Der Neptun 2/2

Lange habe ich es vor mir her geschoben, da kommt es auch schon. Im ersten Teil habe ich die Entdeckungsgeschichte behandelt, welche ich unbedingt erzählt haben wollte. Sie ist nämlich einzigartig.

Der Neptun

Der Neptun ist der äußerste Planet unseres Sonnensystems. Er wurde 1846 von LeVerrier und Galle entdeckt. Mehr dazu in: https://www.grimmspace.de/der-neptun-1-2/. Er ähnelt stark dem Uranus und zählt mit Uranus als Eisriese. Außerdem ist er fast genauso groß wie der Uranus. Durch seine Masse dominiert er den Kuipergürtel. Die Zone von Kleinplaneten und Planetoiden hinter dem Neptun. Er ist 30mal weiter von der Sonne weg als die Erde.

Neptun wurde nach dem römischen Gott des Meeres benannt, Neptun. Exoplaneten, die eine ähnliche Masse wie Neptun erbringen, werden wie die „Jupiters/Hot Jupiters“ als „Neptune/Hot Neptune“ kategorisiert. Genau wie Uran nach dem Planet Uranus benannt ist, ist Neptunium nach Neptun benannt.

Beobachtbar, wegen seiner Helligkeit, nur mit einem Teleskop, dadurch, dass er so weit draußen ist und dazu noch langsam ist, verschiebt sich seine Opposition jedes Jahr um lediglich 2 Tage und 6 Stunden nach hinten. Dieses Jahr am 10.09.2019 und kommt dem Stern Phi Aqr nahe. Wegen seiner geringen Helligkeit sind die galileischen Monde, Ceres (1), Pallas (2), Juno (3), Vesta (4), Hebe (6) und Hebe (7) heller als Neptun.

Neptuns Bahn ist mit einer sehr kleinen Exzentrizität annähernd rund. Seine Bahn verläuft daher immer etwas mehr oder weniger als 30mal weiter als die Erde zur Sonne. Seine Bahnebene ist ebenfalls nur leicht gegen die Ekliptik geneigt. Für einen Orbit braucht der Neptun ganze 165 Jahre.
Auch zwingt der Neptun viele Planetoiden und Kleinplaneten im Kuiper-Gürtel eine Bahnresonanz auf.
Am 12.07.2011 war der Neptun an dem Punkt seiner Umlaufbahn angelangt, an der er auch am Tag seiner Entdeckung befand. Das war am 23.09.1846.
Auch rotiert er wie die anderen Gasplaneten rasch. Nämlich mit knapp 16 Stunden rotiert er Neptun um sich selbst. Das führt zu einer geringen Abplattung von 1:59 und dass der Poldurchmesser um etwa 1 Tausend Kilometer kleiner ist, als der Äquatordurchmesser. Die Neigung der Rotationsachse fällt z.B. auch nur etwas größer aus, als die Erde.

Neptun ist ein Eisriese und ist ähnlich wie der Uranus aufgebaut. Mit einer Dichte von 1,64 g/cm³ ist er der dichteste Gas- und Eisriese. So ist z.B. Neptun schwerer als Uranus, obwohl er sogar etwas kleiner ist als der Uranus. Auch hat Neptun eine große Fallbeschleunigung sie liegt bei 1,13g.

Seine Atmosphäre besteht aus überwiegend Wasserstoff und Helium. Wenig Methan, Spuren von deuterierten Wasserstoff und Ethan. Neptuns blaue Farbe kommt also so zustande, dass das Methan in seiner Atmosphäre, oder besser gesagt in seinen oberen Schichten, rotes Licht streut und schluckt und daher ausschließlich blaues/violettes Licht zurück reflektiert. Weil das Blau von Neptun aber stärker ist, als das Blau von Uranus lässt sich mit zusätzlichen Stoffen in der Atmosphäre erklären.
Die oberen Schichten von Neptun haben eine große Ausdehnung von 10-20%. Daher spricht man beim Neptun lieber von den oberen Schichten. Höhere Konzentrationen auch von Ammoniak, Wassereis und Methan sind in den unteren Schichten der „Atmosphäre“ vorhanden.
Da der Neptun aufgrund der Entfernung nur noch wenig Licht und Wärme abbekommt, sind die Temperaturen auf 0,1bar Tiefe bei -218 °C oder 55 K und auf 1bar Tiefe -201 °C oder 72 K.

