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Eisige Außenwelt: Wie der Neptun entdeckt wurde

Seit der Herabstufung Plutos zum bloßen Zwergplaneten ist der Neptun der äußerste Planet in unserem Sonnensystem. Seine Entdeckung am 23. September 1846 verdankt der Eisriese aber nicht einem bloßen Zufall, sondern einer mathematisch-physikalisch geleiteten gezielten Suche. Denn der innere Nachbar Uranus zeigte auffällige Unregelmäßigkeiten in seinem Umlauf – und die mussten von Schwerkraftwirkung eines noch verborgenen weiteren Planeten stammen – so die Annahme.

Neptun,  August 20, 1989
Neptun in einer Aufnahme, die im August 1989 von der Raumsonde Voyager 2 gemacht wurde.

Die meisten Planeten des Sonnensystems sind schon seit der Antike bekannt: Die Venus leuchtet häufig als "Abendstern" oder "Morgenstern" am Himmel und überstrahlt dabei selbst die hellsten Sterne. Die beiden Gasriesen Jupiter und Saturn leuchten in manchen Positionen in ihrer Umlaufbahn ebenfalls relativ hell am Himmel und sind dann mit bloßem Auge gut zu erkennen. Auch der rötliche Lichtpunkt unseres äußeren Nachbarn Mars fiel schon vor Jahrtausenden unseren Vorfahren auf. Durch aufmerksame Himmelsbeobachtung gelang es den antiken Astronomen, sogar den nur schwach und winzig am Himmel sichtbaren innersten Planeten Merkur zu entdecken.

Adams-Ring und der Leverrier-Ring des Neptuns, Voyager 2, August 2989
Aufnahme der Neptun-Ringe vom August 1989. Der Adams- und der Leverrier Ring terten deutlich hervor,

Uranus gab den Anstoß zur Suche

Die beiden äußeren Eisriesen, Uranus und Neptun, sind demgegenüber Nachzügler: Sie wurde erst entdeckt, als es schon Teleskope gab und Astronomen regelmäßig den Himmel nach neuen Objekten absuchten. Am 13. März 1781 sah der englische Astronom William Herschel beim Blick durch sein selbstgebautes Spiegelteleskop plötzlich einen Lichtpunkt dort, wo zuvor nichts zu sehen war. Er hält das Objekt zunächst für einen Kometen, erkennt dann aber nach einigen Nächten der Beobachtung, dass es sich um einen neuen Planeten handeln muss – den Uranus.

Das Merkwürdige jedoch: Wenn man seiner Bahn länger folgte, stand der Uranus meist nicht dort, wo er nach den Berechnungen der Himmelsmechanik sein müsste. Stattdessen hinkte er seiner Sollposition hinterher und schien auch in Bezug auf seinen Abstand zur Sonne aus der Art geschlagen. Schnell kam der Verdacht auf, dass es dort draußen, am Rand des Sonnensystems, noch etwas geben musste – einen Planeten oder anderen Himmelkörper, der die Bewegungen des Uranus störte.

Neptun und Triton, by Voyager 2, 1989
Neptun und Triton, der mit 2.700 Kilometer Durchmesser bei weitem größte Mond das Eisriesen.

Mathematik hilft beim Suchen

Überall begannen nun Astronomen, am Nachthimmel nach diesem Planeten X zu suchen. Zu Hilfe kamen ihnen dabei mathematische Berechnungen, die den Bereich einengten, in dem der gesuchte Planet sich aufhalten müsste. Eine davon stammte vom französischen Mathematiker Urbain le Verrier. Dieser sandte 1846 den Astronomen an der Berliner Sternwarte einen Brief, in dem er sie bat, doch einmal in dem von ihm ermittelten Himmelsbereich nachzusehen.

Und tatsächlich: Am 23. September 1846 stießen Johann Gottfried Galle und sein Assistent Heinrich d’Arrest auf einen Lichtpunkt, der nicht verzeichnet war: „Dieser Stern ist nicht auf der Karte!“, soll d’Arrest gerufen haben. Die Astronomen beobachteten das verdächtige Objekt eine Zeitlang, konnten aber zunächst keine Bewegung feststellen. Erst am nächsten Abend ließen Positionsmessungen keinen Zweifel mehr: Der Lichtpunkt war weitergewandert – und das genau so viel, wie es die Berechnungen für einen äußeren Planeten voraussagten. Der lange gesuchte äußere Planet war gefunden.

Neptun und vier seiner Monde
Neptun in einer Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops, auf der auch vier der Monde zu erkennen sind; Proteus, Larissa, Galatea und Despina.

Geheimnisvoller Eisriese

Der Neptun war damit der erste Planet im Sonnensystem, den Astronomen nicht durch Zufall, sondern nach einer gezielten Suche auf Basis mathematischer Berechnungen entdeckt haben.  Heute weiß man, dass der nach dem römischen Meeresgott Neptun benannte Planet eine Durchmesser von rund 50.000 Kilometern besitzt – er ist damit rund viermal so groß wie die Erde und der viertgrößte Planet im Sonnensystem.

Zudem ist Neptun ein Eisriese: Er besitzt eine relativ kleinen Kern, der von einem dicken Mantel aus einem matschigem, halbflüssigen Gemisch von Wassereis, Ammoniak und Methaneis besteht. Um diese eisige Schicht herum wabert eine mächtige Gashülle aus Wasserstoff, Helium und Methan. Das Methan ist es auch, die dem Neptun seine typische bläuliche Farbe verleiht: Es absorbiert die roten Anteile des Sonnenlichts. Beobachtungen zeigen, dass in der Atmosphäre des Neptun gewaltige Stürme toben – ihre Windgeschwindigkeiten gehören zu den höchsten im gesamten Sonnensystem.

Weil er so enorm weit von uns entfernt ist – rund 4,5 Milliarden Kilometer – und nur wenig Licht zurückwirft, gehört der Neptun noch immer zu den Planeten, über die wir am wenigsten wissen. Selbst einige Monde der großen Gasriesen sind besser sichtbar als diese ferne Eiswelt. Und auch Besuch hat der Neptun bisher nur ein einziges Mal erhalten: Die Raumsonde Voyager 2 flog am 25. August 1989 in knapp 5.000 Kilometer Entfernung am Neptun vorbei. Ihren Aufnahmen verdanken wir die ersten Aufnahmen der dünnen Ringe des Neptun und die Entdeckung von sechs seiner Monde.

NPO, 2r.09.2021
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