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Uranus ist von der Sonne aus gesehen der siebente Planet, und der erste Planet, der in der Neuzeit mit einem Fernrohr entdeckt wurde. Mit seiner Entdeckung verdoppelte sich der Durchmesser des Sonnensystems. Die Uranusbeobachtungen waren auch die Grundlage für die Entdeckung des Neptun. Den Höhepunkt der Uranusforschung bildete der Voyager 2-Flyby im Jahre 1986. Heute wird Uranus vor allem mit dem Hubble Weltraumteleskop beobachtet.
Uranus hat einen Äquatorradius von 25559 Kilometern und somit etwas mehr als vier Erddurchmesser. Seine Masse beträgt 86.624·10^24 kg und die mittlere Dichte 1,27 g/m^3. Die Schwerkraft beträgt auf Uranus nur 0,86g. In 0,71 Erdtagen dreht sich Uranus einmal um seine eigene Achse. Die Achsenneigung hat einen Wert von 97,86 Grad, so dass er gewissermaßen um die Sonne rollt.
Der mittlere Abstand zur Sonne beträgt 19,89 Astronomische Einheiten und die geringste Distanz zur Erde 17,29 Astronomische Einheiten. Seine Umlaufzeit um die Sonne beträgt 84,02 Jahre. Die Umlaufbahn hat eine Exzentrizität von 0,049.
Uranus' mittlere Oberflächentemperatur hat einen Wert von -200 Grad Celsius. Seine Atmosphäre besteht primär aus Wasserstoff, Helium und Methan. Das Methan ist für die bereits in kleinen Teleskopen sichtbare blaugrüne Färbung des Uranus verantwortlich.
Der im Teleskop sichtbare scheinbare Winkeldurchmesser beträgt in der Oppositionszeit 4,1 Bogensekunden. Uranus lässt sich also mit Teleskopen ab etwa 80 Millimeter freier Öffnung eindeutig als Planetenscheibchen auflösen. Mit einer scheinbaren Oppositionshelligkeit von 5,7 Magnituden ist Uranus, bedingt durch die horizontnahen Dunstschichten und seine derzeit südlichen Deklinationen, ein Grenzfall für die Sichtbarkeit mit dem bloßen Auge.
Vor dem Umbruch des Weltbildes durch Copernicus und Galilei waren als Wandelsterne ("Planetae") Sonne, Mond und die Planeten von Merkur bis Saturn bekannt. Damals galt die Anzahl von sieben Wandelsternen als heilig und Beweis für die Vollzähligkeit der Planeten (damals wurden Sonne und Mond zu den Planeten, also Wandelsternen, gezählt). Es bestand also kein Anlass, nach weiteren Planeten zu suchen.
Eine erstmalige dokumentierte Sichtung des Uranus erfolgte am 23. September 1690 durch John Flamsteed. Von ihm wurde Uranus als Fixstern "34 Tauri" katalogisiert. Interessanterweise bemerkten die Astronomen der damaligen Zeit Uranus zwar eindeutig mit bloßem Auge, jedoch entging den zu ihrer Zeit schon sehr aufmerksamen Beobachtern die Bewegung des Himmelskörpers über einen längeren Zeitraum. Dass das Verschwinden bzw. die Positionsänderung eines katalogisierten Sterns nach längerer Zeit unbemerkt blieb, ist wohl auf die geringe Helligkeit des Planeten zurückzuführen.
Wilhelm Herschel entdeckte den Planeten Uranus am 13. März 1781. Die Entdeckung erfolgte im Rahmen einer Himmelsdurchmusterung. In Anbetracht seines Erscheinungsbildes (Farbe, Helligkeit und scheinbarer Durchmesser) und der damaligen Annahme von der Vollzähligkeit der bisher bekannten Planeten hielt Herschel Uranus zunächst für einen neuen Kometen. Erst die Bahnbestimmung entpuppte die wahre Natur der Neuentdeckung.
