Sternengeschichten   /     Sternengeschichten Folge 563: Miranda, der seltsame Mond des Uranus

Description

Der kleine Uranusmond Miranda ist seltsam. Dort gibt es nicht nur die h√∂chste Klippe des Sonnensystems sondern jede Menge andere komische Gegenden. Was wir dar√ľber wissen, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten. Wer den Podcast finanziell unterst√ľtzen m√∂chte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)

Subtitle
Blick von der höchsten Klippe des Sonnensystems
Duration
760
Publishing date
2023-09-08 05:00
Link
https://sternengeschichten.podigee.io/563-sternengeschichten-folge-563-miranda-der-seltsame-mond-des-uranus
Contributors
  Florian Freistetter
author  
Enclosures
https://audio.podigee-cdn.net/1209471-m-6ec3c2b05ed513b9c55d4cfb3def88b3.mp3?source=feed-scienceblogs
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Shownotes

Blick von der höchsten Klippe des Sonnensystems

Sternengeschichten Folge 563: Miranda, der seltsame Mond des Uranus

Das Sonnensystem ist voller Welten. Von der Erde aus sehen wir davon leider entweder gar nichts oder h√∂chstens ein paar Lichtpunkte am Himmel. Und die Welt um die es heute geht, ist ohne optische Hilfsmittel komplett unsichtbar f√ľr uns. Sie befindet sich bei Uranus, den man zwar theoretisch mit freiem Auge sehen k√∂nnte, aber in der Praxis eigentlich so gut wie nie ohne optische Hilfsmittel sehen kann. Der ferne Planet wird von einem Haufen Monde umkreist, von denen ich in Folge 409 der Sternengeschichten schon erz√§hlt habe. Heute geht es aber nur um einen dieser Monde, n√§mlich Miranda. Sein Durchmesser betr√§gt nur circa 470 Kilometer und so ein kleiner Himmelsk√∂rper ist in der enormen Entfernung von der Erde nat√ľrlich nicht mit freiem Auge zu sehen. Es w√§re aber cool, wenn man es k√∂nnte. Denn Miranda ist ein h√∂chst seltsames Objekt. Der Mond sieht komplett durcheinander aus; irgendwie zusammengest√ľckelt, so als w√§ren da ein Haufen unterschiedlichster Felsbrocken wahllos ineinander gekracht. In der Mitte eine Region, die tats√§chlich ein bisschen so aussieht wie wir es von unserem Erdmond kennen; darunter aber eine komische rechteckige Struktur mit hellen Gr√§ben; am Rand lange, dunkle Furchen die sich √ľber den halben Monbd ziehen und darunter sieht es so aus, als w√§re ein kleines St√ľck aus Miranda herausgebrochen.

So eine komplexe Oberfl√§che w√ľrde man sich bei so einem winzigen Objekt wie Miranda definitiv nicht erwarten. Aber da ist dieser Mond nunmal, knapp 130.000 Kilometer von Uranus entfernt auf einer kreisf√∂rmigen Umlaufbahn, die ihn alle 1,4 Tage einmal um den fernen Eisriesen-Planet bringt. Von seiner Existenz wissen wir seit dem 16. Februar 1948 als der Astronom Gerard Kuiper ihn mit dem Teleskop der McDonald-Sternwarte in Texas entdeckt hat. Miranda befindet sich au√üerhalb des Ringsystems von Uranus auf einer, wie gesagt, fast perfekt kreisf√∂rmigen Bahn. Diese Bahn ist aber um mehr als 4 Grad gegen√ľber der √Ąquatorebene von Uranus geneigt und das ist au√üergew√∂hnlich. Was das zu bedeuten hat, schauen wir uns sp√§ter noch genauer an. Bleiben wir zuerst noch kurz bei Uranus selbst. √úber diesen Planeten g√§be es auch jede Menge zu erz√§hlen; f√ľr diese Geschichte hier ist aber die Art und Weise interessant, wie Uranus um die Sonne kreist. Das tut er mit einer Umlaufzeit von knapp 84 Jahren. Die Achse, um die Uranus selbst alle gut 17 Stunden rotiert ist aber um 97 Grad gegen√ľber der Ebene geneigt, in der er sich um die Sonne bewegt. Oder anders gesagt: Uranus "rollt" quasi um die Sonne. Ein halbes Uranus-Jahr lang ist sein Nordpol fast direkt auf die die Sonne gerichtet; die andere H√§lfte zeigt der S√ľdpol zur Sonne. Das bedeutet, dass eine H√§lfte des Uranus 42 Jahre lang dunkel ist, worauf dann ein 42 Jahre langer heller "Tag" folgt (ein bisschen so wie bei den Polartagen und Polarn√§chten in Arktis und Antarktis auf der Erde). Und was f√ľr Uranus gilt, gilt auch f√ľr Miranda, der den Planeten ja nahezu in dessen √Ąquatoreben umkreist. 42 Jahre lang ist die eine H√§lfte des Mondes hell und die andere dunkel und dann ist es 42 Jahre lang umgekehrt.

