einem Team unter der Leitung von Edward Guinan entdeckt wurden, dachte man ursprünglich, dass die Ringe möglicherweise keine vollständigen Ringe sind. Dies wurde jedoch von Voyager 2 widerlegt. Die Planetenringe des Neptun haben eine seltsame "klumpige" Anordnung. Obwohl die Ursache derzeit noch unbekannt ist, glauben einige Wissenschaftler, dass sie möglicherweise auf den Gravitationskontakt mit kleinen Monden zurückzuführen ist, die in ihrer Nähe kreisen. ^[]

Der Nachweis, dass die Ringe unvollständig sind, begann erstmals Mitte der 1980er Jahre, als man feststellte, dass die Sternbedeckung nur selten ein zusätzliches "Blinzeln" kurz vor oder nach der Bedeckung des Sterns durch den Planeten zeigte. Bilder von Voyager 2 aus dem Jahr 1989 lösten das Problem, als festgestellt wurde, dass das Ringsystem mehrere schwache Ringe aufweist. Der am weitesten entfernte Ring, Adams, hat drei berühmte Bögen, die jetzt Liberté, Egalité und Fraternité (Freiheit, Gleichheit und Brüderlichkeit) heißen.

Die Existenz von Bögen ist sehr schwer zu verstehen, da die Bewegungsgesetze voraussagen würden, dass sich Bögen in sehr kurzer Zeit zu einem einzigen Ring ausbreiten. Man geht heute davon aus, dass die Bögen durch die Gravitationswirkung von Galatea, einem Mond, der sich gerade innerhalb des Rings befindet, entstanden sind.

Mehrere andere Ringe wurden von den Voyager-Kameras entdeckt. Auch beim dünnen Adams Ring, der etwa 63.000 km vom Zentrum des Neptun entfernt ist, liegt der Leverrier-Ring bei 53.000 km und der breitere, kleinere Galle-Ring bei 42.000 km. Eine sehr kleine Ausdehnung des Leverrier-Rings nach außen wurde Lassell genannt; er ist an seinem äußeren Rand in 57.000 km Entfernung vom Arago-Ring umgeben.

Neue Beobachtungen auf der Erde, die 2005 veröffentlicht wurden, schienen zu zeigen, dass die Neptunringe viel instabiler sind als bisher angenommen. Um genau zu sein, sieht es so aus, dass der Liberté-Ring in weniger als 100 Jahren vielleicht schnell verschwinden könnte. Die neuen Beobachtungen scheinen unser Verständnis der Neptunringe stark zu verwirren.

Neptun hat insgesamt 14 bekannte Monde. Da Neptun der römische Meeresgott war, wurden die Monde des Planeten nach kleineren Meeresgöttern oder -göttinnen benannt. Der größte und einzige Mond, der groß genug ist, um die Form einer Kugel zu haben, ist Triton (ausgesprochen: ˈtraɪtən), der von William Lassell nur 17 Tage nach der Entdeckung von Neptun selbst entdeckt wurde. Im Gegensatz zu allen anderen großen planetarischen Monden hat Triton eine rückläufige Umlaufbahn, was zeigt, dass der Mond wahrscheinlich eingefangen wurde und vielleicht einmal ein Objekt des Kuipergürtels war. Er ist nahe genug an Neptun, um in eine synchrone Umlaufbahn gebracht zu werden, und bewegt sich langsam in Neptun hinein und wird eines Tages auseinandergerissen werden, wenn er die Roche-Grenze überschreitet. Triton ist das kälteste Objekt, das im Sonnensystem gemessen wurde, mit Temperaturen von -235 °C (38 K, -392 °F). Sein Durchmesser beträgt 2700 km (80% des Erdmondes, Luna), seine Masse 2,15×1022 kg (30% der Luna), sein Bahndurchmesser 354.800 km (90% der Luna) und seine Umlaufzeit 5.877 Tage (20% der Luna).

Neptuns zweiter bekannter Mond (in der Reihenfolge der Entfernung), der ungerade Mond Nereid, hat eine der ungewöhnlichsten Umlaufbahnen aller Satelliten im Sonnensystem.

Von Juli bis September 1989 entdeckte Voyager 2 sechs Neumonde des Neptuns. Von diesen ist der klumpig geformte Proteus das größte bekannte Objekt, das nicht durch seine eigene Schwerkraft zu einer Kugel geformt wurde. Obwohl er der zweitmassivste neptunische Mond ist, hat er nur ein Viertel von einem Prozent der Masse von Triton. Die vier Neptunmonde Naiad, Thalassa, Despina und Galatea, die Neptun am nächsten liegen, kreisen nahe genug, um sich innerhalb der Neptunringe zu befinden.

Die am weitesten entfernte Larissa wurde ursprünglich 1981 entdeckt, als sie einen Stern verdeckt hatte. Dem Mond wurde zugeschrieben, dass er die Ringbögen von Neptun verursachte, als Voyager 2 1989 Neptun beobachtete. Fünf neue ungewöhnliche Monde, die zwischen 2002 und 2003 entdeckt wurden, wurden 2004 angekündigt. Der jüngste Mond wurde bei der Untersuchung von Bildern des Hubble-Teleskops am 16. Juli 2013 entdeckt. Er hat einen Durchmesser von nur 12 Meilen, so dass er selbst vom Raumschiff Voyager 2 nicht entdeckt werden kann.

