Jupiters Wachstum verhinderte Entstehung einer Supererde

13. Juni 2017, 10:57
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Forscher errechneten, dass der größte Planet im Sonnensystem auch der älteste ist

Münster – Jupiter ist der mit Abstand größte und massereichste Planet unseres Sonnensystems: Er hat etwa doppelt so viel Masse wie alles andere, was um die Sonne kreist, zusammengerechnet. Nun berichtet die Universität Münster, dass der Gasriese einen weiteren Rekord für sich verbuchen kann: Er dürfte auch der älteste Planet sein und durch seine schnelle Entstehung den heutigen Charakter des Sonnensystems entscheidend mitgeprägt haben.

Bisher konnte das Alter Jupiters nur geschätzt werden, so die Uni Münster. Dies liege unter anderem daran, dass es keine Gesteinsproben des Planeten gibt und Forscher daher keine direkten Messungen durchführen können. Ein Team um Thomas Kruijer, der inzwischen am Lawrence Livermore National Laboratory in den USA forscht, ging daher einen Umweg: Sie untersuchten Meteoriten.

Meteoritenverwandtschaften

Die Meteoriten stammen von Asteroiden im heutigen Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Die Forscher nutzten die Isotopen-Zusammensetzungen der Brocken wie einen genetischen Fingerabdruck, um "Verwandschaftsbeziehungen" zwischen verschiedenen Meteoriten herzustellen. Ein spannendes Ergebnis war, dass die Asteroiden in zwei unterschiedlichen Regionen entstanden sein müssen: Wie erwartet diesseits der Jupiterbahn – überraschenderweise aber auch jenseits davon.

Altersbestimmungen zeigten, dass sich die Asteroiden diesseits und jenseits des Jupiter etwa zwischen einer Million und vier Millionen Jahre nach Entstehung des Sonnensystems bildeten. Materialaustausch zwischen diesen Regionen fand keiner mehr statt, den blockierte der junge Riese: "Sobald Jupiter etwa 20 Erdmassen erreicht hatte, verhinderte er laut Modellrechnungen den Austausch von Material von jenseits und diesseits seiner Umlaufbahn", sagt Studienkoautor Thorsten Kleine.

Von 20 zu 50 Erdmassen

Jupiter muss also spätestens eine Million Jahre nach Bildung des Sonnensystems schon auf die zwanzigfache Masse der heutigen Erde angewachsen gewesen sein. Die 20 Erdmassen entsprechen dem festen Kern des Jupiter. Nachdem dieser Kern aus Gestein entstanden war, wuchs Jupiter durch die Akkretion von Gas zunächst relativ langsam bis auf etwa 50 Erdmassen an – die Betonung liegt dabei aber immer noch auf "relativ".

Die Forscher konnten auch den Zeitpunkt, an dem Jupiter rund 50 Erdmassen hatte, bestimmen. Denn mit dem Erreichen dieser Masse wurde der gravitative Einfluss von Jupiter so groß, dass Asteroiden von jenseits seiner Umlaufbahn in das innere Sonnensystem gestreut wurden. "Dieser Prozess kann nicht eingesetzt haben, bevor die Bildung der Asteroiden abgeschlossen war, sonst hätten wir eine Durchmischung des Materials bei der Isotopen-Analyse festgestellt", sagt Kruijer.

Frühchen Jupiter und Nachzüglerin Erde

Den Zeitpunkt des Erreichens der 50 Erdmassen haben die Forscher auf etwa vier Millionen Jahren nach Entstehung des Sonnensystems eingegrenzt. Danach, so legen Modellrechnungen nahe, muss der Jupiter durch seine massebedingt starke Anziehungskraft extrem schnell seine endgültige Masse von 384 Erdmassen durch weitere Gas-Akkretion erreicht haben.

Nach nur etwa vier Millionen Jahren war dieser Prozess den Berechnungen zufolge abgeschlossen – das ist verblüffend schnell. Zum Vergleich: Die neben dem Jupiter winzig erscheinende Erde benötigte ungefähr 100 Millionen Jahre für ihre Entstehung.

Jupiters rapides Wachstum hat den Forschern zufolge auch große Bedeutung für die frühe Entwicklung des Sonnensystems und die Entstehungsgeschichte der inneren Gesteinsplaneten. Es habe unter anderem verhindert, dass große Mengen von Material in das innere Sonnensystem gelangten. Das könne erklären, warum es in unserem Sonnensystem keine "Super-Erden", also besonders große terrestrische Planeten, gibt, wie man sie in vielen anderen Sternsystemen bereits gefunden hat. (red, 13. 6. 2017)

  • Prägender Charakter unseres Sonnensystems: der Gasriese Jupiter.
    foto: ap/nasa, esa, a. simon (gsfc)

    Prägender Charakter unseres Sonnensystems: der Gasriese Jupiter.

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