Uranus und Neptun: Warum das Etikett „Eisriesen“ womöglich zu kurz greift

Uranus und Neptun gelten seit Jahrzehnten als „Eisriesen“ – als Planeten, deren Inneres vor allem aus Wasser, Ammoniak und Methan in extrem verdichteten, eisähnlichen Zuständen bestehen soll. Ein neues Modell legt nun nahe, dass diese Einordnung zu simpel sein könnte. Demnach könnten die tiefen Innenbereiche beider Planeten deutlich „felsiger“ sein als bisher oft angenommen – und damit eher Mischformen zwischen klassischen Gasriesen und eisdominierten Körpern, im Extrem sogar „Gesteinsriesen“. Entscheidend ist dabei: Das Modell erklärt nicht endgültig, woraus Uranus und Neptun bestehen, sondern zeigt, dass mehrere sehr unterschiedliche Innenaufbauten mit den bisherigen Messdaten vereinbar sind.

Ein „agnostischer“ Ansatz gegen Modell-Vorannahmen

Das Forschungsteam um Luca Morf und Ravit Helled von der Universität Zürich versucht ein bekanntes Problem der Planetenforschung zu entschärfen: Für Uranus und Neptun gibt es kaum direkte Daten. Vieles stützt sich auf Schwerkraftmessungen und auf Informationen aus den Voyager-2-Vorbeiflügen der 1980er-Jahre, ergänzt durch Teleskopbeobachtungen. Klassische Innenmodelle müssen deshalb zahlreiche Annahmen treffen – etwa darüber, wie Dichte, Temperatur und chemische Zusammensetzung mit der Tiefe variieren.

Der neue Ansatz beginnt bewusst ohne feste Vorgaben zur inneren Struktur. Stattdessen erzeugt das Modell zunächst zufällige Dichteprofile und sucht anschließend rechnerisch nach Lösungen, die gleichzeitig hydrostatisches Gleichgewicht, die beobachteten Gravitationsdaten sowie thermodynamische und chemische Bedingungen erfüllen. Ziel ist es, mögliche Verzerrungen durch vorgeprägte Vorstellungen darüber zu vermeiden, wie „eisig“ oder „felsig“ diese Planeten sein sollten.

Von wasserreich bis rocklastig: ein ganzer Korridor plausibler Kerne

Das auffälligste Ergebnis ist die große Bandbreite möglicher Zusammensetzungen. Für Uranus ergeben sich Gestein-zu-Wasser-Massenverhältnisse, die von stark wasserdominiert bis klar gesteinslastig reichen; bei Neptun ist die Spanne etwas enger, aber ebenfalls deutlich. Damit existieren sowohl Modelle, die gut zum klassischen Bild eines Eisriesen passen, als auch solche, in denen Gestein einen erheblichen Anteil am inneren Aufbau hat.

Genau daraus speist sich die provokante Idee der „Gesteinsriesen“. Sie bedeutet nicht, dass Wasser oder andere flüchtige Stoffe im Inneren von Uranus und Neptun fehlen würden, sondern dass diese Komponenten nicht zwangsläufig dominieren müssen, um die vorhandenen Messdaten zu erklären.

Rätselhafte Magnetfelder und die Rolle extremen Wassers

Uranus und Neptun besitzen ungewöhnliche Magnetfelder, die stark geneigt und nicht klar dipolförmig sind. Das neue Modell liefert hierfür einen möglichen Erklärungsbaustein. In allen berechneten Innenstrukturen treten Zonen auf, in denen Wasser unter extremem Druck und hoher Temperatur in eine ionische Phase übergeht. In diesem Zustand zerfallen Moleküle teilweise in geladene Bestandteile, was das Material elektrisch leitfähig macht.

Solche Schichten können als Grundlage eines planetaren Dynamos dienen und damit komplexe, unregelmäßige Magnetfelder erzeugen. Zudem deutet das Modell darauf hin, dass der Dynamo bei Uranus tendenziell tiefer im Inneren liegen könnte als bei Neptun – ein Unterschied, der helfen könnte, die Unterschiede in ihren Magnetfeldern zu erklären.

Große Unsicherheiten und der Ruf nach neuen Missionen

So aufschlussreich der Ansatz ist, so klar sind seine Grenzen. Ein zentrales Problem bleibt die unvollständig verstandene Physik von Materialien unter den extremen Bedingungen im Inneren großer Planeten. Kleine Unterschiede in den Annahmen über das Verhalten von Wasser-, Wasserstoff- und Gesteinsgemischen können große Auswirkungen auf die Modellresultate haben.

Hinzu kommt die Datenarmut: Mit den heutigen Messungen lassen sich mehrere sehr unterschiedliche Innenstrukturen nicht eindeutig voneinander unterscheiden. Die Autorinnen und Autoren betonen deshalb, dass erst gezielte Raumsondenmissionen zu Uranus und Neptun neue, entscheidende Daten liefern könnten – etwa zu Schwerefeld, Magnetfeld und innerer Wärmeabgabe. Erst dann wird sich klären lassen, ob die beiden äußeren Riesen unseres Sonnensystems tatsächlich eher Eis-, Misch- oder sogar Gesteinsriesen sind.