Die Umstände der Uranusentdeckung sind auch für Amateurastronomen interessant. Sie erfolgte mit einem Spiegelteleskop nach Newton mit "nur" etwa 150 Millimeter freier Öffnung. Dies entspricht in heutiger Zeit einem kleinen bis mittleren Einsteigerteleskop. Dies zeigt nachhaltig, dass auch kleine Teleskope durchaus zu interessanten und wertvollen Beobachtungen taugen und zu respektabler Leistung imstande sind.
Mit erdgebundenen Teleskopen erscheint Uranus nur als kleines, blaugrünes und strukturloses Scheibchen von maximal 4,1 Bogensekunden Durchmesser.
Visuelle und fotografische Teleskopbeobachtungen aus der Zeit vor Voyager 2 zeigen somit keine Details der Uranusatmosphäre. Es war also nicht möglich, anhand von Oberflächenstrukturen auf die Rotationszeit und Achsenneigung zu schließen.
Im Falle der Achsenneigung ließen sich jedoch Rückschlüsse aus den annähernd äquatorial verlaufenden Bahnen der Uranusmonde schließen. Uranus' genaue Achsenneigung blieb jedoch bis Voyager 2 unbekannt.
Der Entdeckung des Uranus folgten bald die Entdeckungen hellerer Monde. Wilhelm Herschel selbst entdeckte 1787 die beiden hellsten Monde Titania (Durchmesser 1610 km) und Oberon (Durchmesser 1550 km). William Lassel entdeckte 1851 die Monde Ariel (Durchmesser 1160 km) und Umbriel (Durchmesser 1190 km). 1948 wurde von Gerard Kuiper der Mond Miranda (Durchmesser 490 km) entdeckt.
Das Ringsystem wurde am 10. März 1977 zufällig durch James Elliot, Douglas Mink und Edward Dunham entdeckt. Geplant war, mit dem Kuiper Airborne Observatory eine Sternbedeckung zu beobachten, um die Atmosphäre des Uranus zu untersuchen. Kurz vor und nach der Bedeckung fiel das Licht des Sterns in regelmässigen Abständen abrupt ab. Die einzige Erklärung dafür war ein Ringsystem des Uranus, welches von Voyager 2 direkt beobachtet werden konnte.
Im Januar 1986 passierte die Raumsonde Voyager 2 den Uranus. Bei Uranus selbst zeigte sich eine schwache, kaum sichtbare Bänderstruktur. Es wurde möglich, die Rotationsperiode und die Achsenneigung des Uranus exakt zu bestimmen. Anhand der physikalischen Messdaten während des Flybys konnte die innere Struktur von Uranus ermittelt werden. In diesem Beitrag wird hierauf nicht näher eingegangen. Über die verschiedenen Resultate des Voyager 2-Flybys ließen sich mehrere Artikel im Umfang des vorliegenden Beitrags verfassen.
Voyager 2 entdeckte zehn weitere Uranusmonde, deren kleinste Durchmesser zehn Kilometer betragen. Einige von ihnen (Cordelia und Ophelia) halten als Schäferhundmonde den hellsten Uranusring, den Epsilon-Ring, zusammen.
Wie bei allen Gasplaneten sind die Monde die abwechslungsreichsten und interessantesten Körper des Uranus-Systems. Die großen Monde waren geologisch aktiv und zeigen vor allem tektonische Bruchstrukturen. In dieser Hinsicht ist besonders Ariel erwähnenswert.
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Mirandas Oberfläche erweckt den Eindruck, als bestünde sie aus riesigen Eisschollen. Es wird angenommen, dass er entweder durch eine große Kollision oder Gezeitenkräfte zerrissen wurde und seine Fragmente sich erneut zu einem Mond zusammen ballten.
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Voyager 2 erforschte auch die Ringe des Uranus. Im hellsten Epsilon-Ring wurden Dichteschwankungen entdeckt, und die Ringe liegen nicht alle in der Äquatorebene.
Die Erforschung des Uranus mit dem Hubble-Weltraumteleskop beschränkt sich hauptsächlich auf die Beobachtung der Atmosphäre und die Neuentdeckung von Uranusmonden. Allerdings wurden auch zwei neue äussere Uranusringe entdeckt, indem der helle Planet bei langen Belichtungszeiten ausgeblendet wurde.
