Uranus und Neptun wirken wie ein passendes Paar, doch ihre Chemie deutet darauf hin, dass sie aus unterschiedlichem Material an unterschiedlichen Orten entstanden sind.
Eine in Astronomy & Astrophysics veröffentlichte Studie schätzt das Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis tief im Inneren beider Planeten, indem sie Modelle der Atmosphärenchemie und des Transports mit Kohlenmonoxid-Beobachtungen kombiniert, viele davon vom ALMA-Array in Chile. Dieses Verhältnis dient als chemischer Fingerabdruck des Materials, aus dem ein Planet entstanden ist.
Ein verborgenes Verhältnis, indirekt gemessen
Niemand kann die tiefe Atmosphäre eines der beiden Planeten beproben. Aufeinanderfolgende Wolkenschichten versperren die direkte Sicht, und nur Voyager 2 ist jemals an ihnen vorbeigeflogen, 1986 und 1989.
Kohlenmonoxid bietet einen Zugang. Es entsteht oder befindet sich in tiefen Schichten und wird durch die Wolken bis in Höhen transportiert, die Teleskope sehen können, sodass seine Konzentration Informationen über weit darunter liegende Regionen liefert.
Das Team fand, dass Neptun deutlich sauerstoffreicher zu sein scheint als Uranus. Zusammen mit Kohlenstoffschätzungen ergibt das für Neptun ein niedrigeres Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis. Die Bereiche möglicher Werte überschneiden sich noch, doch der Unterschied ist schwer zu erklären, wenn beide Planeten aus derselben Mischung in derselben Region der Scheibe um die junge Sonne entstanden sind.
Cousins, keine Zwillinge
Beim Vergleich der Ergebnisse mit einem Modell der chemischen Entwicklung des frühen Sonnensystems schlagen die Autoren getrennte Geschichten vor. Uranus könnte sich relativ weit außen, nahe seiner heutigen Umlaufbahn, gebildet haben. Neptun könnte näher an der Sonne begonnen haben, in einer Zone, in der Feststoffe mehr Sauerstoff enthielten, und sich dann nach außen bewegt haben.
„Uranus und Neptun mögen heute wie Zwillinge wirken, aber ihre Chemie sagt uns, dass sie eher Cousins mit sehr unterschiedlichen Geschichten sind", sagte Olivier Mousis vom Southwest Research Institute, ein Mitautor.
Das Ergebnis ist über zwei Planeten hinaus von Bedeutung. Welten dieser Größe machen mehr als die Hälfte der rund 6.000 bisher gefundenen Exoplaneten aus, sodass die Frage, wie sich Eisriesen bilden, das Denken über einen großen Anteil bekannter Planeten prägt.
Die offenen Fragen
Die Autoren erklären, das Bild sei nicht geklärt. Die vertikale Durchmischung in den tiefen Atmosphären bleibe eine große Unsicherheitsquelle, und bessere Messungen seien nötig. Eine eigene Mission wie der Uranus Orbiter and Probe, den die US-Nationale Akademie der Wissenschaften 2023 zur obersten Priorität der Planetenforschung erklärte, würde helfen, dies zu klären.