Der blaue Bruder

Rotation und Bahn

Was sind Planetenbahnen?

Oberflächliches

Innereien

Sonstiges

Neptunmonde

Triton

Proteus

Die wichtigsten Monde

Planetendaten

Der blaue Bruder

Fast wie ein Zwillingsbruder seines Nachbarn Uranus erscheint uns Neptun als achter Planet in unserem Sonnensystem. Mit 49 528 [km] äquatorialem Durchmesser ist er zwar etwas kleiner, erscheint uns aber ebenso in blaugüner Färbung. Das ist wie bei Uranus im Methangehalt der Atmosphäre begründet, denn dieses Gas absorbiert die roten Anteile des Sonnenlichts. Die Angaben zu Neptuns Durchmesser scheinen noch unsicher, sie schwanken zwischen 49492 und 49532 [km], wir bleiben daher beim oben angegebenen mittleren Wert.

Neptun war in der römischen Mythologie zunächst Gott der Fließgewässer. Ein halbes Jahrtausend vor unserer Zeitrechnung wurde er dann dem griechischen Poseidon gleichgesetzt, womit er dann auch Gott der Meere wurde. Pluto und Jupiter waren seine Brüder, seine Eltern Saturn und Ops (die später mit der altrömischen Göttin Rhea übereinstimmte).

Mit freundlicher Genehmigung von NASA, ESA, E. Karkoschka (University of Arizona), and H.B. Hammel

Rotation und Bahn

Um einmal die Sonne zu umkreisen benötigt Neptun immerhin schon 165 Jahre. Ein Neptuntag ist dagegen recht kurz, er rotiert in 16 Stunden und 6,7 Minuten einmal um seine Achse. Seine Umlaufbahn ist nur um 1,769° gegen die Ekliptik geneigt, wohingegen die Rotationsachse gegen Neptuns Umlaufbahn um 28,32° geneigt ist.