Neptun kann nicht allein mit bloßem Auge gesehen werden, da die normale Helligkeit von Neptun zwischen +7,7 und +8,0 liegt, was von den Galileischen Monden des Jupiter, dem Zwergplaneten Ceres und den Asteroiden 4 Vesta, 2 Pallas, 7 Iris, 3 Juno und 6 Hebe überstrahlt werden kann. Ein Teleskop oder ein starkes Fernglas zeigt Neptun als einen kleinen blauen Punkt, ähnlich wie Uranus. Die blaue Farbe kommt vom Methan in seiner Atmosphäre. Seine geringe offensichtliche Größe hat es schwierig gemacht, ihn visuell zu untersuchen; die meisten Teleskopdaten waren bis zur Ankunft des Hubble-Weltraumteleskops und großer bodengebundener Teleskope mit adaptiver Optik recht begrenzt.

Mit einer Umlaufzeit (siderische Periode) von 164,88 julianischen Jahren wird Neptun bald (zur Entdeckung) an denselben Ort am Himmel zurückkehren, an dem er 1846 entdeckt wurde. Dies wird zu drei verschiedenen Zeiten geschehen, auch mit einer vierten, in der er dieser Position sehr nahe kommen wird. Dies sind der 11. April 2009, an dem er sich in progradierterBewegung befinden wird, der 17. Juli 2009, an dem er sich in rückläufiger Bewegung befinden wird, und der 7. Februar 2010, an dem er sich in progradierter Bewegung befinden wird. Sie wird sich auch sehr nahe am gleichen Punkt seit der Entdeckung von 1846 Ende Oktober bis Anfang bis Mitte November 2010 befinden, wenn Neptun auf den genauen Grad seiner Entdeckung hin von der rückläufigen zur direkten Bewegung übergeht und dann innerhalb von 2 Bogenminuten an diesem Punkt (am nächsten am 7. November 2010) für einen Moment entlang der Ekliptik stehen bleibt. Dies wird für etwa die nächsten 165 Jahre das letzte Mal sein, dass sich Neptun an seinem Entdeckungspunkt befindet.

Dies erklärt sich durch die Idee der Retrogradation. Wie alle Planeten und Asteroiden im Sonnensystem jenseits der Erde durchläuft Neptun während seiner synodischen Periode an bestimmten Punkten eine Retrogradation. Neben dem Beginn der Retrogradation sind weitere Ereignisse innerhalb der synodischen Periode die astronomische Opposition, die Rückkehr zur Progradationsbewegung und die Konjunktion mit der Sonne.

Auf seiner Umlaufbahn um die Sonne kehrte Neptun im August 2011 zu seinem ursprünglichen Entdeckungspunkt zurück.

Bisher hat nur ein Raumschiff Neptun besucht. Die NASA-Sonde Voyager2 flog bei ihrer nächsten Begegnung am 25. August 1989 schnell an dem Planeten vorbei und war der letzte Planet, der von mindestens einem Raumschiff besucht wurde.

Eine der wichtigsten Entdeckungen von Voyager 2 war der sehr nahe Vorbeiflug an Triton, bei dem Aufnahmen von mehreren Teilen des Mondes gemacht wurden. Die Sonde entdeckte auch den Großen Dunklen Fleck, obwohl er jetzt verschwunden ist, nachdem das Hubble-Weltraumteleskop 1994 Bilder von Neptun gemacht hatte. Ursprünglich dachte man, es handele sich um ein großes Wolken- oder Zyklonsturmsystem, später vermutete man nur noch ein Loch in der sichtbaren Wolkendecke.

Neptun erwies sich als der windstärkste aller Gasriesen des Sonnensystems. In den äußeren Regionen des Sonnensystems, wo die Sonne mehr als 1000-mal schwächer scheint als auf der Erde (immer noch sehr hell mit einer Helligkeit von -21), geschah der letzte der vier Giganten tatsächlich so, wie die Wissenschaftler erwartet hatten. Man könnte meinen, je weiter ein Planet von der Sonne entfernt ist, desto weniger Energie und Wärme wäre nötig, um die sehr starken Winde zu erzeugen und umzulaufen. Die Winde auf dem Jupiter waren bereits Hunderte von Kilometern pro Stunde. Anstatt langsamere Winde zu sehen, fanden die Wissenschaftler schnellere Winde (über 1600 km/h) auf dem weiter entfernten Neptun.

Eine mögliche Vermutung für die Ursache der schnelleren Windgeschwindigkeiten ist, dass, wenn genügend Energie erzeugt wird, Turbulenzen entstehen, die die Winde verlangsamen (wie die des Jupiter). Bei Neptun gibt es jedoch so wenig Sonnenenergie, dass die Winde, sobald sie einmal gestartet sind, auf sehr wenig Widerstand stoßen und sehr hohe Geschwindigkeiten halten können. Jedenfalls gibt Neptun mehr Energie ab, als er von der Sonne erhält, und die interne Energiequelle dieser Winde bleibt unbestimmt.

Die Bilder, die 1989 von Voyager 2 zur Erde zurückgeschickt wurden, wurden zur Grundlage eines PBS-Ganz-nachtprogramms namens Neptun All Night.