Astronomen enträtseln Jupiters Wanderungen

    31. März 2019, 13:41
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    Der Geburtsort des Gasplaneten dürfte vier Mal weiter von der Sonne entfernt liegen als seine heutige Position

    foto: nasa/jpl-caltech/swri/msss/gerald eichstädt/seán doran/
    Jupiters spektakuläre Wolkendecke aus der Nähe, aufgenommen von der Nasa-Sonde Juno.

    Heute ist Jupiter der größte und vermutlich auch älteste Planet des Sonnensystems. Seine Masse ist rund 2,5 Mal so groß wie alle übrigen Planeten zusammengenommen. Doch auch dieser Gigant hat einmal als winziger planetarer Embryo angefangen. Wo genau der Gasriese geboren wurde, ist unklar, vieles aber spricht dafür, dass seine Wiege an einem gänzlich anderen Ort stand als dort, wo er mittlerweile seine Kreise zieht.

    So gehen Planetologen in der sogenannten Grand-Tack-Hypothese davon aus, dass Jupiter einst viel weiter draußen entstand und im Laufe der Zeit bis ins innere Sonnensystem vorgedrungen ist. Dort trug er durch seine große Masse maßgeblich zur Genese der Planeten Mars, Erde, Venus und Merkur bei, ehe er nach einer Wende schließlich wieder nach außen und zu seiner heutigen Position wanderte. Nun haben internationale Wissenschafter deutliche Hinweise auf den ersten Teil dieser frühen Reise gefunden.

    Anfangs kaum größer als die Erde

    Das Team um Simona Pirani von der Universität Lund in Schweden nutzte für seine Untersuchungen der Geburtszeit des Jupiter vor rund 4,5 Milliarden Jahren hochentwickelte Computersimulationen. Damals bestand der heute am Äquator 143.000 Kilometer durchmessende Gasriese zunächst noch aus einem vergleichsweise kleinen Planetenkern – kaum größer als die Erde – und befand sich laut den Modellberechnungen deutlich weiter von der Sonne entfernt als heute.

    "Unsere Analysen liefern die ersten stichhaltigen Beleg dafür, dass Jupiter tatsächlich weit weg von der Sonne geboren wurde und erst später nach innen zog", sagt Pirani. "Und den Beweis für diese Wanderschaft fanden wir in den Trojanern." Diese speziellen Asteroiden bestehen aus zwei Gruppen in der Nähe des Jupiter. Die eine Gruppe bewegt sich auf der Jupiter-Umlaufbahn um die Sonne vor dem Gasriesen her, während ihm die übrigen Trojaner etwa im selben Abstand von 60 Grad folgen.

    illustr.: nasa
    Die Trojaner vor und hinter dem Jupiter sind ungleich verteilt.

    Rätselhafte Asymmetrie

    Rätselhafterweise gibt es rund 50 Prozent mehr Trojaner vor dem Jupiter als hinter ihm. Diese Asymmetrie sollte sich letztlich als Schlüssel zum Verständnis der jovialen Wanderbewegungen erweisen. "Die Ungleichmäßigkeit bei der Trojaner-Verteilung zählte zu den vielen ungelösten Mysterien des Sonnensystems", sagt Anders Johansen, Koautor der im Fachjournal "Astronomy & Astrophysics" erschienenen Studie. Nun aber habe sich gezeigt, dass die Erklärung dafür unmittelbar mit der Geschichte des Jupiter zu tun haben dürfte, so der Forscher.

    Die Simulationen des frühen Sonnensystems, bei denen die Wissenschafter insgesamt zehn unterschiedliche Szenarien durchrechneten, ergaben demnach, dass die beobachtete Trojaner-Asymmetrie dann zustande kommt, wenn Jupiters Geburtsort etwa vier Mal weiter entfernt von der Sonne liegt, als seine heutige Umlaufbahn. Auf seiner anschließenden Wanderbewegung nach Innen habe die Anziehungskraft des langsam wachsenden Gasriesen vor ihm mehr Trojaner eingesammelt als hinter ihm.

    illustr.: nasa/jpl-caltech
    Jupiters Trojaner bestehen wahrscheinlich aus dem selben Material wie der planetare Keim des Gasriesen selbst.

    Nach den Berechnungen begann Jupiter seine Tour durch das Sonnensystem zwei bis drei Millionen Jahre nach seiner Geburt als eisiger kleiner Himmelskörper. Insgesamt dürfte die Reise bis zu seiner heutigen Position rund 700.000 Jahre gedauert haben. Wann er seine hypothetische Weiterfahrt ins innere Sonnensystem angetreten hat, lässt sich aus diesen Simulationen allerdings nicht ableiten.

    Hinweise auf die Kernbausteine der Gasplaneten

    Die Studie zeigt damit auch, dass der Großteil der heute vorhandenen Trojaner bereits zu einer Zeit eingefangen worden waren, als der Jupiter sehr jung war und noch nicht seine dichte Gashülle besessen hatte. Das wiederum bedeutet, dass diese Asteroiden aus dem selben Material bestehen, aus dem sich wohl auch das Innerste des Jupiter zusammensetzt. "Diese Brocken enthalten daher wertvolle Informationen über die Kernbausteine unserer Gasriesen", so Pirani. (tberg, 31.3.2019)

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