Warum Uranus eine gekippte Rotationsachse hat

→ In einem vorhergehenden Beitrag beschrieb ich bereits den Uranus.

Heute möchte ich mich allerdings dem Thema widmen, warum er diese stark geneigte Rotationsachse wohl haben könnte. Dazu müssen wir uns bekanntes Wissen ansehen, welches relevant dazu ist, um später verschiedene Möglichkeiten anzusehen, die mir wahrscheinlich erscheinen.

Relevante Daten

  • Neigung der Rotationsachse von Uranus bei 97,77°
  • Rotationsdauer: 17h14min24sec
  • Mondsystem: 5 Hauptmonde; 24 Asteroidenmonde
  • Fester Kern aus Silikaten und Eisen-Nickelverbindungen, geschätzte Masse: 55 % der Erde
  • Dichte: 1 270,4 kg/m³, das ist etwa tausendmal mehr als Luft
  • Masse: 8,681 × 1025 kg, oder 14,536 Erdmassen
  • Radius: 25 362 km, fast viermal so viel wie der Erdradius
  • Temperatur: bei 1 Bar durchschnittlich 76 K
  • Uranus strahlt nur wenig Wärme ab, etwa 106 % von dem, was er durch die Sonne bekommt.
  • Der Äquator ist eine unerklärlich wärmere Stelle, im Vergleich zu den Polen, trotz seiner Stellung zur Sonne.

Theorien zur Schieflage des Uranus

Wir wissen nur wenig über den Uranus, da bisher nur eine Raumsonde, Voyager 2, ihn besucht hat und lediglich innerhalb von einem Tag an ihm vorbeigeflogen ist. Fast alles detailreicheres Wissen stammt aus dieser Passage. Zwar können wir auch heute noch mit großen Teleskopen Uranus beobachten und durch Observationen mithilfe von verschiedenen Wellenlängen im Spektrum auch von Uranus verschiedene Aspekte genauer betrachten, oder bei Sternbedeckungen, die meist vielleicht bloß eine halbe Sekunde dauern, Teile der Atmosphäre und den Ringen zu durchleuchten, aber schließlich würde es uns viel mehr weiter helfen, wenn wir eine Raumsonde zu Uranus schicken. Soweit ich weiß, gibt es tatsächlich Ideen zu einer Mission, die Uranus und Neptun näher erforschen will.

Alles was man also über die Schieflage des Uranus sagen kann, sind vielleicht nur gute Spekulationen. Sie müssen alles plausibel und möglichst einfach erklären können, was damit zusammenhängen könnte.

Weitestgehend akzeptierte Theorie

Die bekannteste Vermutung ist die, dass ein Protoplanet von fast zwei Erdmassen, oder mehrere Protoplaneten und Objekte, die insgesamt etwa 2 Erdmassen haben. Sie müssten ähnlich wie der Protoplanet Theia mit der Erde in einem Streifschuss den Uranus treffen und ihn so auf eine andere Rotationsachse bringen. Was für mir allerdings ein wenig dagegenspricht ist, dass eben der Gesteins/Metallkern eine Masse haben soll, die nicht so in die Größenordnung passt. Auch kann dieser Aufprall nur während der Entstehungsphase des Sonnensystems passiert sein, denn sonst wären die Monde des Uranus nicht mit seinem heutigen Äquator mitgerückt. In der Entstehungsphase deswegen nur, weil es dort protoplanetare Scheiben um alles Mögliche gab, überall wo es eine Massenkonzentration gab, fühlten sich die Teile in der Nähe angezogen und so entsteht eben eine Scheibe wie ein Wirbelsturm vom All aus um Planeten.

Es gibt immer mal wieder genauere Computersimluationen, wie eine die hier berichtet wird. In dem weiterleitenden Link wird so zum Beispiel berichtet, dass bei einem einzigen Impakt die Monde wahrscheinlich retrograd zur Uranus-Rotation laufen müssten. Bei zwei oder mehreren Impakten soll es wahrscheinlicher sein, dass sie prograd, d.h. mit der Uranus-Rotation laufen. Da die Monde tatsächlich auch mit der Rotation vom Uranus ihre Bahn beschreiben, dürfte letzteres eher hinkommen.

Meinen Überlegungen nach, könnte es ein Protoplanet gewesen sein, der eine der Uranus nahen Bahn beschreibt, hat allerdings eine exzentrische, also elliptische Bahn, jedoch um 1° bis 2° gegen die Bahn von Uranus geneigt. Uranus hat ihn jedoch eingefangen, kurz nachdem der Protoplanet den ab- oder aufsteigenden Knoten (im Bezug auf die Bahn von Uranus) passiert hat. Der Protoplanet ist in eine stark gegen den damalig noch gut ausgerichteten Äquator des Uranus geneigten Bahn eingedrungen und konnte so in einem Streifschuss Uranus umhauen.

Weitere mögliche Theorien

Massenverteilung im Uranus:

Uranus zeigt 2014 einige Flecken. Ein Zeichen für Stürme?
Bildquelle: https://web.archive.org/web/20150511062724if_/https://solarsystem.nasa.gov/docs/uranus2014-09-10.jpg


Es wäre möglich, dass Uranus sein Massenschwerpunkt sich bei der Entstehung oftmals verlagert und so sich gedreht hat. Ein mögliches Indiz dafür ist sein Quadrupolfeld: Bei dem Besuch der Voyager 2 ist aufgefallen, dass sich eine der Magnetfelder eine Achse etwa 60° versetzt zu der Rotationsachse aufweist, und die Achse um 1/3 vom Radius entfernt ist. Möglicherweise bietet der Mantel und der Kern es an, dass sich der Massenschwerpunkt so verlagert werden kann. Jedoch würde der Uranus stärker taumeln, als die meisten Planeten, wenn das immer noch der Fall ist. Einen sich verändernden Masseschwerpunkt könnte auf dem gesamten Aufbau einen Einfluss nehmen, wenn es noch Folgen davon gibt, könnten Klimaanomalien wie die bei dem Uranusäquator, oder geringe Oberflächentemperatur erklärt werden.

Uranus kommt von außerhalb

Vielleicht wurde er in Vergangenheit bei einem nahen Kontakt von einem anderen Sternsystem übergeben. Sein Mondsystem war damals noch näher an Uranus als heute. Sie wurden in unserem Sternsystem übergeben und durch gravitative Einflüsse von Saturn und Neptun konnte er stabil eine sehr kreisförmige Umlaufbahn annehmen. Als einer seiner größeren Monde zu nah an Uranus kam, wurde er durch Gezeitenkräfte zerrissen. Es gibt tatsächlich viele Exoplaneten, die eine ähnliche Masse und Dichte aufweisen, was die Wahrscheinlichkeit nicht mehr ganz so unwahrscheinlich wirken lässt.

Allerdings ist es weit hergeholt. Uranus passt bestens in die Ekliptik und hat eine nicht unschöne Bahn. Seine fremde Herkunft erscheint unwahrscheinlich, sein Material, aus dem seine dichte Gashülle besteht, entspricht ziemlich unserem Sonnensystem. Seine Entstehung im Sonnensystem liegt ziemlich in der Hand.

Quellen:

https://en.wikipedia.org/wiki/Uranus
https://www.scinexx.de/news/kosmos/planetare-katastrophe-am-uranus/
https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/wieso-uranus-auf-der-seite-liegt/

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