Gasriese Jupiter hatte in seiner Jugend Wachstumsstörungen

Der Gasriese Jupiter ist der bei weitem größte und schwerste Planet des Sonnensystems. Heute bringt er 300 mal so viel Masse auf die Waage wie die Erde. Aber auch dieser Planet hat einmal klein angefangen. Wie genau, dazu liefert jetzt ein internationales Forscherteam in Nature Astronomy neue Erkenntnisse. Die Wissenschaftler der Universitäten Bern und Zürich sowie der ETH Zürich haben die Zusammensetzung von Meteoriten neu interpretiert.

Messungen zeigten nämlich, dass das Sonnensystem in seiner Frühzeit für etwa zwei Millionen Jahre in zwei Bereiche aufgeteilt gewesen sein muss. Die Barriere dazwischen wurde von Jupiter gebildet, während der Protoplanet langsam von 20 auf 50 Erdmassen wuchs. In dieser Zeit konnte Material von außen nicht in den Innenbereich der protosolaren Scheibe gelangen.

Aber der Zeitraum erschien der Forschergemeinde weltweit als zu lang, Jupiter hätte die 50 Erdmassen schneller erreichen müssen. Dass er tatsächlich so lange brauchte und warum, haben die Forscher nun herausgefunden. „Wir konnten zeigen, dass der Jupiter in verschiedenen Phasen gewachsen ist“, erklärt Julia Venturini, Postdoktorandin an der Universität Zürich. „Besonders interessant ist, dass es nicht die gleichen Körper sind, welche die Masse und die Energie liefern“, ergänzt Yann Alibert, Science Officer beim NFS PlanetS und Erstautor der Studie. „Während der ersten Etappe brachten die Kieselsteine die Masse, in der zweiten Phase fügten die Planetesimale auch etwas Masse hinzu, aber was noch wichtiger ist, sie brachten Energie.“

Der Wachstumsprozess des Jupiter sah demnach so aus:

  • Phase 1 / bis 1 Million Jahre: Jupiter wächst durch Ansammlung von Kieselsteinen (blaue Punkte). Große, ursprüngliche Planetesimale (große, rote Punkte) weisen hohe Kollisionsgeschwindigkeiten (rote Pfeile) auf, die zu zerstörerischen Zusammenstößen führen (gelb) und kleine Planetesimale der zweiten Generation erzeugen (kleine, rote Punkte).
  • Phase 2 / 1 bis 3 Millionen Jahre: Die Energie, die durch die Ansammlung von kleinen Planetesimalen entsteht, verhindert eine schnelle Gasanreicherung und damit ein rasches Wachstum (graue Pfeile).
  • Phase 3 / nach 3 Millionen Jahren: Jupiter hat genügend Masse, um große Mengen Gas anzusammeln.

Die Forscher hoffen nun, dass ihre Ergebnisse auch dabei helfen werden, Probleme bei der Erklärung der Entstehung von Uranus und Neptun sowie Exoplaneten mit ähnlicher Masse zu lösen.

Die drei Phasen des Jupiter-Wachstums (Bild: Uni Bern)

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