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Telegramm 20: Rätsel um Jupiter und Saturn

Alle Gasriesen in unserem Sonnensystem haben neben ihrer mächtigen Gashülle einen festen Kern aus Gestein und Metallen. Doch während Saturn, Uranus und Neptun einen Kern mit mehr als 10 Erdmassen besitzen, ist der Kern des größten Gasplaneten Jupiter deutlich kleiner.  Darüber hinaus enthalten Jupiter und Saturn in ihren Gashüllen deutlich mehr schwere Elemente (Silikate, Metalle) als die anderen Gasplaneten (und die Sonne). Das ist erstaunlich, da sich alle 4 Gasplaneten ja in den äußeren Regionen der protoplanetaren Scheibe gebildet haben, da wo neben den schweren auch die leichten Elemente auskondensieren konnten.

Damit sich ein Gasplanet aus einer protoplanetaren Scheibe bilden kann, muß aber zunächst ein felsiger Kern von mindestens 10 Erdmassen vorhanden sein, weil nur dann die Schwerkraft ausreicht, um die für Gasriesen typische tiefe Gashülle anzusammeln.

Warum hat Jupiter einen so kleinen Kern? Wie konnte dann dieser gewaltige Gasriese überhaupt entstehen?

Und warum haben Jupiter und Saturn in ihren Gashüllen soviel schwere Elemente?

Die drei chinesischen Astronomen Shu Lin Li, C.B. Agnor und D. N. C. Lin (Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Peking) sind nun möglicherweise einer Lösung dieser Rätsel auf die Spur gekommen. Ausgangspunkt war die Annahme, daß es vielleicht eine Planetenkollision gegeben hatte, bei der Jupiters ursprünglich größerer Kern teilweise zerstört wurde, allerdings erst nachdem der Planet bereits fertig war.

Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun (von links nach rechts). Quelle: NASA

Mit einem Computermodell simulierten die chinesischen Wissenschaftler eine Kollision der Gasriesen Jupiter und Saturn mit unterschiedlichen Planetentypen:

Planeten, die kleiner oder genauso groß wie die Erde waren, zerplatzten bei einer Kollision mit Jupiter oder Saturn bereits in der Gashülle, ohne den Kern überhaupt zu erreichen. Die Gashülle durcheinandergewirbelt und mit schweren Elementen angereichert, aber der Kern blieb unbeschädigt.

Planeten mit mehreren Erdmassen, sogenannte Supererden waren in den Simulationen aber in der Lage den Kern teilweise zu zerstören. Das geschah entweder durch einen direkten Treffer oder aber indem die Gashülle so aufgewühlt wurde, daß die dabei ausgelösten konvektiven Prozesse Teile des Kerns abrissen.

Bei einer Kollision von zwei Gasriesen untereinander wurden beide Planeten vollkommen zerstört.

Die Astronomen schließen aus ihren Simulationen, daß Jupiter mit einer Supererde kollidierte, die seinen Kern teilweise zerstörte, Saturn dagegn mit einem wesentlich kleineren Planeten, der zwar seine Gashülle mit schweren Elementen anreicherte, seinen Kern aber nicht beschädigte.

Jens Christian Heuer

Quelle: http://arxiv.org/abs/1007.4722

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Kategorien:Planetologie, Telegramme
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