Neptun ist der äußerste Planet unseres Sonnensystems. Der Gasriese ist so weit von der Erde entfernt, dass selbst bei seiner größten Annäherung die Distanz immer noch rund 4,3 Milliarden Kilometer beträgt. Wissenschaftler:innen vermuten schon länger, dass auf Neptun atmosphärische Phänomene auftreten könnten, die den Polarlichtern auf der Erde sehr ähnlich sind, und auch die Raumsonde Voyager 2 hat bei ihrem Vorbeiflug entsprechende Hinweise geliefert.

Wie das zur

Entscheidend war dabei der Einsatz des Nahinfrarotspektrografen (NIRSpec): Dabei handelt es sich um ein Instrument, das das Licht von Himmelsobjekten in seine Wellenlängen zerlegt. So können physikalische Eigenschaften wie Temperatur, chemische Zusammensetzung oder Masse bestimmt werden. Im Fall von Neptun lieferte NIRSpec detaillierte Bilder der Ionosphäre des Planeten – jener elektrisch geladenen oberen Atmosphärenschicht, in der auch auf der Erde Polarlichter entstehen.

Die neuen Daten zeigen Emissionen von Trihydrogenkationen, einem der am häufigsten vorkommenden Ionen im Universum. Diese Entdeckung ist von besonderer Bedeutung, weil Trihydrogenkationen eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Polarlichtern spielen. Sie entstehen als Reaktion auf den Sonnenwind, dessen geladene Teilchen mit der oberen Atmosphäre eines Planeten reagieren und so das charakteristische Leuchten auslösen. Auf allen Gasplaneten gelten diese Ionen als eindeutiges Indiz für Polarlichtaktivität.

Noch faszinierender ist allerdings eine andere Beobachtung: Die Polarlichter auf Neptun unterscheiden sich nämlich deutlich von denen auf der Erde oder anderen Planeten. Während das Leuchten auf der Erde – wie auch bei Jupiter oder Uranus – typischerweise in den Polarregionen auftritt, zeigen sich Neptuns Polarlichter an eher ungewöhnlichen Orten.

Der Grund dafür liegt in der besonderen Ausrichtung seines Magnetfeldes. Im Gegensatz zur Erde, deren Magnetfeld relativ gut mit der Rotationsachse übereinstimmt, ist Neptuns Magnetfeld stark geneigt und zudem verschoben. Dadurch werden die geladenen Teilchen des Sonnenwindes nicht nur in Richtung der Pole, sondern auch in breitere geografische Regionen gelenkt. Das Muster der Polarlichter ist deshalb weniger vorhersehbar.

Dem Forscherteam gelang es auch, die Temperatur der Neptunatmosphäre zu messen: Im Jahr 2023 betrug sie nur noch etwas mehr als die Hälfte des Wertes von 1989, als die Sonde Voyager 2 den Planeten passierte. Dieser starke Rückgang könnte ein Grund dafür sein, dass Polarlichter auf Neptun bisher so schwer nachzuweisen waren.

Polarlichter entstehen, wenn energiereiche Teilchen auf atmosphärische Gase treffen und diese zum Leuchten anregen. Höhere Temperaturen begünstigen solche Prozesse, da sie mit einer höheren Teilchendichte und Kollisionsrate einhergehen – was zu helleren, leichter erkennbaren Polarlichtern führt. Sinkt die Temperatur dagegen deutlich, nimmt auch die Zahl der energiereichen Ionen ab, wodurch die Emissionen schwächer und schwerer messbar werden.

Die Beobachtung des Planeten wird weiter fortgesetzt. Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop wollen Astronom:innen noch ein besseres Verständnis von Neptun gewinnen, der einen der rätselhaftesten Himmelskörper in unserem Sonnensystem darstellt. Konkrete Weltraummissionen sind zwar noch Zukunftsmusik, aber die aktuelle Forschung zeigt, wie wichtig infrarotempfindliche Instrumente sind, um Phänomene wie Polarlichter weiter erforschen zu können.