Der Uranus (IPA: [] ) (Latinisierung von ) ist von der Sonne aus mit einer durchschnittlichen Sonnenentfernung von 2,9 Milliarden Kilometern der siebte Planet im Sonnensystem und wird zu den Eisriesen gerechnet. Er wurde am 13. März 1781 von Wilhelm Herschel entdeckt und ist nach dem griechischen Himmelsgott Uranos benannt. Er ist damit als einziger Planet nach einer Gottheit der griechischen Mythologie benannt.

Der Durchmesser dieses Gasplaneten ist mit 51.000 Kilometern etwa viermal so groß wie der Durchmesser der Erde; das Volumen ist etwa 63-mal so groß wie das der Erde. Physisch ist Uranus dem Neptun ähnlich und nimmt nach ihm mit rund 14 Erdmassen in der Massenrangfolge im Sonnensystem unter den Planeten den vierten Platz ein. Hinsichtlich des Durchmessers liegt er knapp vor Neptun auf Rang drei – nach Jupiter und Saturn.

Das astronomische Symbol des Uranus20px ist dem Marssymbol ähnlich. Im Unterschied zu diesem hat der Kreis einen Zentralpunkt und der Pfeil auf dem Kreis steht senkrecht. Ein anderes, hauptsächlich in der Astrologie verwendetes Uranussymbol ist 20px.

Uranus ist nur unter sehr günstigen Umständen freiäugig sichtbar, im kleinen Fernglas aber schon gut zu sehen. Seine blassgrüne Scheibe ist von der Erde aus betrachtet etwa 3,5″ groß. Mit Stand 2024 befand sich Uranus aus Perspektive der Erde im Sternbild Stier und ist damit am Herbst- und Winterhimmel gut zu beobachten. Er läuft auf der Ekliptik um gut 4° pro Jahr nach Osten.

Umlaufbahn und Rotation Umlaufbahn Uranus läuft auf einer annähernd kreisförmigen Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0,0469 zwischen Saturn und Neptun um die Sonne. Sein sonnennächster Punkt, das Perihel, liegt bei 18,266 AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 20,064 AE. Mit fast 3 Mrd. km Abstand hat er etwa die doppelte Entfernung zur Sonne wie der nächstinnere Planet Saturn. Dieser Bahnradius passt genau zur 1766 formulierten Titius-Bode-Reihe, so dass die Entdeckung des Uranus als Bestätigung der damaligen, von Kepler begründeten Sicht einer „Weltharmonie“ galt.

Die Bahnebene ist mit 0,770° nur wenig gegen die Erdbahnebene geneigt und hat damit im Vergleich mit den anderen Planeten die geringste Inklination. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt Uranus etwa 84 Jahre. Bei einer mittleren Bahngeschwindigkeit von 6,79 km/s braucht er rund zwei Stunden, um seinen eigenen Durchmesser zurückzulegen (die Erde braucht etwa sieben Minuten).

Rotation Uranus rotiert in 17 Stunden 14 Minuten und 52 Sekunden einmal um seine Achse. Wie bei allen Riesenplaneten wehen in der Hochatmosphäre starke Winde in Rotationsrichtung. In südlichen Breiten (etwa 60°) bewegt sich die sichtbare Atmosphäre viel schneller und die Rotationsdauer ist dort mit 14 Stunden entsprechend kürzer.

Als Besonderheit liegt die Rotationsachse des Planeten annähernd in seiner Bahnebene, er „rollt“ gewissermaßen auf dieser voran, wenn die Achse in Richtung Sonne zeigt. Die Achsneigung gegen das Bahnebenenlot beträgt 97,77°, so dass Uranus rückläufig rotiert. Als Folge dieser Neigung ist nach jedem halben Umlauf (zu den Solstitien) einmal die Nordhalbkugel und einmal die Südhalbkugel der Sonne zugewandt. Mit Ausnahme einer schmalen Äquatorregion ist es dann auf den jeweiligen Halbkugeln überall hell bzw. dunkel (vergleichbar mit Polartag und Polarnacht in den irdischen Polarregionen).

Als Voyager 2 am 24. Januar 1986 an Uranus vorbeiflog, stand die Sonne annähernd über dessen Südpol. 2007 lag sie zur Tag-und-Nacht-Gleiche kurz in seiner Äquatorebene.

Die Ursache der starken Achsneigung ist unbekannt. Die verbreitetste Hypothese nimmt eine Kollision mit einem großen Protoplaneten während der Entstehungsphase an. Nach Computersimulationen müsste Uranus während seiner Entstehung und der Bildung seines Mond- und Ringsystems von zwei oder mehr Himmelskörpern oder von einem Protoplaneten mit der doppelten Erdgröße getroffen worden sein, um die Neigung des gesamten Uranussystems zur Umlaufbahn des Planeten zu erklären. Als möglicher Verursacher wird Amphitrite diskutiert.

