Neptun ist liebevoll für sein sattes Blau und Uranus für sein Grün bekannt – doch eine neue Studie hat ergeben, dass die beiden Eisriesen tatsächlich farblich viel näher beieinander liegen, als gemeinhin angenommen wird.
Die korrekten Farbtöne der Planeten wurden mithilfe von Untersuchungen unter der Leitung von Professor Patrick Irwin von der Universität Oxford bestätigt veröffentlicht heute in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
Er und sein Team fanden heraus, dass beide Welten tatsächlich einen ähnlichen grünblauen Farbton haben, obwohl allgemein angenommen wird, dass Neptun ein tiefes Azurblau und Uranus ein blassblaues Aussehen hat.
Astronomen wissen seit langem, dass die meisten modernen Bilder der beiden Planeten ihre wahren Farben nicht genau wiedergeben. Das Missverständnis entstand, weil Bilder beider Planeten im 20. Jahrhundert – unter anderem von der NASA-Mission Voyager 2, der einzigen Raumsonde, die an diesen Welten vorbeiflog – Bilder in unterschiedlichen Farben aufzeichneten.
Die einfarbigen Bilder wurden später wieder kombiniert, um zusammengesetzte Farbbilder zu erstellen, die nicht immer genau ausbalanciert waren, um ein „echtes“ Farbbild zu erzielen, und – insbesondere im Fall von Neptun – oft „zu blau“ gemacht wurden.
Darüber hinaus wurden die frühen Neptunbilder von Voyager 2 stark kontrastverstärkt, um die Wolken, Bänder und Winde, die unsere moderne Sicht auf Neptun prägen, besser sichtbar zu machen.
Professor Irwin sagte: „Obwohl die bekannten Voyager-2-Bilder von Uranus in einer Form veröffentlicht wurden, die näher an der ‚echten‘ Farbe lag, wurden die von Neptun tatsächlich gestreckt und verstärkt und daher künstlich zu blau gemacht. Auch wenn die Bilder künstlich gesättigt sind.“ Die Farbe war zu dieser Zeit unter Planetenforschern bekannt – und die Bilder wurden mit erklärenden Bildunterschriften veröffentlicht –, dass die Unterscheidung mit der Zeit verloren gegangen war. Durch die Anwendung unseres Modells auf die Originaldaten konnten wir die bisher genaueste Darstellung der Farbe wiederherstellen von Neptun und Uranus.
In der neuen Studie verwendeten die Forscher Daten des Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) des Hubble-Weltraumteleskops und des Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope des European Southern Observatory. Bei beiden Instrumenten ist jedes Pixel ein kontinuierliches Farbspektrum.
Dies bedeutet, dass STIS- und MUSE-Beobachtungen eindeutig verarbeitet werden können, um die wahre scheinbare Farbe von Uranus und Neptun zu bestimmen. Die Forscher nutzten diese Daten, um die zusammengesetzten Farbbilder, die von der Kamera Voyager 2 und auch von der Wide Field Camera 3 (WFC3) des Hubble-Weltraumteleskops aufgenommen wurden, neu auszubalancieren.
Dies zeigte, dass Uranus und Neptun tatsächlich einen ziemlich ähnlichen grünlichen Blauton haben. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Neptun einen leichten Hauch von zusätzlichem Blau aufweist, was laut Modell auf eine dünnere Dunstschicht auf diesem Planeten zurückzuführen ist.
Die Studie liefert auch eine Antwort auf das seit langem bestehende Rätsel, warum sich die Farbe von Uranus während seiner 84-jährigen Umlaufbahn um die Sonne leicht ändert. Die Autoren kamen zu ihrem Schluss, nachdem sie zunächst Bilder des Eisriesen mit Messungen seiner Helligkeit verglichen hatten, die vom Lowell Observatory in Arizona zwischen 1950 und 2016 bei blauen und grünen Wellenlängen aufgezeichnet wurden.
Diese Messungen zeigten, dass Uranus zu seinen Sonnenwenden (also Sommer und Winter), wenn einer der Pole des Planeten auf unseren Stern zeigt, etwas grüner erscheint. Aber während der Tagundnachtgleiche – wenn die Sonne über dem Äquator steht – hat es einen etwas bläulicheren Farbton.
Ein Grund dafür war bekanntermaßen die höchst ungewöhnliche Rotation von Uranus. Während seiner Umlaufbahn dreht er sich praktisch fast auf der Seite, was bedeutet, dass während der Sonnenwenden des Planeten entweder sein Nord- oder sein Südpol fast direkt auf die Sonne und die Erde zeigt. Dies sei wichtig, sagten die Autoren, da jede Änderung des Reflexionsvermögens der Polarregionen daher einen großen Einfluss auf die Gesamthelligkeit von Uranus hätte, wenn man sie von unserem Planeten aus betrachtet.
