Ferne Trabanten: Astronomen haben erstmals die thermischen Merkmale der fünf Hauptmonde des Uranus näher bestimmt. Die mit dem Weltraumteleskop Herschel ermittelten Infrarotdaten bestätigen, dass Titania, Oberon, Umbriel, Ariel und Miranda in ihrer Wärmeleitung eher Zwergplaneten wie dem Pluto ähneln – ganz anders als die äußeren irregulären Uranusmonde, die vermutlich einst von Uranus eingefangen wurden.
Der Planet Uranus ist einer der Sonderlinge im Sonnensystem. Anders als die Erde besitzt der Eisriese ein vierpoliges Magnetfeld und könnte in seinem Inneren exotische Moleküle enthalten. Uranus ist zudem der einzige Planet im Sonnensystem, der seine Bahne entlangrollt – seine Rotationsachse ist extrem gekippt. Planetenforscher schließen daraus, dass der Planet eine frühe Kollision mit einem Protoplaneten durchlebt haben muss.
Bislang hat nur eine der Voyager-Sonden den Uranus und seine 27 Monde aus der Nähe gesehen. Alle anderen Daten stammen von Teleskopen auf der Erde oder in der Erdumlaufbahn.
Vom Eisriesen überstrahlt
Das Problem jedoch: Die inneren, großen Uranusmonde sind von der Erde aus nur schwer im Infrarotbereich zu beobachten. Denn die Wärmeabstrahlung ihres Planeten überstrahlt ihr Signal. Dadurch waren die thermischen Eigenschaften von Titania, Oberon, Umbriel, Ariel und Miranda bislang nur in Teilen bekannt. Dank einer neuen Analysemethode ist es nun Örs Detre vom Max-Planck-Institut für Astronomie und seinen Kollegen gelungen, die Infrarotsignale dieser fünf Monde aus den Daten des infrarot-Weltraumteleskops Herschel zu isolieren.
Ihr Verfahren deckt die Strahlenanteile des Uranus rechnerisch ab und macht so die schwachen Signale der Monde neben dem mehr als tausendfach helleren Uranus sichtbar. „Wir waren alle überrascht, als auf den Bildern deutlich vier Monde erschienen und wir sogar Miranda, den kleinsten und innersten der fünf größten Uranusmonde nachweisen konnten“, sagt Detre.
„Zeitpunkt war ein Glücksfall“
Dadurch konnten die Astronomen nun erstmals die Wärmeabstrahlung der fünf Uranusmonde im Wellenlängenbereich von 70 bis 160 Mikrometern messen – und dies zu einem besonders günstigen Zeitpunkt. Denn als das Herschel-Teleskop zwischen 2009 und 2013 seine Spektren aufnahm, waren die Äquatorregionen dieser Monde der Sonne und auch dem Teleskop zugekehrt. Als Voyager 2 im Jahr 1986 am Uranus vorbeiflog, konnte sie dagegen nur die Südpolregionen von Uranus und seinen Monden erfassen.
„Der Zeitpunkt der Beobachtung war ein Glücksfall“, erklärt Koautor Thomas Müller vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Dadurch konnten wir messen, wie gut sich die Wärme in einer Oberfläche hält, während sie sich durch die Rotation des Monds auf die Nachtseite dreht.“ Aus diesen Veränderungen konnten er und seine Kollegen thermische und physikalische Eigenschaften der Monde ableiten.
Thermisches Verhalten wie ein Zwergplanet
Das Ergebnis: Die Oberflächen der großen Uranusmonde speichern die Wärme unerwartet gut und kühlen sich in der Mondnacht nur vergleichsweise langsam abkühlen. Dieses Verhalten kennen Astronomen von kompakten Objekten, die eine raue, eisige Oberfläche besitzen – dazu gehören Zwergplaneten wie Pluto oder Haumea. Detre und sein Team gehen deshalb davon aus, dass die fünf Hauptmonde des Uranus in ihrer Beschaffenheit solchen Zwergplaneten ähneln.
Dies bestätigt, dass die Monde des Uranus zwei Gruppen bilden: Neben den eher mondtypischen¸ großen Hauptmonden Titania, Oberon, Umbriel, Ariel und Miranda besitzt der Eisriese noch kleinere, weiter außen kreisende Trabanten, die deutlich andere Merkmale aufweisen. Denn sie ähneln eher kleineren, locker gebundenen Transneptunischen Objekte – eisigen Brocken, wie sie zuhauf im Kuipergürtel jenseits des Neptun zu finden sind.
„Dies würde auch zu den Spekulationen über den Ursprung der irregulären Monde passen“, sagt Müller. „Aufgrund ihrer exotischen Bahnen nimmt man an, dass sie erst zu einem späteren Zeitpunkt vom Uranussystem eingefangen wurden.“
Neue Erkenntnisse aus alten Daten
Dank der neuen Analysemethode für alte Daten ist es den Astronomen damit gelungen, neue Einblicke in die Beschaffenheit der fernen Uranusmonde zu gewinnen. „Das Ergebnis zeigt, dass wir nicht immer aufwendige Raumfahrtmissionen zu den Planeten benötigen, um neue Erkenntnisse über das Sonnensystem zu erlangen“, sagt Detres Kollege Hendrik Linz. Denn in vielen älteren Daten seien noch unerschlossenen Informationen verborgen.
Seiner Ansicht nach könnte der neue Algorithmus künftig auch aus weiteren archivierten Daten noch neue Erkenntnisse herausholen. „Wer weiß, welche Überraschung dort noch auf uns wartet?“, so Linz. (Astronomy & Astrophysics, 2020; doi: 10.1051/0004-6361/202037625)
Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie
