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Sonnensystem: Räumte Jupiter das innere Sonnensystem leer?

Warum blieb nahe bei der Sonne nur wenig Material zur Planetenbildung übrig? Vielleicht räumte Jupiter diesen Bereich um die Sonne durch seine Migration kurz nach seiner Entstehung leer.
Der seltene gleichzeitige Transit von drei der größten JupitermondeLaden...

Derzeit sind rund 1200 extrasolare Planetensysteme mit rund 1900 Planeten bekannt. Dabei zeichnet sich möglicherweise – so die Autoren – ab, dass unser Sonnensystem in seinem Aufbau gar nicht so typisch ist, wie dies lange Zeit vermutet wurde. Viele dieser Exoplanetensysteme enthalten nämlich massereiche Planeten auch nahe ihres Zentralgestirns, während sich bei uns nur insgesamt zwei Erdmassen innerhalb der Jupiterbahn befinden. Einen Vorschlag, warum unser Sonnensystem so eine besondere Struktur aufweist, machen die beiden Forscher Konstantin Batygin und Greg Laughlin vom California Institute of Technology und der University of California in Santa Cruz.

Riesenplanet JupiterLaden...
Riesenplanet Jupiter | Räumte Jupiter durch seine Wanderungen das innere Sonnensystem leer und sorgte dafür, dass sich nahe der Sonne nur vier massearme Planeten bildeten? Diesen Vorschlag präsentierten kürzlich die Planetenforscher Konstantin Batygin und Greg Laughlin in einer Arbeit in den "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS).

Ihren Simulationen zufolge wanderte Jupiter kurz nach seiner Entstehung vor rund 4,5 Milliarden Jahren durch Schwerkraftwechselwirkungen mit der damals noch massereichen Scheibe aus Gas und Staub um die Sonne nach innen. Jupiter soll sich nach den Modellen von Batygin und Laughlin in einer Entfernung zwischen drei und zehn Astronomischen Einheiten (AE) gebildet haben (eine Astronomische Einheit ist der mittlere Abstand Erde-Sonne und beträgt rund 150 Millionen Kilometer). Dabei wanderte er bis auf anderthalb AE an unser Zentralgestirn heran und wirkte mit seiner Schwerkraft auf schon vorhandene Protoplaneten und Kleinkörper ein. Er löste eine Kollisionskaskade aus, bei der schon vorhandene Protoplaneten nahe der Sonne in das Zentralgestirn gestürzt sein könnten. Daher befinden sich heute innerhalb von 0,4 AE keine Planeten mehr. Dagegen wurden zahlreiche Exoplanetensysteme entdeckt, in denen sich eine Vielzahl an Planeten ganz dicht um ihr Zentralgestirn drängen.

Nachdem sich sein Nachbarplanet Saturn in der protoplanetaren Scheibe um die Sonne gebildet hatte, wanderte Jupiter wieder nach außen, da er in eine 3:2-Umlaufresonanz mit dem neuen Himmelskörper geriet. Dies bedeutete, dass Jupiter die Sonne dreimal in derselben Zeit umrundete, die Saturn für zwei Umläufe benötigte. Somit sorgten die Schwerkraftwechselwirkungen mit Saturn dafür, dass Jupiter wieder nach außen wanderte und schließlich seine jetzige Entfernung von im Mittel 5,2 AE erreichte. Dabei fand auch die Resonanz zu Saturn ein Ende.

Zurück blieb innerhalb der Jupiterbahn eine an Masse und Gasen stark verarmte Scheibe, aus der sich schließlich die vergleichsweise kleinen erdähnlichen Planeten bilden konnten. Die beiden Forscher vermuten, dass Sterne mit massereichen Riesenplaneten mit Umlaufperioden von mehr als etwa 100 Tagen wohl nur selten mehrere sternnahe Planeten aufweisen. Zudem sollten die sternnahen Planeten von Erdgröße eher unbewohnbar sein, da sie im Vergleich zu unserem Mutterplaneten größere Mengen an flüchtigen Stoffen aufweisen. Sie sind somit von einer dichten Gashülle umgeben und erinnern an Miniaturausgaben von Neptun.

12/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 12/2015

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