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Turbulente Atmosphäre und eisige Monde ähnlich wie Uranus war Neptun für die Astronomen vor der Aera der Planetensonden wenig mehr als ein „wandernder“ Lichtpunkt. Man kannte zwei Monde, die den Planeten allerdings in sehr unterschiedlichen Bahnebenen umrunden und deshalb keine eindeutige Festlegung seiner Rotationsachse erlaubten, und alle Versuche, aus periodischen Helligkeitsschwankungen des winzigen Planetenscheibchens auf die Rotationsdaür zu schliessen, blieben wenig erfolgreich. Klarheit über diese und andere Daten lieferte die amerikanische Raumsonde Voyager 2, die im Sommer 1989 an Neptun vorbeizog: Neptun – mit einem Durchmesser von 49 528 km etwas kleiner als Uranus – dreht sich innerhalb von 16 Stunden 6,6 Minuten um seine Achse; dabei ist der Aequator um knapp 29° gegen die Bahnebene geneigt. In der Jupiteratmosphäre waren unterschiedliche Wolkenstrukturen zu erkennen, von hoch liegenden Eiswolken ähnlich den irdischen Zirren bis hin zu einem grossen, dunklen Fleck, der wie eine kleinere Ausgabe des Grossen Roten Flecks in der Jupiteratmosphäre erschien und wie dieser rund 22° südlich des Planetenäquators angesiedelt war; fünf Jahre später zeigten Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop jedoch, dass diese grosse Struktur wieder verschwunden war.