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Sonnensystem: Wie baut man einen Riesenplaneten?

Eine neue Theorie der Entstehung von Gasriesen geht davon aus, dass sich ihre Kerne aus einer Unzahl kleinerer Himmelskörper zusammenballten und dann Gas aufsammelten.
Der seltene gleichzeitige Transit von drei der größten JupitermondeLaden...

Nach wie vor ist nicht eindeutig geklärt, wie die Gasriesen des Sonnensystems, also Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, überhaupt entstanden sind. Eine Forschergruppe um Harold F. Levison am Southwest Research Institute im US-Bundesstaat Colorado stellt nun eine weitere Theorie zur Diskussion. Sie geht davon aus, dass sich zunächst Kerne mit bis zu rund zehn Erdmassen bildeten, die danach alles in der Umgebung verfügbare Material, also vor allem Gas und Staub, an sich zogen und so zu einem Gasriesen wurden. So entstand im solaren Urnebel eine Unmenge an zentimeter- bis metergroßen Objekten, die von den Forschern scherzhaft als "Kiesel" bezeichnet werden. Diese Kiesel wurden durch den Gaswiderstand im solaren Urnebel zunächst nahe der Ekliptik – der Hauptebene des Sonnensystems – angereichert. Sie verschmolzen daraufhin unter ihrer eigenen Schwerkraft zu Objekten mit Durchmessern von 100 bis 1000 Kilometern. Diese "Planetesimale" fingen dann sehr effizient die übrig gebliebenen Kiesel ein und wuchsen dabei rasant an. Die "Kiesel-Akkretion" könnte innerhalb weniger tausend Jahre zu Himmelskörpern mit rund zehn Erdmassen geführt haben.

Der Ringplanet Saturn (Cassini-Aufnahme)Laden...
Der Ringplanet Saturn | Immer wieder eine Augenweide ist der Ringplanet Saturn, hier in einer Aufnahme der Raumsonde Cassini. Ein israelisches Forscherteam bestimmte Im Frühjahr 2015 seine Rotationsperiode neu.

Allerdings krankten bisherige numerische Simulationen dieses Szenarios daran, dass sich dabei im Computer Hunderte von Himmelskörpern mit rund einer Erdmasse bilden. Und dies stimmt definitiv nicht mit dem Sonnensystem überein, wie wir es kennen. Die Forscher um Levison änderten nun die Simulationen ab, indem sie berücksichtigten, dass die Planetesimale gravitativ miteinander wechselwirken. Dafür müssen die Kiesel so langsam entstehen, dass die Planetesimale Zeit für diese Wechselwirkungen haben. Dann können die massereichsten Objekte ihre kleineren Verwandten aus der ekliptiknahen Scheibe mit den Kieseln herauskatapultieren, so dass diese vom Nachschub abgeschnitten sind und verkümmern. Wenn dann die übrig gebliebenen Objekte eine kritische Masse von etwa dem Zehnfachen der Erde überschreiten, ziehen sie Gas und Staub an und wachsen rasant. Dabei sammeln sie auch ihre verkümmerten Mitbrüder auf. In den Simulationen ergaben sich in Distanzen zwischen dem 5- und dem 15-Fachen des Abstands Erde–Sonne Systeme mit ein bis vier Gasriesen – genau wie im Sonnensystem.

Die Arbeit von Levison und seinen Koautoren ist eine Erweiterung der klassischen Theorie der Gasriesen-Entstehung. Sie setzt voraus, dass zunächst feste Kerne entstanden, die dann Gas und Staub an sich zogen. Laut alternativen Ansätzen entstehen dagegen manche Gasriesen ähnlich wie ein Stern, obwohl sie natürlich viel weniger Masse haben. Dabei kommt es im stellaren Urnebel um einen gerade entstehenden Stern zu Dichteschwankungen, wodurch sich ein kleiner Teil des Nebels unter der eigenen Schwerkraft zusammenzieht. Schließlich kollabiert dieser Teil zu einem Gasplaneten. Weil dabei große Mengen an Kompressionswärme frei werden, leuchtet dieser Himmelskörper für einige Millionen Jahre wie ein Stern, bis er schließlich so weit abkühlt, dass sich in seiner Atmosphäre Wolken bilden können.

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