Das ist aber bei weitem noch nicht alles, was Miranda so au√üergew√∂hnlich macht. Schauen wir uns an, was es dort alles zu sehen gibt. Zum Beispiel die Coronae. Das ist lateinisch f√ľr Krone beziehungsweise Kranz und genau so sehen die Dinger auch aus: runde oder ovale Strukturen, die keine Krater sind. Wir kennen so etwas von der Venus: Dort entstehen die Coronae, wenn Magma aus dem Planeteninneren aufsteigt und dabei die Kruste nach oben dr√ľckt. Dann bricht die Kruste auf und das geschmolzene Material flie√üt an den R√§ndern nach oben. Die Struktur die dabei entsteht ist das, was wir heute Corona nennen.

Bei einem hei√üen Planeten wie der Venus ist das plausibel. Aber nicht bei einem winzigen Mond wie Miranda, der noch dazu eiskalt ist. Die mittlere Dichte von Miranda liegt nur wenig √ľber einem Gramm pro Kubikzentimeter, was bedeutet, das er fast vollst√§ndig aus Wassereis bestehen muss. Fast 80 Prozent des Mondes sind Eis, der Rest sind ein bisschen Gestein und gefrorene Gase wie Methan. Mit hei√üem Magma ist im Inneren von Miranda eher nicht zu rechnen. Aber wir kommen sp√§ter auf dieses Thema und die Entstehung der Coronae auf Miranda zur√ľck. Schauen wir uns zuerst eine davon etwas genauer an: Inverness Corona. Auf einem Bild von Miranda ist sie leicht zu erkennen, denn sie ist fast schon rechteckig statt oval oder kreisf√∂rmig. Es handelt sich um eine gewaltige Senke in dem sie umgebenden Hochland, mit einer Ausdehnung von mehr als 230 Kilometer. Man erkennt jede Menge Furchen und deutliche Helligkeitsunterschiede in der Oberfl√§che. Allgemein ist Miranda ein eher heller Himmelsk√∂rper. Er reflektiert im Mittel gut 32 Prozent des einfallenden Sonnenlichts, mehr als doppelt so viel wie der Erdmond reflektiert. Innerhalb von Inverness Corona variiert die reflektierte Lichtmenge aber zwischen 20 und 40 Prozent; sehr helle Regionen wechseln sich dort mit sehr dunklen Bereichen ab. Neben Inverness Corona befindet sich Elsinore Corona, eine noch ausgedehntere Region aus parallel verlaufenden Gr√§ben die bis zu 320 Kilometer lang sind.

Wirklich beeindruckend auf Miranda sind allerdings die Rupes. So werden die Klippen auf Miranda genannt und nirgendwo gibt es h√∂here als dort. Wenn man auf der Erde m√∂glichst tief nach unten fallen will, ohne in ein Flugzeug zu steigen, dann muss man auf die Insel Baffin Island in Kanada reisen. Dort steht der Mount Thor, mit einer Steilwand, von der aus es 1250 Meter senkrecht nach unten geht (und es hat zwar nichts mit dem Thema zu tun, aber der erste, der diesen Berg bestiegen hat war der Astronom Lyman Spitzer, √ľber den ich in Folge 362 mehr erz√§hlt habe). Das ist aber nichts gegen die Verona Rupes auf Miranda. Von dieser Klippe geht es 20 Kilometer tief nach unten. 20 Kilometer! W√ľrde man von Mount Thor fallen, braucht man circa 20 Sekunden bis man unten ankommt. Von der Spitze der Verona Rupes w√ľrde man mehr als 12 Minuten lang fallen. Das liegt nicht nur allein an der H√∂he, sondern nat√ľrlich auch an der enorm geringen Schwerkraft die auf dem kleinen Mond herrscht. Trotzdem sollte man diesen Sprung nicht ausprobieren: Auch in der geringen Schwerkraft von Miranda erreicht man am Ende eine hohe Geschwindigkeit und w√ľrde mit gut 200 Kilometer pro Stunde am Boden der gewaltigen Klippe aufprallen.

Es ist schon ein wenig √ľberraschend: Warum finden wir die gr√∂√üte bekannte Klippe des Sonnensystems gerade auf diesem kleinen Uranusmond? Und wieso hat dieser Mond √ľberhaupt so viele geologische komplexe Strukturen? Was ist da los, wie ist dieser Mond entstanden, dass er heute so aussieht, wie er aussieht?