Sowie bei allen Gasriesen und Eisriesen ist die Grenze von der Atmosphäre nach unten nicht klar begrenzt. Das Gas überschreitet mit großer Tiefe den kritischen Druck oberhalb der kritischen Temperatur. Daher gibt es auch keinen Phasenübergang in den flüssigen Zustand. Sodass es auch keine klare, oder feste „Oberfläche des Planeten“ gibt.

Im Zentrum von Neptun und Uranus wird angenommen, dass sich dort ein fester Kern aus überwiegend Fels und Metall befindet. Der Mantel (evtl. auch ein Ozean) ist aus einer Mischung von Fels und Eis. (dieses Eis bezeichnen die Planetologen als eine Mixtur aus Wasser, Ammoniak und Methan. Welche in Wahrheit im Mantel eine heiße, dichte Flüssigkeit ist. Der Kern könnte etwas schwerer als die Erde sein und auch ähnlich groß. Der Mantel, welcher den größten Teil darstellt, dürfte eine Masse von 12 bis 14 Erdmassen haben und die obere Schicht anderthalb bis zwei Erdmassen.

Wissenschaftler der Universität in Madison und des JPL der NASA untersuchten 1996, 1998 und 2002 jeweils eine volle Umdrehung des Neptun. Sie registrierten auf der Südhalbkugel eine zunehmende Helligkeit und eine zunehmende Wolkendichte, während woanders keine bedeutende Veränderung wahrgenommen wurde. Das hat mit den Jahreszeiten zu tun, denn auf der Südhalbkugel ist zu dem Moment Sommer, mehr Sonneneinstrahlung. Erst 2038 wird Neptun ein Äquinoktium durchlaufen, eine Tagundnachtgleiche.

Ein Unterschied zu Uranus ist Neptuns meteorologische Aktivität. Uranus erscheint fast vollkommen strukturlos. So gibt es auf dem Neptun, lange, helle Wolken. Sie sind aus kaltem Methaneis und durch die schnelle Rotation, werden sie langgezogen und bekommen die streifenartige Struktur.
Neptun hat so starke Winde übrigens, weil die Winde auf dem Neptun kaum gebremst werden. Auch deswegen reichen 1/1000 der Sonneneinstrahlungen für die Dynamik der Winde aus.
Es sieht so aus, als ob sich die Atmosphäre des Neptuns sich tatsächlich sehr schnell verändert. Geringe Temperaturunterschiede zwischen der oberen Wolkenschicht und der unteren Wolkenschicht in Kombination der starken inneren Wärmequelle von Neptun reichen dafür aus, dass die Atmosphäre von Neptun instabil ist.

Mit dem Eintreffen von der Voyager 2 1989 beim Neptun, wurde der „Great Dark Spot“ (GDS) entdeckt. Es stellt ein Hochdruckgebiet in der oberen Atmosphäre, wie eine Luftverwirbelung, dar. Unterhalb des GDS wurde bei der Ankunft von Voyager 2 eine riesige Wolke von dem Streifentyp gesichtet, welche sich sehr schnell in der Atmosphäre sich bewegt. Es könnte eine aufsteigende Rauchfahne aus Methaneis sein. Diese Wolke heißt der „Scooter“.
Der GDS wurde Ende 1994 dann nicht mehr gefunden. Der Grund des Verschwindens ist ungeklärt. Vielleicht hat er sich aufgelöst, oder durch die vom Planetenkern stammende Hitze zerrissen.
Ein weiterer kleinerer Wirbel wurde auf der südlichen Hemisphäre gefunden. Einige Monate danach, beim Eintreffen von Voyager 2 an Neptun konnte man ein helles Auge feststellen.