Was sind Planetenbahnen? Wir alle wissen, dass sich die Planeten um die Sonne bewegen. Sie bewerkstelligen das auf regelmäßigen, periodischen Umlaufbahnen, die man auch als Orbit bezeichnet. Die wahre Bahn ist der tatsächliche Weg, den der Körper zurücklegt, als scheinbare Bahn bezeichnen wir den Weg an der Himmelskugel. Nach den Keplerschen Gesetzen ist der Orbit um einen zentralen Körper im Idealfall eine Ellipse. Betrachten wir aber dazu einmal kurz die Erde in ihrer Bahn um die Sonne: Prinzipiell sind bei Gestaltung der Bahnellipse zwei Körper beteiligt, Erde und die Sonne, weshalb man die Umlaufbahn als Zweikörperproblem (auch Keplerproblem genannt) behandelt. Darunter versteht man die Berechnung der Bewegung eines Himmelskörpers um die Zentralmasse. Dazu genügen eigentlich 6 Bahnelemente, die bekannt sein müssen: Die große Halbachse der Ellipse (a) und die Exzentrizität (e) Die Lage der Ellipse (ω) und die Perigäumszeit (T) Die beiden Winkel der Bahnebene (Ω und i) Das gilt streng aber nur für punktförmige Massen und wenn das System aus nur zwei Körpern besteht. Allerdings gibt es in unserem Sonnensystem noch weitere Körper, so wird die Erde bekanntlich vom Mond umkreist. In der Summe ergibt sich damit eine Fülle von Bahnstörungen, die eine genaue Berechnung recht schwierig gestalten. Zumal wir es reell mit einem Dreikörperproblem zu tun haben, welches mathematisch lange Zeit nicht lösbar war. Wenn aber die Masse eines Körpers klein ist im Vergleich zu einem anderen (z.B. Erde - Sonne), sind gute Näherungslösungen möglich. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts gelang eine erste analytische Lösung, heute übernehmen Computer solche Aufgaben. Damit wir überhaupt etwas zur Lage der Umlaufbahnen unserer Planeten im Sonnensystem sagen können, brauchen wir zunächst eine Referenz, ein Bezugssystem. Da wir uns (mit gutem Recht) als den Mittelpunkt unseres Sonnensystems betrachten, nehmen wir die Bahn der Erde als Referenzebene und nennen sie Ekliptik. Nun können wir jede andere Planetenbahn damit vergleichen und gleich einmal den Winkel messen, den eine andere Bahn dazu hat. Die Neigung der Planetenbahnen gegen die Ekliptik nennt man Inklination. Nebenstehend die Elemente einer Planetenbahn. Bezeichnet sind auf- und absteigender Knoten, die Bahnebenen, aus der sich die Inklination i ergibt, der Frühlingspunkt, der Bahnmittelpunkt M. Der Frühlingspunkt ist der Schnittpunkt der Ekliptik mit dem Himmelsäquator, auf dem die Sonne zur Frühlings- Tag- und Nachtgleiche steht. B bezeichnet den Brennpunkt der Ellipse, dargestellt durch die Sonne, A und P sind Aphel und Perihel. Ω ist die Länge des aufsteigenden Knotens (die Knotenlänge ist der in der Ekliptik gemessene heliozentrische Winkel zwischen dem Frühlingspunkt und dem aufsteigenden Knoten) und ω der Abstand des Perihels vom aufsteigenden Knoten (den in der Bahnebene gemessenen heliozentrischen Winkel zwischen Perihel und aufsteigendem Knoten).   Die Neigungen der Planetenbahnen gegen die Ekliptik sind relativ gering: Merkur: 7° Venus: 3,39° Mars: 1,8° Jupiter: 1,305° Saturn: 2,484° Uranus: 0,77° Neptun: 1,769° Es geht aber auch viel extremer: Pluto hat beispielsweise eine Inklination von 17,14°, der Kleinplanet (Asteroid) 2003 UB313, offizieller Name Eris, sogar eine von 44,18°. Die Inklination und auch die Bahnebene können nur dann unveränderlich bleiben, wenn die Körper exakt kugelförmig sind und keine Atmosphäre besitzen. Wie gesehen wirken jedoch noch weitere Kräfte (Störungen) durch andere Planeten oder Monde auf das betrachtete System ein. Diese Bahnstörungen können periodischer Art sein, also sich im betrachteten Zeitraum wiederholen. Sie können auch so genannter säkularer Natur sein, das sind monotone Störungen, die immer nur in einer Richtung wirken. Die gegenseitigen Bahnstörungen lassen sich mit der auf Carl Friedrich Gauß zurückgehenden Störungsrechnung erfassen und erlauben somit eine genaue Betrachtung der Umlaufbahn. Man geht dabei vom Modell der oskulierenden Keplerellipsen aus (Oskulieren = "Anschmiegen") und nimmt dabei für einen bestimmten Zeitpunkt die Bahnelemente als bekannt an. Die ermittelte Ellipse dient als Referenz und für weitere, kurz aufeinander folgende Zeitpunkte brechnet man die störenden Kräfte, die vom dritten Körper ausgehen und damit ihren Einfluss auf die Bahnelemente. So erhält man eine ganze Reihe von oskulierenden Bahnelementen, die nur für kurze Zeiträume gelten, doch ist daraus eine genaue Bahnberechnung des gestörten Körpers möglich. Ein weiteres, wichtiges Gebiet der Himmelsmechanik ist die Berechnung der so genannten Ephemeriden. Darunter versteht man die Voraussage der scheinbaren Positionen von Himmelskörpern an der Himmelskugel. Grundlage der Berechnung sind wiederum die Bahnelemente. Astronomischen Jahrbüchern kann man die Ephemeriden für gewünschte Zeitpunkte und definierte Orte als geozentrische Koordinaten entnehmen und so leicht den gesuchten Körper am Himmel aufspüren. Angegeben werden die Koordinaten üblicherweise als Deklination, das ist der senkrechte Abstand des Gestirns vom Himmelsäquator in Bogengrad, sowie in Rektaszension, dem längs des Himmelsäquators gemessenen Winkel zwischen dem Frühlingspunkt und dem Schnittpunkt des Stundenkreises des Gestirns mit dem Himmelsäquator. Die Reaktaszension wird gemessen in Stunden, Minuten und Sekunden. In dieser Skizze ist das äquatoriale Koordinatensystem dargestellt. Ausgehend vom zentralen Beobachtungsort B ist das Himmelsgewölbe über uns zu sehen, beginnend mit dem eigenen Horizont, der rechts und links von Nord-(N) und Südpunkt(S) begrenzt wird. Rektaszension und Deklination erkennt man in Bezug zum Himmelsäquator. Über uns sehen wir den höchsten Punkt, den Zenit (Z, das Gegenstück zu unseren Füßen heißt Nadir). Der Winkel φ ist die geografische Breite des Beobachtungsortes, P der nördliche Himmelspol und Q der südliche. Anmerkung: Damit ein Himmelskörper (Planet, Mond, Satellit) auf seiner Bahn bleiben kann, muss er sich sputen! Die Himmelsmechanik ist gnadenlos: Wer bummelt, stürzt unweigerlich in das Zentralgestirn. So legt beispielsweise die Erde in jeder Sekunde 30 [km] zurück. Hierdurch erzeugt sie eine nach außen gerichtete Zentrifugalkraft, die genau die von der Sonne ausgeübte Anziehungskraft aufhebt. Wäre sie auch nur eine Spur langsamer, so müsste sie in die Sonne stürzen. Das gilt für alle Körper, die einen anderen umlaufen. Zum Glück herrscht im Weltraum ein Vakuum, so dass keine Reibung eine Abbremsung verursacht. Deshalb kann die Erde die Sonne ungehindert seit Milliarden Jahren umkreisen und wird es auch weiterhin machen.