Physikalische Eigenschaften Uranus hat eine für Riesenplaneten typisch niedrige Dichte von 1,27 g/cm³. Der Äquatordurchmesser entspricht mit 51.118 km reichlich dem vierfachen Erddurchmesser. Aufgrund der schnellen Rotation, verstärkt durch die geringe Dichte, weist Uranus mit einem Poldurchmesser von 49.946 km eine deutliche Abplattung von 1:44 auf. Er ist nach Jupiter und Saturn der drittgrößte Planet des Sonnensystems, jedoch auf Grund seiner geringen Dichte weniger massereich als Neptun.

Im Strukturmodell wird Uranus als flüssiger Planet mit einer gasförmigen oberen Schicht oder Atmosphäre betrachtet, die nicht klar nach unten begrenzt ist. Da sich der Druck mit zunehmender Tiefe über den kritischen Punkt erhöht, geht die Gashülle ohne Phasenübergang vom gasförmigen in einen flüssigen Zustand über. Als Oberfläche wurde derjenige Bereich definiert, bei dem der Druck 1 bar groß ist. Die Schwerkraft macht auf der Ein-Bar-Ebene rund 90 % der Erdschwere aus.

Obwohl Uranus anteilmäßig mehr schwerere Elemente (schwerer als Wasserstoff und Helium) als Jupiter aufweist, ist seine Dichte auf Grund seiner geringeren Masse und geringeren Drücken im Inneren (800 GPa; Jupiter: 3000…4500 GPa) geringer als die des Jupiters.

Obere Schichten mini|Uranus mit Wolken, Ringen und Monden im nahen Infrarot; eine Aufnahme des Hubble-Weltraum-Teleskops von 1998 in Falschfarbendarstellung

Die Hauptbestandteile der oberen Schichten der Gashülle sind molekularer Wasserstoff mit 82,5 ± 3,3 Vol-%, atomares Helium mit 15,2 ± 3,3 Vol-% und etwa 2,3 Vol-% Methan. Das Massenverhältnis Helium:Wasserstoff ist mit 0,26 sehr nahe dem ursprünglichen Massenverhältnis in der Sonne von 0,27. Als Nebenbestandteil folgt Deuterium mit etwa 148 ppm Volumenanteil. Als Aerosole werden Ammoniakeis, Wassereis, Ammoniumhydrogensulfid und Methaneis diskutiert. Wasserstoff kann (von der Erde aus) im Spektrum des Sonnenlichtes, das durch die planetarischen Wolken gestreut wird, nachgewiesen werden. Das Verhältnis Wasserstoff zu Helium konnte durch die Refraktion (Brechung) der Radiosignale von Voyager 2 durch die Atmosphäre bestimmt werden, als die Sonde den Funkschatten des Planeten durchflog.

Das Sonnenlicht wird von den oberen Wolkenschichten reflektiert. Diese befinden sich unter einer Schicht aus Methangas. Wenn das reflektierte Licht diese Schicht durchquert, wird durch das Methangas der rötliche Teil des Lichtes absorbiert, während der blaue Anteil ungehindert passieren kann. Dadurch erscheint Uranus blaugrün.

Beim Aufbau der Atmosphäre können drei Schichten unterschieden werden: Die Troposphäre in Höhen zwischen −300 und 50 km und Drücken von 100 bis 0,1 bar. Die Stratosphäre befindet sich in Höhen zwischen 50 und 4000 km und die Drücke betragen 0,1 bis 10−10 bar. Die Thermosphäre (Korona) erstreckt sich von 4000 km bis zu 50.000 km über der Oberfläche. Es gibt keine Mesosphäre.

Troposphäre mini|Uranus’ südliche Hemisphäre (Voyager 2)links: im sichtbaren (orange, grün, blau); rechts: in kurzwelligen Spektral­bereichen (orange, violett, UV). Letztere zeigen Uranus’ dezente Wolkenbänder und eine atmosphärische „Haube“.

Die Troposphäre ist der unterste und dichteste Teil der Atmosphäre. Mit steigender Höhe fällt ihre Temperatur ab. Am unteren Ende der Troposphäre, das etwa 300 km unter dem Ein-Bar-Level liegt, beträgt die Temperatur etwa 320 K. Bis zum oberen Bereich der Troposphäre, der sich in 50 km Höhe befindet, fällt die Temperatur auf etwa 53 K ab. Sie enthält fast die gesamte Masse der Atmosphäre und ist auch für den Großteil der planetarischen Wärmeausstrahlung (ferne Infrarotstrahlung) verantwortlich.

Die Wolken bestehen anscheinend aus Partikeln gefrorenen Methans, das als heißes Gas aus tieferen Lagen aufgestiegen und in den äußeren Schichten kondensiert ist. Es wird vermutet, dass Wasser die unteren Wolken bildet, während die oberen Wolken eher aus Methan bestehen. Die Windgeschwindigkeiten betragen bis zu 200 m/s beziehungsweise rund 700 km/h. Die Temperatur beträgt bei 1 bar etwa 76 K (−197 °C), bei 0,1 bar beträgt sie 53 K (−220 °C).

