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Astronomie+Physik

Planetare Abrissbirne

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Verdanken wir dem Jupiter unsere Existenz? (NASA)
Unser Sonnensystem ist eine Anomalie: In kaum einem anderen bekannten Planetensystem beginnen die innersten Planeten so weit außen und sind so gasarm wie bei uns. Warum das so ist, haben zwei Planetenforscher anhand von Modellsimulationen untersucht. Ihre Schlussfolgerung: Der Jupiter ist schuld. Der Gasriese wanderte in der Frühzeit des Sonnensystems von außen nach innen und löste dabei eine katastrophale Kettenreaktion aus. Sie zerstörte die inneren Planetenkeime und bereitete die Bühne für Merkur, Venus, Erde und Mars.

Mehr als tausend Planeten um fremde Sterne haben Teleskope inzwischen im Weltall aufgespürt, darunter rund 500 Himmelskörper in Mehrplanetensystemen. Die meisten von ihnen haben eines gemeinsam: In ihnen gibt es große Gasriesen oder Supererden, die ihren Stern sehr eng und schnell umkreisen – oft benötigen sie nur wenige Tage bis einige Monate für einen Umlauf.  „Die Standardausgabe eines Planetensystems scheint demnach ein Satz von Supererden mit extrem kurzen Umlaufzeiten zu sein“, erklären Konstantin Batygin und Gregory Laughlin vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. Doch genau das fehlt in unserem Sonnensystem. Stattdessen herrscht in Sonnennähe eine verdächtige Leere: Der erste Planet, Merkur, zieht seine Bahn erst n rund 0,4 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt und benötigt 88 Tage für einen Umlauf. Hinzu kommt, dass die inneren Planeten des Sonnensystems, Merkur, Venus, Erde und Mars, offenbar erst entstanden, nachdem ein Großteil des Gases in der Urwolke bereits vom Sonnenwind weggeweht worden war. Deshalb sind sie im Vergleich zu anderen Planeten eher gasarm. „Damit erscheint unser Sonnensystem immer mehr als Außenseiter“, so die Forscher.

Aber warum unterscheidet sich das Sonnensystem so stark von allen anderen bekannten Planetensystemen? Um das herauszufinden, haben Batygin und Laughlin eine Theorie aufgegriffen, die Planetenforscher bereits seit längerem diskutieren: eine Wanderung des Jupiter. Denn einiges deutet darauf hin, dass der Gasriese nicht in der Umlaufbahn entstand, in der er jetzt kreist. Stattdessen geht man davon aus, dass der Jupiter weiter außen entstand und dann allmählich nach innen wanderte. Erst als dann weiter außen auch der Saturn entstand, kehrte sich diese Wanderung um und er etablierte sich in seiner heutigen Umlaufbahn. „Es gibt eine Menge Belege, die diese Ein- und Auswärtswanderung des Jupiter belegen“, so Laughlin. „Wir haben uns nun angeschaut, welche Konsequenzen sie hatte.“ Dafür führten sie Computersimulationen durch, die die Bildung von Protoplaneten und die Wirkung der Jupiterwanderung auf Gas und Planetenbausteine im jungen Sonnensystem rekonstruierten.

Fatale Kollisionskaskade

Wie sich zeigte, könnte die Wanderung des Gasriesen eine wahre Kettenreaktion im Sonnensystem ausgelöst haben. Denn er riss in seinem Sog enorme Mengen von Gesteinstrümmern und Planetenbausteinen mit sich in das innere Sonnensystem, wie die Simulation ergab. „Die Masse dieses durch Resonanzeffekte mitgezogenen Materials liegt bei 10 bis 20 Erdmassen – rund eine Größenordnung höher als die Masse aller erdähnlichen Planeten zusammen“, so die Forscher. Bis zu 1.000 Kilometer große Planetesimale könnte der Gasriese mitgezogen haben. Das aber hatte fatale Folgen: Es löste eine Kaskade von Kollisionen dieser Brocken untereinander und mit den bereits im inneren Sonnensystem kreisenden Gesteinsbrocken aus. Größere Planetenkeime wurden dabei zerstört und ein Großteil der Trümmer stürzte in die nahe Sonne. Die ursprünglich in Sonnennähe sehr dichte Akkretionsscheibe wurde dadurch in diesem Bereich stark ausgedünnt. Erst als der Jupiter dann seine Wanderungsrichtung umkehrte, beruhigte sich die Lage allmählich.

„Mit anderen Worten: Die Wanderung des Jupiter im frühen Sonnensystem fegte ihr Inneres leer und bereitete die Bühne für die Bildung einer zweiten Generation von kleinen, gasarmen terrestrischen Planeten“, so die Forscher. Dieses Szenario liefere damit eine natürliche Erklärung, warum das Sonnensystem so anders ist als die vielen Mehrplanetensysteme, die Kepler und andere Teleskope im Weltall entdeckt haben. Die Erde und die anderen Gesteinsplaneten entstanden demnach erst nach diesen katastrophalen Ereignissen – entweder aus den Trümmern der Kollisionskaskade oder aus den Gesteinsbrocken, die Jupiter von weiter außen mitbrachte. „Die große Wanderung des Jupiter könnte durchaus eine ‚große Attacke‘ auf das frühe innere Sonnensystem gewesen sein“, konstatiert Laughlin. Der Gasriese wirkte wie eine primordiale Abrissbirne – und machte so die Bildung der Erde erst möglich.

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Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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