Neue Bilder zeigen, wie Neptune und Uranus tatsächlich aussehen.

4. Januar 2024

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Korrekturgelesen und verifiziert von der University of Oxford

Neptun ist für seine reiche blaue Farbe bekannt, und Uranus ist grün - doch eine neue Studie hat gezeigt, dass die beiden Eisriesen tatsächlich farblich viel näher beieinander liegen, als bisher angenommen.

Die korrekten Farbtöne der Planeten wurden mithilfe von Forschungen unter der Leitung von Professor Patrick Irwin von der University of Oxford bestätigt. Diese wurden heute in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Er und sein Team fanden heraus, dass beide Welten tatsächlich einen ähnlichen Blaugrün-Ton haben, obwohl bisher allgemein davon ausgegangen wurde, dass Neptun ein tiefes Azurblau und Uranus ein blasses Cyanblau hat.

Astronomen wissen seit langem, dass die meisten modernen Bilder der beiden Planeten ihre wahren Farben nicht korrekt wiedergeben. Die falsche Vorstellung entstand, weil während des 20. Jahrhunderts aufgenommene Bilder beider Planeten, einschließlich der Mission Voyager 2 der NASA, dem einzigen Raumfahrzeug, das an diesen Welten vorbeigeflogen ist, in separaten Farben aufgezeichnet wurden.

Die einfarbigen Bilder wurden später zu zusammengesetzten Farbbildern kombiniert, die nicht immer genau ausbalanciert waren, um ein "wahres" Farbbild zu erreichen, und - insbesondere im Fall von Neptun - oft "zu blau" gemacht wurden.

Zusätzlich wurden die ersten Neptun-Bilder von Voyager 2 stark kontrastverstärkt, um die Wolken, Bänder und Winde besser sichtbar zu machen, die unsere moderne Perspektive von Neptun prägen.

Professor Irwin sagte: "Obwohl die vertrauten Voyager 2-Bilder von Uranus in einer Form veröffentlicht wurden, die der 'wahren' Farbe näher kam, wurden die Bilder von Neptun tatsächlich gestreckt und verstärkt und daher künstlich zu blau gemacht. Obwohl die künstlich aufgesättigte Farbe den Planetenwissenschaftlern bekannt war und die Bilder mit entsprechenden Bildunterschriften veröffentlicht wurden, ging diese Unterscheidung im Laufe der Zeit verloren. Durch die Anwendung unseres Modells auf die Originaldaten konnten wir die bisher genaueste Darstellung der Farbe von Neptun und Uranus rekonstruieren."

In der neuen Studie verwendeten die Forscher Daten vom Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) des Hubble-Weltraumteleskops und vom Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte. In beiden Instrumenten ist jeder Pixel ein kontinuierliches Spektrum von Farben.

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 zu rekalibrieren, die von der Kamera der Voyager 2 und auch von der Wide Field Camera 3 (WFC3) des Hubble-Weltraumteleskops aufgenommen wurden.

Dies zeigte, dass Uranus und Neptun tatsächlich einen recht ähnlichen Blaugrün-Ton haben. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Neptun einen leichten Hauch zusätzliches Blau hat, der durch eine dünnere Dunstschicht auf diesem Planeten verursacht wird, wie das Modell zeigt.

Die Studie liefert auch eine Antwort auf das langjährige Rätsel, warum sich die Farbe von Uranus während seiner 84-jährigen Umlaufbahn um die Sonne leicht ändert. Die Autoren kamen zu dieser Schlussfolgerung, nachdem sie zunächst Bilder des Eisriesen mit Messungen seiner Helligkeit verglichen hatten, die von der Lowell Observatory in Arizona von 1950 bis 2016 bei blauen und grünen Wellenlängen aufgenommen wurden.

Diese Messungen zeigten, dass Uranus während seiner Sonnenwenden (Sommer und Winter) etwas grüner erscheint, wenn einer der Pole des Planeten direkt auf unseren Stern zeigt. Aber während seiner Tagundnachtgleichen - wenn die Sonne über dem Äquator steht - hat er einen etwas bläulicheren Schimmer.

Einer der Gründe dafür ist bekanntermaßen die ungewöhnliche Drehung von Uranus. Während seiner Umlaufbahn dreht er sich effektiv fast auf der Seite, was bedeutet, dass während der Sonnenwenden entweder sein Nord- oder Südpol nahezu direkt auf die Sonne und die Erde zeigt. Dies ist wichtig, so sagten die Autoren, da alle Veränderungen in der Reflektivität der Polregionen daher einen großen Einfluss auf die Gesamthelligkeit von Uranus haben würden, wenn er von unserem Planeten aus betrachtet wird.

Was Astronomen weniger klar war, ist, wie oder warum sich diese Reflektivität unterscheidet. Dies führte die Forscher dazu, ein Modell zu entwickeln, das die Spektren der Polarregionen von Uranus mit den Äquatorregionen verglich. Es stellte sich heraus, dass die Polarregionen bei grünen und roten Wellenlängen reflektiver sind als bei blauen Wellenlängen, teilweise weil Methan, das rotabsorbierend ist, in den Polen etwa halb so häufig vorkommt wie am Äquator.

Allerdings reichte dies nicht aus, um die Farbänderung vollständig zu erklären, daher fügten die Forscher ein neues variables Element in Form eines allmählich dicker werdenden Eisnebels hinzu, der zuvor über dem sonnenbeschienenen Sommerpol beobachtet wurde, wenn der Planet von der Tagundnachtgleiche zur Sonnenwende übergeht.

Astronomers think this is likely to be made up of methane ice particles. When simulated in the model, the ice particles further increased the reflection at green and red wavelengths at the poles, offering an explanation as to why Uranus is greener at the solstice.

Professor Irwin said, 'This is the first study to match a quantitative model to imaging data to explain why the color of Uranus changes during its orbit. In this way, we have demonstrated that Uranus is greener at the solstice due to the polar regions having reduced methane abundance but also an increased thickness of brightly scattering methane ice particles.'

Dr. Heidi Hammel, of the Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), who has spent decades studying Neptune and Uranus but was not involved in the study, said, 'The misperception of Neptune's color, as well as the unusual color changes of Uranus, have bedeviled us for decades. This comprehensive study should finally put both issues to rest.'

The ice giants Uranus and Neptune remain a tantalizing destination for future robotic explorers, building on the legacy of Voyager in the 1980s.

Professor Leigh Fletcher, a planetary scientist from the University of Leicester and co-author of the new study, said, 'A mission to explore the Uranian system—from its bizarre seasonal atmosphere, to its diverse collection of rings and moons—is a high priority for the space agencies in the decades to come.'

However, even a long-lived planetary explorer, in orbit around Uranus, would only capture a short snapshot of a Uranian year.

'Earth-based studies like this, showing how Uranus's appearance and color has changed over the decades in response to the weirdest seasons in the solar system, will be vital in placing the discoveries of this future mission into their broader context,' Professor Fletcher added.

Journal information: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Provided by University of Oxford