Die Bahn des Planeten Neptun ist fast ein exakter Kreis, die Exzentrizität beträgt lediglich 0,0113. Viel exzentrischer dagegen ist die Bahn des (früheren Planeten) Zwergplaneten Pluto. Dieser kommt der Erde manchmal näher als Neptun. So war Neptun von 1979 ab der am weitesten entfernte Planet, seit 1999 ist es wieder der degradierte Pluto.

Oberflächliches

Neptun können wir mit bloßem Auge nicht mehr sehen, sein Scheibchen ist zu lichtschwach. Benutzen wir ein stärkeres Teleskop, erkennen wir wie beim Nachbarn Uranus eine blaugrüne verwaschene Oberfläche. Auch hier spielt das Gas Methan eine tragende Rolle, da es die roten Anteile des Sonnenlichts absorbiert. Der Methananteil der Atmosphäre ist jedoch etwas geringer als beim Uranus und beträgt etwa 1,5%. Die Oberflächentemperatur ist mit -218 [K] nicht gerade sehr einladend, dafür kann Neptun aber mit den höchsten Windgeschwindigkeiten des Sonnensytems aufwarten: Bei 2000 [km/h] muss man seinen Hut schon recht gut festhalten können! Allem Anschein nach besitzt dieser Gasplanet eine innere, noch unbekannte Wärmequelle, die man auch für diese unvorstellbaren Stürme verantwortlich macht. Immerhin strahlt Neptun mehr als doppelt so viel Energie in den Weltraum ab als er von der Sonne empfängt.

Mit freundlicher Genehmigung von JPL/Nasa

Quelle: Calvin J. Hamilton

Innereien

Ähnlich seinem Nachbarplaneten Uranus ist Neptun wohl recht schlicht aufgebaut:

Mit freundlicher Genehmigung des Lunar and Planetary Institute

Ringsystem

Wie die anderen benachbarten Planeten kann auch Neptun mit einem Ringsystem aufwarten. Es ist allerdings eher spärlich und unscheinbar:

Mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL

Sonstiges

Wer Neptun unbedingt einmal "life" sehen möchte, kann das gerne und leicht mit einem üblichen Feldstecher erreichen. Mehr als einen blassen Punkt wird man jedoch nicht zu sehen bekommen. Für die Abbildung eines Scheibchens benötigt man schon ein großes Teleskop und letzten Endes muss man auch wissen, wo am Himmel man den Planeten suchen muss - wozu die oben genannten Ephemeriden eine gute Hilfe sind oder auch entsprechende Computerprogramme.