Worüber sich die Astronomen weniger im Klaren waren, ist, wie oder warum sich dieses Reflexionsvermögen unterscheidet. Dies veranlasste die Forscher, ein Modell zu entwickeln, das die Spektren der Polarregionen von Uranus mit denen seiner Äquatorregionen verglich. Es wurde festgestellt, dass die Polarregionen bei grünen und roten Wellenlängen stärker reflektieren als bei blauen Wellenlängen, was teilweise darauf zurückzuführen ist, dass Methan, das Rot absorbiert, in der Nähe der Pole etwa halb so häufig vorkommt wie am Äquator.
Animation saisonaler Farbveränderungen auf Uranus während zweier Uranusjahre (ein Uranusjahr entspricht 84,02 Erdenjahren), die von 1900 bis 2068 reichen und kurz vor der südlichen Sommersonnenwende beginnen, wenn der Südpol von Uranus fast direkt auf die Sonne zeigt. Die linke Scheibe zeigt mit bloßem Auge das Erscheinungsbild von Uranus, während die rechte Scheibe farblich gestreckt und verbessert wurde, um atmosphärische Merkmale deutlicher hervorzuheben. In dieser Animation wurde die Rotation von Uranus um mehr als das 3000-fache verlangsamt, so dass die Planetenrotation zu sehen ist, wobei einzelne Sturmwolken über die Planetenscheibe ziehen. Während sich der Planet auf seine Sonnenwende zubewegt, ist eine blasse polare „Haube“ aus zunehmender Wolkentrübung und verringertem Methanreichtum zu erkennen, die einen größeren Teil der Planetenscheibe ausfüllt, was zu jahreszeitlichen Veränderungen in der Gesamtfarbe des Planeten führt. Die sich ändernde Größe der Uranus-Scheibe ist darauf zurückzuführen, dass sich der Abstand von Uranus zur Sonne während seiner Umlaufbahn ändert. Bildnachweis: Patrick Irwin, Universität Oxford
Dies reichte jedoch nicht aus, um die Farbveränderung vollständig zu erklären, weshalb die Forscher dem Modell eine neue Variable in Form einer „Haube“ aus allmählich dichter werdendem Eisdunst hinzufügten, die zuvor über dem sommersonnenbeschienenen Pol des Planeten beobachtet wurde bewegt sich von der Tagundnachtgleiche zur Sonnenwende.
Astronomen gehen davon aus, dass es sich wahrscheinlich um Methan-Eispartikel handelt. Bei der Simulation im Modell verstärkten die Eispartikel die Reflexion bei grünen und roten Wellenlängen an den Polen weiter und lieferten eine Erklärung dafür, warum Uranus zur Sonnenwende grüner ist.
Professor Irwin sagte: „Dies ist die erste Studie, die ein quantitatives Modell mit Bilddaten abgleicht, um zu erklären, warum sich die Farbe von Uranus während seiner Umlaufbahn ändert. Auf diese Weise haben wir gezeigt, dass Uranus zur Sonnenwende aufgrund der Polarregionen grüner ist.“ verringerte Methanhäufigkeit, aber auch eine erhöhte Dicke hell streuender Methaneispartikel.“
Dr. Heidi Hammel von der Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), die jahrzehntelang Neptun und Uranus untersucht hat, aber nicht an der Studie beteiligt war, sagte: „Die Fehlwahrnehmung der Farbe von Neptun sowie die ungewöhnlichen Farbveränderungen.“ von Uranus haben uns jahrzehntelang beschäftigt. Diese umfassende Studie sollte beide Probleme endlich klären.“
Die Eisriesen Uranus und Neptun bleiben ein verlockendes Ziel für zukünftige Roboterforscher und bauen auf dem Erbe der Voyager in den 1980er Jahren auf.
Professor Leigh Fletcher, ein Planetenforscher von der University of Leicester und Mitautor der neuen Studie, sagte: „Eine Mission zur Erforschung des Uransystems – von seiner bizarren saisonalen Atmosphäre bis zu seiner vielfältigen Ansammlung von Ringen und Monden – ist ein Höhepunkt.“ wird für die Raumfahrtagenturen in den kommenden Jahrzehnten Priorität haben.“
Allerdings würde selbst ein langlebiger Planetenforscher im Orbit um Uranus nur einen kurzen Schnappschuss eines Uran-Jahres aufnehmen.
„Erdbasierte Studien wie diese, die zeigen, wie sich das Aussehen und die Farbe von Uranus im Laufe der Jahrzehnte als Reaktion auf die seltsamsten Jahreszeiten im Sonnensystem verändert haben, werden von entscheidender Bedeutung sein, um die Entdeckungen dieser zukünftigen Mission in einen breiteren Kontext zu stellen“, fügte Professor Fletcher hinzu .
Mehr Informationen:
Patrick Irwin et al., Modellierung des saisonalen Zyklus der Farbe und Größe von Uranus und Vergleich mit Neptun, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (2023). DOI: 10.1093/mnras/stad3761