Meer dan 230 jaar na de ontdekking van Uranus en twee van zijn manen krijgen we nu eindelijk een idee van hoe deze manen er uitzien.

Het is alweer 230 jaar geleden dat astronoom William Herschel op de planeet Uranus en twee van zijn manen stuitte. Later werden er nog vijfentwintig manen aan het rijtje toegevoegd. Veel is er over deze manen echter niet bekend en hun fysieke eigenschappen waren lang in nevelen gehuld. Maar een nieuw onderzoek licht nu een tipje van de sluier.

Missies
Dat we niet zo veel over Uranus’ manen weten, is op zich niet zo verwonderlijk: de afstand van de planeet tot de aarde schommelt tussen een slordige 2,5 miljard en 3,1 miljard kilometer. Om de buitenste regionen van het zonnestelsel te verkennen, werden ruimtesondes zoals Voyager 1 en Voyager 2, Cassini-Huygens en New Horizons op pad gestuurd. En hoewel deze vaartuigen, uitgerust met vernuftige wetenschappelijke instrumenten, veel informatie hebben weten te verzamelen, slaagden ze er niet in om veel over de manen van Uranus te openbaren. Toen Voyager 2 Uranus in 1986 passeerde, wist deze alleen de zuidpoolgebieden van Uranus en de manen vast te leggen. Maar dankzij een toevallige ontdekking krijgen we nu toch een uniek inkijkje in de manen van Uranus.


Foto van de vijf grootste manen van Uranus: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania en Oberon. Afbeelding: NASA/JPL/MPIA

De onderzoekers gebruikten gegevens van de Europese infrarode ruimtetelescoop Herschel die tussen 2009 en 2013 actief was. Vergeleken met zijn voorgangers die een vergelijkbaar spectraal bereik bestreken, waren de waarnemingen van deze telescoop aanzienlijk scherper. Dat deze ruimtetelescoop echter ook in staat was om de manen van Uranus te detecteren, was een grote verrassing. “Eigenlijk voerden we destijds waarnemingen uit om de invloed van zeer heldere infraroodbronnen zoals Uranus op de cameradetector te meten,” vertelt onderzoeker Ulrich Klaas. “We ontdekten vervolgens de manen bij toeval.” De camera bleek namelijk gevoelig genoeg om ook signalen van de vijf belangrijkste manen van Uranus (Titania, Oberon, Miranda, Ariel en Umbriel) op te vangen.

Helderheid
Eerst moest nog wel het licht van Uranus uit de gegevens worden gefilterd. “De manen zijn tussen de 500 en 7400 keer zwakker,” legt onderzoeker Gábor Marton uit. “Bovendien bevinden ze zich op zo’n kleine afstand tot Uranus, dat het licht samensmelt. Alleen de helderste manen, Titania en Oberon, onderscheiden zich een beetje van de omringende schittering.” Met behulp van het PACS-instrument op de Herschel-telescoop slaagden de onderzoekers erin om Uranus uit de data te verwijderen. “We waren allemaal verrast toen vier manen duidelijk in beeld verschenen,” zegt onderzoeksleider Örs Detre. “We konden zelfs Miranda ontdekken; de kleinste en binnenste maan van de vijf grootste manen van Uranus.”

Links: de berekende positie en de banen van de vijf grootste manen van Uranus. Rechts: kaart met de kleuren die de infraroodhelderheid weergeven nadat het signaal van Uranus eruit gefilterd is. Afbeelding: T. Müller (HdA)/Ö. H. Detre et al./MPIA

Dankzij de data konden onderzoekers de manen goed bestuderen. “De timing van de waarnemingen was een behoorlijke meevaller,” vertelt onderzoeker Thomas Müller. Hoewel Uranus tientallen jaren nodig heeft om een rondje rond de zon te voltooien (zo’n 84 jaar), wordt voornamelijk het noordelijk, of zuidelijk halfrond door de zon belicht. “Tijdens de waarnemingen was de positie echter zo gunstig, dat er ook zonlicht op de evenaar viel,” gaat Müller verder. “Hierdoor konden we meten hoe goed de warmte aan het oppervlak wordt vastgehouden terwijl het – als gevolg van de rotatie van de maan – naar de nachtkant beweegt. Dit heeft ons veel geleerd over de aard van het materiaal.”


Pluto
De onderzoekers ontdekten dat de oppervlakken van de vijf bestudeerde manen van Uranus onverwacht veel warmte opslaan en vervolgens tijdens de nacht relatief langzaam afkoelen. En dat komt astronomen bekend voor. Compacte objecten met een ruw, ijzig oppervlak doen namelijk hetzelfde. Wetenschappers vermoeden daarom dat de manen van Uranus lijken op de dwergplaneten die zich aan het rand van ons zonnestelsel ophouden, zoals Pluto of Haumea. Uranus’ manen vertonen dus kenmerken van kleinere, zogenoemde transneptunische objecten. “Dit zou ook passen bij speculaties over de oorsprong van de manen,” voegt Müller toe. “Vanwege hun chaotische banen wordt aangenomen dat ze pas op een later tijdstip door Uranus zijn ingevangen.”

De resultaten tonen aan dat er niet altijd uitgebreide, planetaire ruimtemissies nodig zijn om nieuwe inzichten over ons zonnestelsel te verkrijgen. Ook met (voormalige) telescopen valt er veel te ontdekken. Bovendien zou het nieuwe algoritme kunnen worden toegepast op andere verzamelde gegevens die opgeslagen liggen in het immense archief van ESA. En wie weet welke verrassing daar nog op ons wacht.