Neptun kann ebenfalls mit einem Magnetfeld aufwarten. Wie dasjenige des Uranus ist es um 47 Grad zur Rotationsachse geneigt und dabei auch noch um etwa 0,55 Radien vom Planetenmittelpunkt versetzt. Man nimmt an, dass bei beiden Planeten die exotische Ausrichtung des Feldes nicht durch die Neigung zur Ekliptik bedingt ist, sondern eher durch die Lage der elektrisch leitfähigen Schichten (Wasser?) in den Planeteninneren.

Neptunmonde

Triton

Der äußerste Planet unseres Sonnensystems kann mit bislang 13 bekannten Monden aufwarten. Größter und zuerst entdeckter Trabant ist Triton (entdeckt 1846 von William Lassell).

Triton war ein Meeresgott und ein Mischwesen aus Mensch und Delphin. Seine Eltern waren Poseidon (Sohn der Rheia und des Kronos) und Amphitrite (Tochter des Okeanos und der Tethys). Durch Blasen auf seiner Muschel konnte er das Meer aufwühlen oder beruhigen. Den Argonauten stand er hilfreich zur Seite, als sie durch einen Sturm in einer Wüste gestrandet waren, indem er ihre Schiffe wieder zu Wasser brachte. Eine bekannte Tochter ist die Pallas.

Mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL

Triton ist einer der 3 Objekte im Sonnensystem, die eine stickstoffdominierte Atmosphäre aufweisen (die beiden anderen sind die Erde und Saturns Mond Titan). Allerdings ist die Atmosphäre, aus 99% Stickstoff und 1% Methan bestehend, äußerst dünn, sie weist lediglich einen Druck von 1/70 000 der Erdatmosphäre auf. Stickstoffeispartikel bilden in ein paar Kilometern über der Oberfläche sehr dünne Wolken. Erstaunlich ist die relativ hohe Dichte Tritons von 2,066 [g/cm³], sie lässt darauf schließen, dass anders als die Eismonde Saturns und Uranus, Triton einen deutlich höheren Gesteinsanteil aufweisen kann. Vermutlich hat er einen Kern aus Gestein und ist von einem Wassereismantel umgeben.

Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com

Neben den wohl silikatischen Mineralien wird auch Methan durch die Geysire ausgestoßen, welches auf dem Boden absinkt, dort gefriert und durch die Sonneneinstrahlung langsam in andere, dunkle organische Verbindungen umgewandelt wird. Auf Triton finden wir nur wenige, meist schon eingeebnete Krater. Auch diese Tatsache weist darauf hin, dass durch geologische Aktivität solche Einschlagspuren immer wieder durch ausgestoßene zähflüssige Materialien überschwemmt wurden.

Proteus

Der nächst größere Mond Neptuns ist Proteus, ein kleiner Klumpen von nur 400 [km] Durchmesser. Er soll stellvertretend für die übrigen, völlig unscheinbaren weil noch kleineren Monde Neptuns etwas näher beschrieben werden.

Proteus war in der griechischen Mythologie ein früher Meeresgott - "Der Alte vom Meer". Er war Hüter der Robben und anderer Meeresgeschöpfe und hatte die Gabe zu Prophezeien. Da er dazu aber selten Lust verspürte, entzog er sich durch Umwandlung in immer neue Gestalten den ständigen Fragen.

Die übrigen Monde Neptuns sind wie gesagt völlig unscheinbar und aufgrund ihrer geringen Größe weiß man nur sehr wenig von ihnen. Die wichtigsten Daten sind unten in einer kleinen Tabelle zusammen gefasst.

Mit freundlicher Genehmigung von Phil Stooke

Die wichtigsten Neptunmonde

Planetendaten

Abschließend noch die wichtigsten Daten des Planeten Neptun:

Weitere Informationen:
http://www.solarviews.com/eng/neptune.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Neptun_(Planet)
http://www.neunplaneten.de/nineplanets/neptune.html