In den letzten Wochen sind einige neue Arbeiten zur Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems veröffentlicht worden. Sie betreffen die Themenbereiche Planetenwanderung, Gasverlust, Asteroidengürtel und Mondsterben und sind Ergebnisse verbesserter Computersimulationen.
Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: New Scientist, Welt der Physik, Sterne und Weltraum, NASA, Raumfahrer.net, Forschung aktuell.
(Bild: D. Minton/R. Malhotra/Universität Arizona)
David Minton und Renu Malhotra von der Universität Arizona wollten die Entstehung des Asteroidengürtels rechnerisch nachvollziehen, kamen mit den heutigen Bahnen der vier äußeren Planeten aber zu einem deutlich abweichenden Ergebnis. Insbesondere in den Außenbereichen des Ringes gab es zu viele Asteroiden. Also bezogen sie Planetenverschiebungen in ihre Modelle ein und erreichten eine gute Übereinstimmung, wenn sie annahmen, dass sich Jupiter vor etwa 4 Milliarden Jahren der Sonne um 30 Millionen Kilometer näherte und sich die Bahnradien von Saturn, Uranus und Neptun deutlich vergrößerten, bei Saturn etwa um 200 Millionen Kilometer.
Damit ließen sich auch die sogenannten Kirkwood-Lücken erklären. Diese von Asteroiden weitgehend freien Zonen entstehen durch die Schwerkrafteinflüsse der großen Planeten, vor allem Jupiter und Saturn. Stehen die Umlaufzeiten eines Asteroiden und eines Riesenplaneten in einem ganzzahligen Verhältnis, dann bekommt der Asteroid immer dann eine Zugkraft nach außen zu spüren, wenn er an bestimmten Punkten seiner Bahn ist. Dadurch wird die Bahn instabil, der Asteroid bricht aus und stabilisiert sich irgendwann in einer neuen Bahn. Gegenwärtig kennt man mehr als 400.000 Asteroiden im Gürtel zwischen Mars und Jupiter. Ihre Masse ist zusammengenommen deutlich kleiner als die unseres Mondes. Der größte Asteroid, Ceres, wurde 2006 zum Zwergplaneten „befördert“.
Bereits am 22. Januar berichteten wir kurz über eine Wanderungstheorie, welche die Gesteinsplaneten unseres Sonnensystems betrifft. Demnach könnten Mars und Merkur zwischen Venus und Erde in derselben Region entstanden sein. Schaut man sich die Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars nach ihrem Abstand von der Sonne sortiert, nebeneinander an, so erkennt man eine gewisse Größensymmetrie, die Brad Hansen von der Universität Kalifornien in Los Angeles nicht für zufällig hält. Durch ein Computerprogramm, mit dem er die Planetenentstehung aus einem Gesteinsring um die Sonne im frühen Sonnensystem simulierte, fand er heraus, dass sich größere Planeten typischerweise am inneren und äußeren Rand des Ringes bildeten. Im Inneren des Ringes formten sich dagegen eher kleinere Körper.
Diese wurden später aber vielfach durch die Gravitation der großen Planeten durcheinandergewirbelt und aus dem Ring geschleudert. Wenn dabei Kollisionen vorkamen, gelangten diese kleineren Körper in einigen Fällen wieder auf stabile Umlaufbahnen um die Sonne. Damit wäre es möglich, dass der sonnenächste Planet Merkur und der vierte Planet Mars in derselben Region unseres Sonnensystems zwischen Venus und Erde entstanden sein könnten und erst später in die „Außenpositionen“ gelangten. Außerhalb des Gesteinsringes konnten sie aber keine weitere Materie aufsammeln und blieben daher vergleichsweise klein.
(Bild: NASA)
„Dies stimmt weitgehend mit einigen Eigenschaften von Merkur und Mars überein“, sagte Brad Hansen, der seine Ergebnisse auf einem Treffen der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in Long Beach (USA) vorstellte. In einer seiner Simulationen prallte die Erde sogar mit einem größeren Himmelskörper zusammen. Einem solchen Ereignis schreibt man heute allgemein die Bildung unseres Mondes zu.
Steve Desch von der Universität Arizona in Tempe hat das Modell zur Entstehung unseres Sonnensystems derart überarbeitet, dass er für das Anfangsstadium deutlich mehr Masse in Form von Gas und Staub vorsah. Die beiden äußeren Planeten, Uranus und Neptun, enthalten jeder mehr Wasserstoff und Helium als die Gesamtmasse unseres Heimatplaneten umfasst. Um diese leichten und daher auch leicht flüchtigen Stoffe festhalten zu können, müssten Uranus und Neptun bereits in den ersten zehn Millionen Jahren der Entwicklungsgeschichte unseres Sonnensystems sehr viel Masse angesammelt haben. Dies konnten sie aber nur in deutlich geringerer Entfernung von der Sonne als heute. Bei ihrer späteren Wanderung ins äußere Sonnensystem haben sie dann große Gasmassen mit sich gerissen, die dort entweder von ihnen festgehalten wurden oder vom Strahlungsdruck umliegender Sterne aus dem Sonnensystem geblasen wurden.
Robin Canup und ihr Kollege William Ward vom Südwest-Forschungsinstitut in Boulder (USA) behaupten, die vier Galileischen Monde, Io, Kallisto, Ganymed und Europa sind letzte „Überlebende“ einer ganzen Kette bis zu zwanzig oder mehr früherer Monde, die im Laufe der Zeit auf den Planeten Jupiter gestürzt sind. Bisherige Computersimulationen zur Planetenentstehung aus einer scheibenartigen Materiezusammenballung ergaben, dass die nach der Planetenbildung übrig bleibende Restscheibe, aus der sich später die Monde formen einige Zehn Prozent der Gesamtmasse ausmachen. Die heutigen Monde haben aber nur einen Anteil von 2 Prozent. Ihre Erklärung dafür geht davon aus, dass Monde, die bereits entstanden, als Jupiter noch immer Material aus dem „freien Raum“ ansaugte, von diesem mit auf den Jupiter gerissen wurden. Dieser Fakt sollte in künftigen Simulationen berücksichtigt werden. Außerdem vermutet man auch Auswirkungen auf die Entstehung des Sonnensystems als Ganzes. Die Entwicklung von Gesteinsplaneten war auch nach zehn Millionen Jahren, also nach dem Ende der „staubigen Phase“ noch in vollem Gange. Sonst hätten ja auch diese in die Sonne gerissen werden können. Im Gegensatz dazu müssten sich die Gasgiganten relativ schnell gebildet haben.
Beruhigenderweise bestätigen sich die oben erwähnten Studien in verschiedenen Punkten. Die Gasplaneten entstehen schnell und wandern, bis auf Jupiter, im Sonnensystem nach außen. Gesteinsplaneten und auch Monde entwickeln sich auch dann noch, wenn das interplanetare Gas im wesentlichen verschwunden ist. Durch gravitative Einflüsse können aber auch diese, aus ihren Bahnen geworfen und damit von weiterem Wachstum abgeschnitten werden.
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