Lauter gute Fragen und leider gibt es darauf nicht ganz so viele gute Antworten. Fr√ľher dachte man, dass der Mond nach seiner Entstehung durch eine Kollision mit einem anderen Himmelsk√∂rper quasi komplett zerbrochen ist und die Bruchst√ľcke sich dann wieder auf die chaotische Weise zusammengesetzt haben, die wir heute sehen. Das klingt prinzipiell plausibel; so etwas kann passieren - aber je genauer man sich Miranda angesehen hat, desto weniger Hinweise hat man f√ľr diese Hypothese gefunden. Heute geht man von einer anderen Situation aus. Miranda ist ja nicht der einzige Mond des Uranus; da sind noch mehr als zwei Dutzend andere. Zum Beispiel Ariel und Umbriel; beide deutlich gr√∂√üer als Miranda. Computersimulationen zeigen, dass Miranda nach seiner Entstehung in einer Bahnresonanz mit einem beziehungsweise beiden dieser anderen Monde befunden haben k√∂nnte. Das hei√üt, dass die Umlaufbahnen um Uranus der Monde in einem ganzzahligen Verh√§ltnis zueinander gestanden sind. W√§hrend Ariel einmal um den Uranus l√§uft, macht Miranda genau drei Uml√§ufe: das w√§re zum Beispiel eine 3:1 Resonanz. Heute ist Miranda in keiner Bahnresonanz, aber fr√ľher k√∂nnte der Mond eben in genau so einer 3:1 Resonanz mit Ariel und einer 5:3 Resonanz mit Umbriel gewesen sein. In solchen Resonanzzust√§nden k√∂nnen sich die gravitativen Wirkungen der Monde aufeinander verst√§rken, weil sie eben nach regelm√§√üigen Zeiten die gleichen relativen Abst√§nde haben wie zuvor. Ariel beziehungsweise Umbriel haben also - vereinfacht gesagt - immer wieder mit ihrer Gravitation an Miranda geschubst und das hat Konsequenzen. Zuerst wurde die Umlaufbahn von Miranda dadurch exzentrisch, ist also stark von einer Kreisbahn abgewichen. Das hat die Gezeitenwirkungen verst√§rkt, die Uranus auf Miranda aus√ľbt und diese starke Gezeitenkraft hat den Mond verformt und dadurch aufgeheizt. W√§rmeres Wassereis aus seinem Inneren konnte an die Oberfl√§che steigen, so wie geschmolzenes Gestein im Inneren der Erde nach oben steigt. Dadurch k√∂nnen auch auf Miranda tektonische Prozesse ablaufen, die dann zum Beispiel die Coronae entstehen lassen; die Gebirge auffalten, die Klippen bilden, und so weiter.

Die Resonanz hat aber nicht ewig gedauert; irgendwann war die Bahn von Miranda so weit gest√∂rt, dass sie nicht mehr in Resonanz mit Ariel oder Umbriel war. Ich will nicht auf die ganzen himmelsmechanischen Details eingehen, aber am Ende f√ľhrt das dazu, dass die Bahn wieder sehr kreisf√∂rmig wird, aber die Bahnneigung sich erh√∂ht, genau so wie wir es heute beobachten.

Womit wir beim letzten Problem w√§ren, was Miranda angeht. Wenn ich sage, "wie wir es heute beobachten", dann ist damit eigentlich gemeint: Wie die Raumsonde Voyager 2 es im Jahr 1986 beobachtet hat, als sie an Uranus vorbei geflogen ist und dabei auch ein paar Bilder von Miranda machen konnte. Dass die Sonde gerade an Miranda vorbei geflogen ist - in einem Abstand von knapp 30.000 Kilometer war reiner Zufall; Voyager 2 war auf dem Weg zum Neptun und das war eben die Bahn, die f√ľr diesen Flug n√∂tig war. Damals hat niemand damit gerechnet, dass dieser kleine Mond so ein extrem spannendes Objekt sein k√∂nnte. Aber das zeigt eben auch wieder, dass man NIE genau sagen kann, was man finden wird, bevor man nicht nachsieht. Wer wei√ü, was die anderen Monde des Uranus noch f√ľr unerwartete Eigenschaften zeigen. Oder die Monde des Neptun; des Jupiters, des Saturns und all die anderen Kometen, Asteroiden und restlichen Himmelsk√∂rper, die wir noch gar nicht oder nur extrem l√ľckenhaft im Detail beobachtet haben. Und auch bei Miranda w√§re noch viel zu beobachten. All das, was ich bis jetzt erz√§hlt habe, von Inverness Corona, von den Verona Rupes, und so weiter, spielt sich nur auf einer H√§lfte des Mondes ab. Was auf der anderen H√§lfte noch alles zu sehen w√§re, wissen wir nicht. Denn die hat Voyager 2 nicht fotografiert. Vielleicht ist Miranda ja noch viel au√üergew√∂hnlicher als wir bisher glauben!