Durch Neptuns schwaches Magnetfeld, das um 47° gegenüber der Rotationsachse geneigt ist. An den Magnetpolen konnte man durch die Voyager 2 auch schwache, komplexe Polarlichter erkennen. Durch die inneren Fließbewegungen und die Tatsache, dass Neptun und Uranus nur eine dünne Schicht an leitendem Metall besitzt, ist es so, dass der Neptun ein Quadrupolfeld und kein Dipolfeld und somit zwei Nordpole und Südpole entstehen lässt.

Neptun hat, wie alle Gas- und Eisriesen auch, ein Ringsystem. Dessen Partikel sind fein und azurfarben. Wie Jupiter und Uranus schon, hat der Neptun auch bloß feine, teleskopische und ungewöhnlich dunkler Ringe. Auch sind die Ringe klumpig; das Ringsystem weist helle Klumpen auf. Eventuell durch gravitative Wechselwirkung der kleinen Monde in unmittelbarer Nähe zu den Ringen. Sie wurden nach den Astronomen benannt, die einen maßgebenden Anteil an der Entdeckung des Neptuns geleistet haben.

Auch wurden Trojaner um Neptun entdeckt. Ab 2001 wurde der erste Trojaner entdeckt und ab dann an wurden 6 weitere entdeckt und es kamen rasch und stetig welche dazu.
Bevor New Horizons am Pluto angelangte, wurde überlegt Trojaner des Neptuns zu beobachten, doch weil kein Trojaner in ausreichender Nähe war, wurde auf eine Beobachtung verzichtet. Der Nächste Trojaner wäre 1,3 AE weit weg gewesen.

Neptun in Zahlen

Große Halbachse 30,07 AE
4 498,4 Mio. km
Perihel
Aphel
29,812 AE
30,328 AE
Exzentrizität e = 0,00859
Neigung der Bahnebene 1,769°
Siderische Umlaufzeit
Synodische Umlaufzeit
164 Jahre 288 Tage 13 Stunden
367 Tage 12 Stunden
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 5,43 km/s
Kleinster – größter Erdabstand 28,783 – 31,333 AE
Äquatordurchmesser
Poldurchmesser
49 528 km
48 682 km
Abplattung Verhältnis 1:59
Masse 1,0243*10^26 kg = 17,2 Erdmassen
Mittlere Dichte 1,638 g/cm³
Radius 24 622 km
Fallbeschleunigung 11,15 m/s² = 113% Erdschwere
Fluchtgeschwindigkeit 23,5 km/s
Rotationsperiode 15h 57 min 59s
Neigung der Rotationsachse 28,32°
Geometrische Albedo 0,41
Max. Scheinbare Helligkeit 7,78 mag
Druck d. Atmosphäre Eisriese
Oberflächentemperatur 72 K (-201 °C) bei 1 bar
55 K (-218 °C) bei 0,1 bar
Bestandteile d. Atmosphäre
(vol%)
Wasserstoff: 80,0 ± 3,2 %
Helium: 19,0 ± 3,1 %
Methan: 1,5 ± 0,5 %
Deuterierter Wasserstoff: 192 ppm
Ethan: 1,5 ppm
Auch enthalten: Ammoniakeis,
Wassereis und
Ammoniumhydrogensulfid
Monde:

Ringe:
14: z.B. Triton, Naiad, Thalassa, Nereide, Proteus, Galatea, Larissa(2019)
7 Hauptringe
Position von Neptun im Sonnensystem

Quelle, wenn nicht anders angegeben: https://de.wikipedia.org/wiki/Neptun

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