Neptun – Atmosphäre

Neptun gehört zusammen mit Jupiter, Saturn und Uranus zu den vier großen Gasplaneten des Sonnensystems. Er ist etwas kleiner (aber massereicher) als Uranus und seine oberen Atmosphärenschichten besitzen eine ähnliche chemische Zusammensetzung. Neptuns obere Atmosphäre weist im Vergleich zu der oberen Atmosphäre von Uranus einen etwas höheren Wasserstoffanteil auf, während der Heliumanteil geringer ist. Auch der Methananteil ist bei Neptun etwas geringer als bei seinem "Zwillingsplaneten" Uranus.

Hauptbestandteile der oberen Neptunatmosphäre (in Volumenprozent)
Wasserstoff 80 ± 3,2
Helium 19 ± 3,2
Methan 1,5 ± 0,5
Deuterium
Ethan
geringe Spuren
Neptun, aufgenommen von der Raumsonde Voyager 2 (NASA / JPL)
Neptun, aufgenommen von der Raumsonde Voyager 2 (NASA / JPL)

Neptun besitzt ein verhältnismäßig strukturloses Erscheinungsbild. Mit Ausnahme von ein paar Wolkenbändern unterschiedlicher Helligkeit und wenigen großräumigen Wolken- und Sturmsystemen sieht der Planet zumindest im sichtbaren Lichtspektrum recht homogen aus. Die nebenstehende Aufnahme der Raumsonde Voyager 2 wurde nachbearbeitet, um kleinere Strukturen in der Atmosphäre deutlicher hervortreten zu lassen.

Deren Dynamik und Komplexität ist im optischen Wellenlängenbereich zwar schwerer zu untersuchen, aber dennoch liefern auch diese Beobachtungen wichtige Daten, die dabei helfen, unser Gesamtbild des Planeten zu vervollständigen. Die Neigung seiner Rotationsachse um 28,32 Grad führt zur Entstehung von Jahreszeiten, die aufgrund der 164 Jahre langen Umlaufzeit Neptuns jeweils gut 40 Erdjahre andauern. Studien haben gezeigt, dass das trotz der großen Entfernung von der Sonne noch genug Licht auf dem Neptun eintrifft, um im Hochsommer einen Temperaturanstieg von etwa zehn Grad Celsius zu verursachen. Davon abgesehen gehört der Planet allgemein zu den kältesten Orten des Sonnensystems – seine Temperatur liegt in Höhe des Nullniveaus (der Höhe, in welcher der Gasdruck ein Bar beträgt) bei etwa -201 Grad Celsius.

Neptuns Great Dark Spot ("Großer Dunkler Fleck") (NASA / JPL)
Neptuns Great Dark Spot ("Großer Dunkler Fleck") (NASA / JPL)

Die auffälligste Struktur in der Atmosphäre Neptuns war sicherlich der so genannte Great Dark Spot (GDS) oder Großer Dunkler Fleck. Diese Aufnahme machte die Raumsonde Voyager 2 mit ihrer Telekamera aus einer Entfernung von 2,8 Millionen Kilometern, etwa 45 Stunden vor der engsten Annäherung an den Planeten. Die kleinsten erkennbaren Strukturen sind rund 50 Kilometer groß. Die Spiralform der dunklen Bereiche und der in der Nähe befindlichen weißen Zirruswolken lässt darauf schließen, dass das Sturmsystem gegen den Uhrzeigersinn rotierte.

Es handelte sich dabei um ein ungefähr 13.000 Kilometer langes und 7.000 Kilometer breites Hochdrucksystem, prinzipiell vergleichbar mit dem berühmten Großen Roten Fleck auf Jupiter, allerdings nicht einmal halb so groß. Das Sturmsystem war langlebig und konnte einige Zeit beobachtet werden, bis es 1994 plötzlich verschwand. Möglicherweise wurde das System infolge der Wärmeabstrahlung aus dem Inneren des Planeten instabil und löste sich auf. Einer anderen Theorie zufolge könnte das Sturmsystem auch von höheren, undurchlässigeren Atmosphärenschichten verdeckt worden sein, so dass man es zur Zeit nicht mehr sehen kann. Der GDS benötigte für eine Umrundung des Planeten etwas mehr als 18 Stunden, also rund zwei Stunden mehr als die Rotationsperiode Neptuns. Auf den Bildern des Systems konnten die Wissenschaftler regelmäßig weiße Zirruswolkenformationen in der direkten Umgebung sehen, die sich jedoch nach wenigen Stunden wieder auflösten.

"Scooter" (die helle Wolke unten links) und der Kleine Dunkle Fleck mit seinem hellen Zentralbereich (rechts unterhalb von Scooter) (NASA / JPL)
"Scooter" (die helle Wolke unten links) und der Kleine Dunkle Fleck mit seinem hellen Zentralbereich (rechts unterhalb von Scooter) (NASA / JPL)

Neben dem Großen Dunklen Fleck gibt es noch zwei weitere Objekte in der Atmosphäre Neptuns, die eine besondere Erwähnung verdienen: Scooter und der Kleine Dunkle Fleck. Scooter heißt auf Deutsch etwa soviel wie "Flitzer" und ist der Spitzname einer Wolkenformation, die im unteren linken Teil dieser Aufnahme zu sehen ist. Eventuell stellt diese Formation eine Rauchfahne dar, die aus tieferen Atmosphärenschichten emporsteigt.

Sie bewegt sich schneller als der damalige Große Dunkle Fleck und umrundet den Planeten alle 16 Stunden. Auch der Kleine Dunkle Fleck, hier rechts unterhalb von Scooter, bewegt sich schneller als sein damaliges deutlich größeres Pendant. Dank starker, westwärts wehender Winde mit Geschwindigkeiten von über 700 Kilometern pro Stunde konnte der Kleine Dunkle Fleck den GDS alle fünf Tage überholen. Der Zentralbereich dieses Sturmsystems war jedoch nicht immer so hell und gut erkennbar wie hier auf dem nebenstehenden Bild. Die Veränderungen begannen (glücklicherweise) kurz vor der Ankunft der Raumsonde Voyager 2 im Jahr 1989. Vorher war der innere Bereich des Systems ähnlich dunkel wie seine Randgebiete.

Hochliegende Wolkenformationen in der Neptun-Atmosphäre (NASA / JPL)
Hochliegende Wolkenformationen in der Neptun-Atmosphäre (NASA / JPL)

Zwei Stunden vor ihrer engsten Annäherung an den Planeten machte Voyager 2 diese hochaufgelöste Farbaufnahme. Sie ermöglicht einen Einblick in das vertikale Relief der hochliegenden Wolkenformationen in der Neptun-Atmosphäre, die in regelmäßigen Abständen entstehen und einige Stunden überdauern. Die Sonne beleuchtet den Planeten von unten links und die langgestreckten Wolkenformationen befanden sich auf 29 Grad nördlicher Breite in der Nähe des östlichen Terminators (der Tag-Nacht-Grenze) Neptuns. Die Wolken erscheinen heller, weil sie dem Sonnenlicht stärker ausgesetzt sind. In der Gegenrichtung kann man auf der Atmosphäre die schmalen Schatten der hochliegenden Wolken erkennen. Diese Schatten liegen auf deutlich tieferen Atmosphärenschichten, weshalb sie mit Orangefiltern besser zu sehen sind als mit Violettfiltern: violettes Licht wird wesentlich stärker gestreut als das langwelligere rötliche Licht. Die Breite der Wolkenformationen beträgt 50 bis 200 Kilometer, wobei sie bis zu 50 Kilometer dick sind.