Warum wir nicht mit den Bäuchen am Boden kleben – oder warum unsere Erde keine Supererde ist

Bei der Suche nach Exoplaneten fällt den Astronomen immer wieder auf, dass unser Sonnensystem doch deutlich aus der Art geschlagen zu sein scheint. Es gibt hoer weder “heiße Jupiter” (Gasriesen in der Nähe des Zentralsterns) noch Supererden (Gesteinswelten mit mehr als dreifacher Erdmasse). Zunächst dachte man noch, das könnte an der Art und Weise der Suche liegen. Die verwendeten Techniken funktionieren eben besonders gut bei Himmelskörpern, die sehr groß sind und in der Nähe ihres Sterns orbitieren. Inzwischen ist die Liste der Exoplaneten aber deutlich vierstellig, und Supererden sind noch immer in der Überzahl. Welcher Tatsache also haben wir es zu verdanken, dass wir nicht bei mehrfacher Erdgravitation mit den Bäuchen am Boden und mit großer Kraftanstrengung über die Oberfläche kriechen müssen, sondern dass unsere Vorfahren einst den aufrechten Gang erlernen konnten?

Vermutlich liegt es daran, wie sich die protoplanetare Scheibe der Sonne entwickelt hat. Schon bevor es im Sonnensystem Planeten gab, hatten sich rings um die Sonne Ringe ausgebildet – Bänder aus Staub und Gas, die den Ringen des Saturns ähneln, so eine neue Studie. “Im Sonnensystem geschah etwas, das die Erde daran hinderte, sich zu einer viel größeren Art von terrestrischem Planeten, einer so genannten Supererde, zu entwickeln”, sagt der Astrophysiker André Izidoro von der Rice University. Izidoro und seine Kollegen haben die Entstehung des Sonnensystems mit Hilfe eines Supercomputers Hunderte von Malen simuliert. Ihr Modell erzeugt Ringe, wie sie um viele ferne, junge Sterne zu sehen sind. Außerdem wurden mehrere Merkmale des Sonnensystems, die in früheren Modellen nicht berücksichtigt wurden, originalgetreu wiedergegeben, darunter:

  • Einen Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, der Objekte sowohl aus dem inneren als auch aus dem äußeren Sonnensystem enthält.
  • Die Positionen und stabilen, fast kreisförmigen Umlaufbahnen von Erde, Mars, Venus und Merkur.
  • Die Massen der inneren Planeten, einschließlich des Mars, die von vielen Sonnensystemmodellen überschätzt werden.
  • Den Unterschied zwischen der chemischen Zusammensetzung der Objekte im inneren und äußeren Sonnensystem.
  • Eine Kuiper-Gürtel-Region mit Kometen, Asteroiden und kleinen Körpern jenseits der Umlaufbahn des Neptun.

Das Modell geht davon aus, dass innerhalb der Gas- und Staubscheibe der jungen Sonne drei Bänder mit hohem Druck entstanden sind, wie sie in ringförmigen Sternscheiben um ferne Sterne beobachtet wurden. Sie erzeugten im inneren und äußeren Sonnensystem getrennte Reservoirs von Scheibenmaterial und steuerten damit, wie viel Material für das Wachstum von Planeten im inneren Sonnensystem zur Verfügung stand. Viele frühere Simulationen des Sonnensystems ergaben Versionen des Mars, die bis zu 10 Mal massereicher waren als die Erde. Das Modell sagt korrekt voraus, dass der Mars etwa 10 % der Masse der Erde hat, weil “der Mars in einer massearmen Region der Scheibe geboren wurde”, erklärt Izidoro. Das Modell liefert auch eine überzeugende Erklärung für zwei kosmochemische Rätsel des Sonnensystems: den deutlichen Unterschied zwischen den chemischen Zusammensetzungen von Objekten des inneren und äußeren Sonnensystems und das Vorhandensein jedes dieser Objekte im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Izidoros Simulationen zeigen, dass der mittlere Ring diese Dichotomie erklären könnte, indem er Material aus dem äußeren System daran hindert, in das innere System einzudringen. Die Simulationen ergeben auch, dass der Asteroidengürtel genau an der richtigen Stelle liegt und sowohl Objekte aus den inneren als auch aus den äußeren Regionen in ihn einfließen.

Die Hinzufügung von Falschfarben zu einem Bild, das vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aufgenommen wurde, zeigt eine Reihe von Ringen um einen jungen Stern namens HD163296. (Bild: Andrea Isella / Rice University)
Eine Illustration von drei verschiedenen Ringen, aus denen sich die Planeten und andere Merkmale des Sonnensystems gebildet haben könnten, nach einem Berechnungsmodell der Rice University. Die Verdampfung von festen Silikaten, Wasser und Kohlenmonoxid an Sublimationslinien (oben) verursachte Druckstöße in der protoplanetaren Scheibe der Sonne, die den Staub in drei verschiedene Ringe einschlossen. Als die Sonne abkühlte, wanderten die Druckhöcker sonnenwärts und ermöglichten es dem eingeschlossenen Staub, sich zu asteroidengroßen Planetesimalen anzuhäufen. Die chemische Zusammensetzung der Objekte aus dem inneren Ring (NC) unterscheidet sich von der Zusammensetzung der Objekte aus dem mittleren und äußeren Ring (CC). Aus den Planetesimalen des inneren Rings entstanden die Planeten des inneren Sonnensystems (unten), und aus den Planetesimalen des mittleren und äußeren Rings entstanden die Planeten des äußeren Sonnensystems und der Kuipergürtel (nicht abgebildet). Der Asteroidengürtel (oben Mitte) entstand aus NC-Objekten des inneren Rings (rote Pfeile) und CC-Objekten des mittleren Rings (weiße Pfeile). (Bild: Rajdeep Dasgupta)
Das Bild der Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-Sternwarte zeigt eine Scheibe um einen jungen Stern als verschachtelte Struktur von Ringen. (Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

Leave a Comment

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.

BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.