© NASAJupiter, der größte Planet des Sonnensystems
Wie Hugh Wilson und sein Kollege Burkhard Militzer vorab auf "arxiv.org" berichten, lassen sich die extremen Bedingungen im Innern des Jupiters derzeit noch nicht im Labor simulieren - schließlich herrschen hier Temperaturen von rund 20.000 Grad Celsius und ein Druck vor, der dem etwa 40-Millionenfachen des irdischen Luftdrucks entspricht. Aus diesem Grund wendeten die Forscher quantenmechanische Berechnungen über die Bedingungen im Innern des Jupiters und das Verhalten der den Jupiterkern bildenden Materialien an und kamen so zu dem Schluss, dass der Kern des Jupiters nicht nur schmelzen, sondern sich auch gänzlich auflösen und dabei die Atmosphäre des Gasriesen anreichern könnte.
Grund für die Schlussfolgerung, sei der auffallend kleine Kern, der hauptsächlich aus Eisen, Fels und Eis besteht und von flüssigem Wasserstoff und Helium unter dem hohem Druck der Schwerkraft des Riesenplaneten - die wiederum für extrem hohe Temperaturen sorgt - umgeben ist.
Mit ihrem Szenario der Erosion des Jupiterkerns präsentieren die Forscher zugleich eine Erklärung dafür, warum der Kern des Jupiters kleiner ist als der des Saturns, obwohl Simulationen auf der Grundlage bisheriger Modelle der Planetenentstehung eigentlich ein gegenteiliges Szenario erwarten lassen.
"Die Wissenschaft geht davon aus, dass Gasriesen durch die Ansammlung von Wasserstoff und Helium um einen Protokern aus Gestein und Eis entstehen", so die Forscher. Erreichen diese Kerne eine Masse von mehr als zehn Erdenmassen, so beginnen sie aufgrund ihrer Gravitation Gase aus ihrer Umgebung anzuziehen, wodurch sich gewaltigen und dichten Atmosphären bilden.
Bisherige Messungen haben jedoch ergeben, dass der Jupiterkern weniger als zehn Erdmassen schwer ist, während der Kern des kleineren Saturns bis zwischen bis zu 30 Erdmassen entspricht. Außerdem enthält die Atmosphäre Jupiters deutlich mehr schwere Elemente als erwartet.
Als Beispiel für die Zusammensetzung des Planetenkerns des Jupiters wählten Wilson und Militzer Magnesiumoxid und berechneten dessen Verhalten angesichts der extremen Bedingungen im Innern des Gasriesen. Das Ergebnis zeigt, dass sich Magnesiumoxid bei derart hohen Druckverhältnissen und Temperaturen oberhalb von 10.000 Grad Celsius in flüssigem Wasserstoff auflöst. Das wiederum führe zu einer erheblichen Umverteilung des felsigen Materials im Jupiter. Im Innern des kleineren Saturns hingegen seien die Bedingungen nicht extrem genug, um zu einer derartigen Erosion und Auflösung zu führen.
Damit legen die Kalkulationen der beiden Wissenschaftler nahe, dass schon heute der Jupiterkern nicht mehr so groß ist, wie er ursprünglich einmal war. Vergleichbare Prozesse spielen sich wahrscheinlich auch im Innern von Gasriesen außerhalb des Sonnensystems ab. In diesem Falle sollte mit zukünftigen spektroskopischen Analysen der Atmosphären von Exo-Gasriesen die Überprüfung des skizzierten Szenarios möglich sein, wenn hier ähnlich kleine Kerne oder sogar große Gasplaneten entdeckt werden würden, die gar keinen festen Kern mehr aufweisen.
Leider wissen Wilson und Militzer bislang noch nicht, mit welcher Rate sich Kerne wie der des Jupiters verflüssigen und auflösen können. Wäre diese Erosionsrate bekannt, könnte sie unter anderem auch zur Altersbestimmung von Gasriesen verwendet werden.
Mögliche Einblicke in den Zustand des Jupiterkerns erhoffen sich die Wissenschaftler auch von der sich derzeit auf dem Weg in Jupiter-System befindlichen NASA-Sonde der Juno-Mission. Diese wird aber erst 2016 hier erwartet. Bis dahin bleibt also noch etwas Zeit, um auch mögliche Konsequenzen des skizzierten Szenarios zu durchdenken.
- Den vollständigen Artikel finden Sie hier.
Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / arxiv.org
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