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Im Gegensatz zum einmaligen Voyager 2-Flyby ermöglicht das Hubble kontinuierliche Beobachtungen der Uranus-Atmosphäre. Vor allem im nahen Infrarot zeigen sich deutlich kleine, helle Wolken. Aber auch im sichtbaren Licht sind zeitweise eindeutig Wolken als helle, weisse Flecken sichtbar. Möglicherweise treten Wolken auf Uranus saisonal auf. Für den Nachweis hierfür ist die bisher zur Verfügung stehende Beobachtungszeit jedoch zu kurz.
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Im Jahre 2006 wurde auch erstmals ein dunkler Fleck auf Uranus nachgewiesen. Dieser wird als kleiner Wirbelsturm interpretiert.
Hubble entdeckte auch zahlreiche kleine Monde, unter denen auch einige irreguläre Monde sind. Inzwischen ist die Zahl der Uranusmonde auf 27 angewachsen.
Uranus zeigt sehr eindrucksvoll, dass eine regelmässige, systematische Beobachtung mehr Erkenntnisse bringen kann als eine seltene Beobachtung mit einer besseren Auflösung.
Die hellsten Uranusmonde liegen ohne weiteres in der Reichweite mittlerer und großer Amateurteleskope. In größter Elongation können sie mit heutigen digitalen Kameras sehr gut fotografiert werden.
Unter exzellenten Bedingungen gelang es Amateurastronomen sogar bereits, die parallel zum Äquator verlaufenden Wolkenbänder fotografisch nachzuweisen. Bei der rasanten technischen Entwicklung der Kameras und der Amateur-Astrofotografie ist es vielleicht bald ein Amateurastronom, der eine wissenschaftlich sensationelle Veränderung in der Uranusatmosphäre als erster entdeckt und die Profi-Astronomen darauf aufmerksam macht.
Nachdem die Umlaufbahn von Uranus berechnet worden war, wurden Vorausberechnungen der Ephemeride
Anhand der Art der Abweichungen wurde dann bald klar, dass ein weiterer Planet ausserhalb der Umlaufbahn des Uranus die Bewegung des letzteren mit seiner Gravitationskraft störte. Daraufhin begannen die Mathematiker John Couch Adams in England und Urbain Leverrier in Frankreich unabhängig voneinander, auf der Grundlage der Bahnstörungen und der Gravitationsgesetze die Position des hypothetischen achten Planeten zu berechnen. Beide kamen zu vergleichbaren Ergebnissen.
Adams Ergebnisse fanden in England so gut wie keine Beachtung. Urbain Leverrier hingegen überzeugte Johann Gottfried Galle von der Berliner Sternwarte, in der fraglichen Himmelsregion nach dem achten Planeten zu suchen. Zufälligerweise hatten Galle und seine Kollegen die betroffene Himmelsregion kurz vorher katalogisiert, so dass sie Neptun sofort fanden.
Die Bahnabweichungen des Uranus entstehen dadurch, dass er Neptun auf der Innenbahn überholt hat: Bewegt sich Uranus hierbei auf Neptun zu, wird er von ihm angezogen und beschleunigt, nach der Überholung wird Uranus durch Neptuns Anziehungskraft abgebremst.
Es sei erwähnt, dass die Orbitberechnungen von Uranus und Neptun, unabhängig von den gegenseitigen gravitativen Störungen, äusserst anfällig auf Ungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung reagieren: Ein auf himmelsmechanische Berechnungen programmierter Computer berechnete experimentell die Bahnen der Planeten Jupiter bis Neptun auf der Grundlage beobachteter Positionen. Einmal wurden die Rechnungen mit den exakten Werten und einmal mit typischen Messungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung vorgenommen. Es stellte sich heraus, dass die Orbits von Jupiter und Saturn kaum Abweichungen zeigten. Die Bahnen von Uranus und Neptun zeigten hingegen signifikante Abweichungen von der exakten Bahn, wenn die Ausgangskoordinaten mit geringen typischen Messfehlern behaftet waren.
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