Neue Bilder zeigen, wie Neptun und Uranus wirklich aussehen

Das zeigen aktuelle Untersuchungen unter der Leitung von Professor Patrick Irwin Neptun Und Uranus Beide weisen ähnliche grün-blaue Farbtöne auf, die bisherige Farbwahrnehmungen in Frage stellen. Die Studie nutzte moderne Teleskopdaten, um historische Farbfehler zu korrigieren und kleine Farbänderungen in der Umlaufbahn von Uranus zu erklären.

Neptun mag ein sattes Blau und Uranus ein Grün – doch eine neue Studie hat ergeben, dass die beiden Eisriesen farblich viel näher beieinander liegen als allgemein angenommen.

Die genauen Schatten der Planeten wurden mithilfe von Forschungen unter der Leitung von Professor Patrick Irvine bestätigt. Universität von OxfordEs wurde heute in den Monthly Notices der Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Obwohl allgemein angenommen wird, dass Neptun ein tiefes Blau und Uranus ein blassblaues Aussehen hat, fanden er und sein Team heraus, dass die beiden Welten tatsächlich einen ähnlichen grünblauen Farbton haben.

Voyager 2/ISS-Bilder von Uranus und Neptun, die nach den Vorbeiflügen von Voyager 2 1986 bzw. 1989 veröffentlicht wurden, ergaben im Vergleich zur Neuverarbeitung der einzelnen Filterbilder in dieser Studie eine bessere Schätzung der wahren Farben dieser Planeten. Bildnachweis: Patrick Irwin

Missverständnisse über Planetenfarben

Astronomen wissen seit langem, dass die meisten modernen Bilder der beiden Planeten ihre wahren Farben nicht genau wiedergeben.

Im 20. Jahrhundert entstand das Missverständnis, als Bilder der beiden Planeten aufgenommen wurden – unter anderem NASADie Voyager-2-Mission, die einzige Raumsonde, die an diesen Welten vorbeiflog, zeichnete Bilder in diskreten Farben auf.

Die einfarbigen Bilder wurden dann wieder zu Mischfarbenbildern zusammengefügt, die nicht immer exakt auf ein „echtes“ Farbbild abgestimmt waren und – insbesondere im Fall von Neptun – oft „zu blau“ waren.

Uranus aus der Sicht von HST/WFC3 von 2015 bis 2022. Während dieser Sequenz schwenkt der hellgrüne Nordpol nach unten in Richtung Sonne und Erde. In diesen Bildern sind die Äquator- und Breitengradlinien bei 35N und 35S markiert. Bildnachweis: Patrick Irwin

Darüber hinaus wurden die frühen Neptunbilder von Voyager 2 stark kontrastverstärkt, um die Wolken, Bänder und Winde, die unser modernes Bild von Neptun prägen, besser sichtbar zu machen.

Professor Irwin sagte: „Während die bekannten Voyager-2-Bilder von Uranus in einer Form veröffentlicht wurden, die der ‚echten‘ Farbe nahe kam, waren die Bilder von Neptun tatsächlich gestreckt und verstärkt und daher künstlich viel blauer.“

„Obwohl die künstlich gesättigte Farbe damals unter Planetenforschern bekannt war – Bilder wurden mit erklärenden Bildunterschriften veröffentlicht –, ging die Unterscheidung mit der Zeit verloren.“

„Durch die Anwendung unseres Modells auf die Originaldaten konnten wir eine sehr genaue Darstellung der Farbe von Neptun und Uranus reproduzieren.“

Klärung wahrer Farben durch moderne Forschung

In der neuen Studie verwendeten Forscher die Daten Hubble-WeltraumteleskopSpace Telescope Imaging Spectrograph (STIS) und Multi-Unit Spectroscopic Explorer (Muse) über die Europäische Südsternwarte Ein sehr großes Teleskop. Bei beiden Instrumenten ist jedes Pixel ein kontinuierliches Spektrum.

Dies bedeutet, dass STIS- und MUSE-Beobachtungen eindeutig verarbeitet werden können, um die wahre scheinbare Farbe von Uranus und Neptun zu bestimmen.

Die Forscher verwendeten diese Daten, um zusammengesetzte Farbbilder, die von der Kamera Voyager 2 und der Wide Field Camera 3 (WFC3) des Hubble-Weltraumteleskops aufgenommen wurden, neu auszugleichen.

Dies zeigte, dass Uranus und Neptun tatsächlich den gleichen grünblauen Farbton haben. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Neptun einen leichten Blaustich aufweist, was laut Modell auf die dünne Dunstschicht des Planeten zurückzuführen ist.

