Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff
Erde, Merkur, Venus und Mars sind als die Gesteinsplaneten bekannt, da sie überwiegend aus Stein aufgebaut sind, welches Silizium, Eisen und andere schwere Elemente enthält. Jupiter und Saturn, die Gasriesen, bestehen überwiegend aus Wasserstoff, dem leichtesten und häufigsten Element. Schließlich bilden die Eisriesen Uranus und Neptun eine dritte Kategorie von Planeten. Sie bestehen aus Verbindungen wie Wasser, Methan und Ammoniak, die Eis bilden, wenn es kalt ist und kommen zwar weniger häufig als Wasserstoff, doch viel häufiger als das Gesteinsmaterial vor. Alle Planeten im Universum, auch diejenigen um andere Sterne, sollten grob in eine dieser aus dem Sonnensystem abgeleiteten drei Gruppen fallen, die sich im Grunde durch die relativen Häufigkeiten und Eigenschaften der chemischen Elemente selbst bestimmen. Dennoch verstehen Astronomen nur zum Teil, wie sich Planeten eigentlich bilden und entwickeln und warum sie den Umlaufbahnen folgen, auf denen wir sie heute sehen. Könnte eines Tages ein erdähnlicher, steiniger Planet in den äußeren Regionen eines Sternensystems gefunden werden, wo in unserem Sonnensystem nur die Eisriesen regieren?
SAO-Astronom und Hubble-Stipendiat Eric Ford hat mit Eugene I. Chiang untersucht, wie und wo sich Eisriesen in der Gas- und Trümmerscheibe bildeten, die die junge Sonne umgab. Die einfache, schrittweise Ausfällung kleiner Körnchen in der äußeren solaren Scheibe dauert viel zu lange – etwa 100-mal länger als das Alter des Sonnensystems. Da diese Riesen zudem auch noch erhebliche Mengen an Wasserstoff beinhalten, müssen sie sich gebildet haben, bevor die frühe Scheibe den meisten Wasserstoff verlor. Die Astronomen schätzen, daß der ganze Vorgang nur einige zehn Millionen Jahre gedauert haben kann. Zwei Lösungen sind in der Vergangenheit für das Problem der Bildung von Eisriesen vorgeschlagen worden: entweder sie bildeten sich näher an der Sonne, wo die Dichte höher war und wanderten dann in die äußeren Bereiche, in denen sie sich jetzt befinden, oder sie erlangten den Großteil ihrer Masse durch Akkretion aus einer massereichen Scheibe, die aus vielen kleineren Planetesimalen bestand und die das rasche Anwachsen solcher Eisplaneten erleichterte. Jede der beiden Ansätze hat jedoch Schwierigkeiten: wenn sich Eisriesen schnell und effizient bilden, dann gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß sich mehr als nur die zwei bilden, die wir sehen – Uranus und Neptun.
Ford und Chiang schreiben im Astrophysical Journal vom Mai 2007, daß ihre Simulationen neue Erkenntnisse zu diesem Puzzle liefern. Ihre Ergebnisse zeigen, daß sich Uranus und Neptun vermutlich formten, als sie zweimal näher als heute an der Sonne befanden und wahrscheinlich Planetesimale vorhanden waren, die den Bildungsprozeß erleichterten. Sie sind dann durch die gravitativen Einwirkungen von Jupiter, Saturn und der Scheibe aus Planetesimalen nach außen auf ihre jetzigen Umlaufbahnen gestoßen worden, ein Vorgang, der gleichzeitig viele andere der noch entstandenen Eisriesen gänzlich aus dem Sonnensystem hinauskatapultiert hat. Für einen bestimmten Bereich von Scheibenparametern finden Ford und Chiang, daß die Simulationen oft mit nur zwei Eisriesen am nahezu richtigen Platz enden. Diese neuen Resultate zeigen nicht nur mögliche Wege der Entstehung von Uranus und Neptun, sie helfen uns auch, die Umgebung der jungen Erde besser zu verstehen.
