Jupiters weicher Kern

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Bildquelle: Nasa

Der Riesenplanet Jupiter hat keinen harten Kern aus Gestein, sondern eine weichen Kern, bei dem sich das Gestein mit dem flüssigen Wasserstoff und Helium des inneren Mantels vermischt hat. Das zeigen Messungen der US-amerikanischen Raumsonde Juno. Bislang gab es für diesen „verdünnten Kern“ keine plausible Erklärung. Eine solche liefert jetzt ein internationales Forscherteam: Ein frontaler Zusammenstoß des jungen Jupiter mit einem Planetesimal von der Größe des heutigen Planeten Uranus könnte den ursprünglich harten Kern Jupiters zerstört haben. Solche Kollisionen könnten auch eine wichtige Rolle bei der Entstehung „heißer Jupiter“ in anderen Planetensystemen spielen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Der verdünnte Kern Jupiters und die Anreicherung seines inneren Mantels mit schweren Elementen stellt das Standardmodell der Planetenentstehung vor Probleme“, stellen Shang-Fei Liu von der Sun Yat-sen Universität im chinesischen Zhuhai und seine Kollegen fest. Denn danach bildet sich zunächst ein fester, harter Kern aus schweren Elementen und danach der Mantel und die Hülle aus den leichten Elementen Wasserstoff und Helium. Mithilfe von Computersimulationen konnte das Team jedoch zeigen, dass eine ausreichend energiereiche frontale Kollision mit einem großen Planetesimal – also einem Planeten-Baustein im jungen Sonnensystem – den ursprünglich kompakten Kern zerstören und in einen weichen, verdünnten Kern verwandeln kann. „Und dieser verdünnte Kern bleibt über Milliarden von Jahren hinweg erhalten“, so die Forscher.

Dass Kollisionen eine wichtige Rolle in der Frühgeschichte des Sonnensystems spielen, zeigen die vielen Krater und Einschlagbecken auf den Oberflächen der felsigen inneren Planeten, sowie die Entstehung des großen Mondes der Erde. Ein weiteres Indiz für solche Zusammenstöße auch im äußeren Sonnensystem sind die großen Neigungswinkel der Rotationsachsen der Planeten Saturn, Uranus und Neptun. Jupiter mit seiner geringen Achsneigung von nur drei Grad schien dagegen solchen Kollisionen entgangen zu sein.

Es war die genaue Vermessung des Gravitationsfeldes von Jupiter durch die Raumsonde Juno, die seit 2016 den Riesenplaneten umkreist, die die Planetenforscher dazu brachte, diese Ansicht noch einmal zu überdenken. Denn die Messungen zeigen, dass sich die schweren Elemente des Kerns bis etwa zur Hälfte des Planetenradius mit den leichten Elementen des Mantels vermischt haben. Liu und seine Kollegen haben Zehntausende von Simulationen der Entstehung von Jupiter durchgeführt – und fanden dabei heraus, dass frontale Zusammenstöße mit großen Planetesimalen nicht nur häufiger sind, als bislang angenommen, sondern auch einen verdünnten Kern produzieren, wie ihn die Daten von Juno zeigen.

Ein solches Szenario könnte nicht nur für unser Sonnensystem von Bedeutung sein, sondern auch für die Entstehung von Planeten bei andern Sternen, wie die Wissenschaftler betonen. So könnten frontale Zusammenstöße erklären, wie „heiße Jupiter“ – also große Gasplaneten in extrem engen Umlaufbahnen um ihre Zentralsterne – zu ihrem im Rahmen der bisherigen Entstehungsmodelle rätselhaften großen Anteil von teilweise über hundert Erdmassen an schweren Elementen kommen.

Quelle: doi.org/10.1038/s41586-019-1470-2

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