Seine effektive Temperatur liegt bei nur 58,1 K (−214 °C), kaum mehr als die des entfernteren Neptun. Diese Strahlungstemperatur ist die Temperatur, welche die Uranusatmosphäre im Bereich von 0,4 bar aufweist. Die niedrigste Temperatur in der Atmosphäre wird bei 70 mbar mit 52 K (−221 °C) gemessen.

Stratosphäre In der Stratosphäre, der mittleren Schicht der Uranusatmosphäre, erhöht sich im Allgemeinen die Temperatur mit der Höhenlage. An der unteren Grenze bei 50 km (bei der Tropopause) sind es noch 53 K, während die Temperatur in 4000 km Höhe (an der Grenze zur Thermosphäre) schon 800 bis 850 K beträgt. Ursache für die Erhitzung der Stratosphäre ist die Absorption von solarer UV- und IR-Strahlung durch Methan und andere Kohlenwasserstoffe, die sich in diesem Teil der Atmosphäre als Ergebnis der Methanphotolyse bilden. Der Wärmetransport von der heißen Thermosphäre könnte ebenfalls dazu wirken. Die Kohlenwasserstoffe besetzen einen relativ engen Bereich in Höhen von 100 bis 280 km. Dabei beträgt der Druck etwa 10 bis 0,1 mbar und die Temperaturen liegen zwischen 75 und 170 K.

Ethan und Ethin (Acetylen) neigen dazu, im kälteren unteren Bereich der Stratosphäre und in der Tropopause nebelige Schichten zu formen. Sie könnten teilweise für die detailarme Erscheinung des Uranus verantwortlich sein. Die Konzentration von Kohlenwasserstoffen ist in der Stratosphäre Uranus’ oberhalb dieser Nebel wesentlich niedriger als in den Stratosphären der anderen Riesenplaneten des Sonnensystems. Dies und die schwache vertikale Durchmischung über der Nebelschicht machen die Stratosphäre des Uranus durchsichtiger und als Ergebnis kälter als die der anderen Riesenplaneten.

Thermosphäre und Korona Die äußerste Schicht der Atmosphäre Uranus’ ist die Thermosphäre und Korona. Sie weist eine einheitliche Temperatur von 800 bis 850 K auf. Dies ist viel höher als die 420 K in der Thermosphäre des Saturn. Die Wärmequellen hierfür sind nicht bekannt. Weder solares ultraviolettes Licht noch Polarlichtaktivitäten können genug Energie zur Verfügung stellen. Verringerte Wärmeabstrahlung aufgrund des Mangels an Kohlenwasserstoffen in der oberen Stratosphäre könnte zur Aufrechterhaltung der hohen Temperatur beitragen. Zusätzlich zu molekularem Wasserstoff enthalten Thermosphäre und Korona einen großen Anteil an freien Wasserstoffatomen. Deren geringe molekulare Masse könnte zusammen mit den hohen Temperaturen erklären, warum sich die Korona so weit (50.000 km oder zwei Uranusradien) vom Planeten weg ausdehnt. Diese erweiterte Korona ist ein einzigartiges Merkmal von Uranus. Die Korona bremst die kleinen Partikel ab, die Uranus umkreisen. Als Folge dessen sind die Ringe des Uranus sehr staubarm.

Ionosphäre Die Ionosphäre des Uranus entspricht seiner Thermosphäre zusammen mit dem oberen Teil der Stratosphäre. Hauptsächlich weiß man über die Ionen durch Messungen von Voyager 2 Bescheid, sowie durch Infrarot-Emissionen des H3+-Ions, die von erdgebundenen Teleskopen festgestellt wurden. Die Beobachtungen zeigen, dass die Ionosphäre Höhen zwischen 2.000 und 10.000 km besetzt. Sie wird hauptsächlich von der UV-Strahlung der Sonne aufrechterhalten und ihre Dichte hängt von der Sonnenaktivität ab. Die Aktivität der Aurora (Polarlicht) ist nicht so auffällig wie bei Jupiter und Saturn. Die obere Ionosphäre (die Region der Thermosphäre) ist die Quelle der UV-Emission von Uranus, die als „Tagesglühen“ oder „Elektroglühen“ bekannt ist. Diese geht ebenso wie die IR-Strahlung der H3+-Ionen nur von der sonnenbeleuchteten Seite des Planeten aus. Dieses rätselhafte Phänomen, das bei den Thermosphären aller Riesenplaneten auftritt, wird nun als eine UV-Fluoreszenz von atomarem und molekularem Wasserstoff gedeutet, die von Sonnenstrahlen mit einer möglichen Beteiligung von Photoelektronen angeregt wird.