Eine Animation der jahreszeitlichen Veränderungen auf Uranus über zwei Uranus-Jahre (ein Uranus-Jahr entspricht 84,02 Erdenjahren), läuft von 1900 bis 2068 und beginnt kurz vor der südlichen Sommersonnenwende, wenn der Südpol von Uranus fast direkt auf die Sonne zeigt.
Die linke Scheibe zeigt mit bloßem Auge das Aussehen von Uranus, während die rechte Scheibe verbessert wurde, um die atmosphärischen Merkmale deutlicher zu machen. In dieser Animation wurde die Rotation von Uranus mehr als 3000-fach verkleinert, sodass die Rotation des Planeten zu sehen ist und einzelne Gewitterwolken zu sehen sind, die sich über die Planetenscheibe bewegen.
Während sich der Planet seiner Sonnenwende nähert, ist eine blasse polare „Haube“ aus Wolkentrübung und abnehmendem Methanreichtum zu erkennen, die einen größeren Teil der Planetenscheibe ausfüllt, was zu saisonalen Veränderungen in der Gesamtfarbe des Planeten führt.
Die Größenänderung der Uranusscheibe wird dadurch verursacht, dass sich der Abstand von Uranus zur Sonne während seiner Umlaufbahn ändert.
Bildnachweis: Patrick Irwin, Universität Oxford

Erklären Sie die Farbvariationen von Uranus

Die Studie beantwortet auch das seit langem bestehende Rätsel, warum sich die Farbe von Uranus während seiner 84-jährigen Umlaufbahn um die Sonne so wenig ändert.

Die Autoren kamen zu ihren Schlussfolgerungen, nachdem sie zunächst Bilder des Eisriesen mit Messungen seiner Helligkeit verglichen hatten, die das Lowell Observatory in Arizona zwischen 1950 und 2016 in blauen und grünen Wellenlängen aufgezeichnet hatte.

Diese Messungen zeigen, dass Uranus zu seinen Sonnenwenden (also im 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.

Dies war bekanntermaßen auf die Tatsache zurückzuführen, dass Uranus einen sehr ungewöhnlichen Zyklus hat.

Während seiner Umlaufbahn rotiert er praktisch auf der Seite, was bedeutet, dass sein Nord- oder Südpol während der Sonnenwende des Planeten fast direkt in Richtung Sonne und Erde zeigt.

Dies ist wichtig, da Änderungen im Reflexionsvermögen der Polarregionen große Auswirkungen auf die Gesamthelligkeit von Uranus haben können, wie sie von unserem Planeten aus gesehen wird.

Astronomen sind sich nicht darüber im Klaren, wie oder warum diese Reflexion variiert.

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 ein höheres Reflexionsvermögen aufweisen als bei blauen Wellenlängen, da rot absorbierendes Methan in der Nähe der Pole halb so häufig vorkommt wie in der Nähe des Äquators.

Dies reichte jedoch nicht aus, um die Farbänderung vollständig zu erklären, weshalb die Forscher dem Modell eine neue Variable hinzufügten, eine „Haube“ aus allmählich dichter werdendem Eisnebel, die zu Beginn des Sommers am sonnenbeschienenen Pol des Planeten zu sehen war. Übergang von der Tagundnachtgleiche zur Sonnenwende.

Astronomen gehen davon aus, dass es aus Methan-Eispartikeln besteht.

Bei der Simulation im Modell steigerten die Eispartikel das Reflexionsvermögen an den Polen im grünen und roten Wellenlängenbereich weiter und lieferten so eine Erklärung dafür, warum Uranus zur Sonnenwende grün ist.

Professor Irvine 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 verringerten Methanhäufigkeit in den Polarregionen und der Verdickung hell streuender Methaneispartikel grüner ist.“

Dr. Heidi Hammel von der Association of Universities for Astronomical Research (AURA), die Neptun und Uranus jahrzehntelang untersucht hat, aber nicht an der Studie beteiligt war, sagte: „Missverständnisse über die Farbe von Neptun und die ungewöhnlichen Farbveränderungen von Uranus haben uns getäuscht.“ Diese umfassende Studie soll beide Probleme endlich lösen.

Zukünftige Studie und Folgeforschung

Die Eisriesen Uranus und Neptun sind ein spannender Ort für zukünftige Roboterforscher, um auf dem Erbe der Voyager in den 1980er Jahren aufzubauen.

Professor Lee Fletcher, Planetenforscher an der Universität Leicester und Mitautor der neuen Studie, sagte: „Eine Mission zur Erforschung des Uransystems – von seiner besonderen saisonalen Atmosphäre bis zu seinen vielfältigen Ringen und Monden – hat für uns hohe Priorität.“ Raumfahrtagenturen in den kommenden Jahrzehnten.

Doch selbst langlebige Planetenforscher im Orbit um Uranus werden nur einen kleinen Schnappschuss des Uran-Jahres einfangen.

„Erdbasierte Studien wie diese, die zeigen, wie sich das Aussehen und die Farbe von Uranus im Laufe der Jahrzehnte als Reaktion auf die verschiedenen Jahreszeiten im Sonnensystem verändert haben, werden von entscheidender Bedeutung sein, um die Ergebnisse dieser zukünftigen Mission in einen größeren Kontext zu stellen.“ fügte Professor Fletcher hinzu.

Referenz: „Modellierung des saisonalen Farb- und Größenzyklus von Uranus und Vergleich mit Neptun“ Patrick GJ Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Nicholas A Deanby, Amy A Simon, Lee N Fletcher, Michael T Roman, Glenn S Orton, Michael H. Wong, Daniel Toledo, von Santiago Perez-Hoyos und Julie Peck, 12. September 2023, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad3761