• vom 19.06.2015, 14:30 Uhr

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Astronomie

Himmlischer Kreißsaal




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Von Christian Pinter

  • Material- und Fernstudien sowie Computersimulationen zeigen, wie die Geburt der Planeten vonstatten ging.

Zuerst umgab eine Scheibe aus Staub und Gas unsere Sonne vor 4,56 Milliarden Jahren - und schließlich blieben vier Planeten mit fester Oberfläche (Merkur, Venus, Erde und Mars) und vier sonnenferne Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) übrig. - © NASA

Zuerst umgab eine Scheibe aus Staub und Gas unsere Sonne vor 4,56 Milliarden Jahren - und schließlich blieben vier Planeten mit fester Oberfläche (Merkur, Venus, Erde und Mars) und vier sonnenferne Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) übrig. © NASA

Die Eigenschaften unserer acht Planeten, ausgeklügelte Laboruntersuchungen an Meteoriten, spannende Computersimulationen und das Fernstudium von sehr jungen, fremden Sternen - all das verrät Astronomen, wie unser Sonnensystem einst entstanden ist.

Demnach kollabierte, als das Universum rund neun Milliarden Jahre alt war, eine kalte Molekülwolke in der Milchstraße. Sie bestand zu 98 Prozent aus Wasserstoff und Helium. Der Rest war Staub, der zuvor in anderen Sternen produziert und ins Weltall geblasen wurde. Die Wolke teilte sich in Filamente und rundliche Verdichtungen: Eine dieser Globulen sollte unsere Heimat werden.


Während die Globule in sich zusammenstürzte, nahm ein Gasball in ihrer Mitte Gestalt an. Die Globule nährte diesen Protostern wie eine kosmische Gebärmutter. Er wuchs und wuchs. Dabei verstärkte sich seine Anziehungskraft: So riss er immer mehr Material an sich.

Einst rotierte die Globule gemächlich. Doch beim Kollaps nahm ihre Umdrehungsgeschwindigkeit dramatisch zu - wie bei einer Eistänzerin, die während der Pirouette ihre Arme zum Körper zieht. Des enormen Tempos wegen verfehlte ein Teil der herabstürzenden Materie nun den Protostern. Die zunächst rundliche Wolke flachte ab, mutierte zu einer diskusförmigen Akkretionsscheibe (lat. accretio, Zunahme).

Beim Kollaps der Globule stießen Gas- und Staubteilchen immer häufiger zusammen. Sie erhitzten sich dabei ungemein. Der Staub verdampfte in der Gluthülle. Doch vor 4,568 Milliarden Jahren kondensierten endlich wieder erste Materiekörner in einiger Distanz zum Protostern aus. Diesen Zeitpunkt betrachtet man als den eigentlichen Startpunkt der Planetenbildung.

Terrestrische Planeten
Die Temperatur lag jetzt bei rund 1300 Grad Celsius - und fiel. Zunächst nahmen nur die aller schwerflüchtigsten Elemente wiederum die feste Form an, darunter Iridium, Platin, Aluminium, Titan, Calcium, Magnesium, Silizium, Eisen oder Nickel. Calcium- und aluminiumreiche Minerale wie Korund, Perowskit, Spinell, Diopsid oder Pyroxen entstanden. Flüchtigere Substanzen folgten später. Anfangs waren die frischen Staubteilchen kleiner als Sandkörner. Sie maßen bloß einige Tausendstel Millimeter. Das Licht des Protosterns lud sie elektrisch auf. Auch deshalb blieben die Partikel aneinander haften: Die Aggregate wuchsen so ähnlich wie Staubflusen und Staubmäuse unterm Bett oder hinter der Zimmertür.

Die um den Protostern treibenden "Wollmäuse" waren flockig aufgebaut: Sie besaßen wenig Masse, aber vergleichbar viel Volumen. Daher nahmen sie leicht weiteres Material auf. Vor einigen Jahren hat man diesen Vorgang erfolgreich im Space Shuttle simuliert - in der Schwerelosigkeit und in Niedrigdruckkammern.

An den silikatreichen Aggregaten kondensierte außerdem Gas. Ein Teil der Materie rettete sich so vorm Hinweggefegtwerden und machte die Stauboberflächen noch "klebriger". Bei sanften Begegnungen entstanden aus den Staubmäusen somit Objekte von Zentimeter- bis Metergröße. Bei höherem Tempounterschied wurde ihnen ihr Tête-à-Tête allerdings zum Verhängnis: Die Körper prallten mit zerstörerischer Wucht aufeinander und zerbrachen. Es ist ein Rätsel, wie sie dieses problematische Entwicklungsstadium überstanden und dabei sogar noch an Größe gewannen.

Irgendwann kreisten jedenfalls Billionen Brocken von einem oder mehreren Kilometern Durchmesser in der Akkretionsscheibe. Diese Planetesimale hatten schon genug Masse, um einander aktiv anzuziehen. Kam es nun zu Karambolagen, vereinigten sich die Kontrahenten nicht nur - auch die weggeschleuderten Splitter regneten oft wieder auf sie herab. So wuchsen die Planetesimale munter weiter. Schließlich existierte ein ganzes Heer von Planetenembryos oder Protoplaneten mit jeweils ein- bis dreitausend Kilometern Durchmesser. Viele verschmolzen miteinander und bauten so, nach und nach, richtige Planeten auf.

Im inneren Sonnensystem war es heiß. Leichtflüchtiges konnte da nur schwer kondensieren, wohl aber Metalle und Silikatminerale mit hohen Schmelzpunkten. Deshalb wurden hier vergleichsweise kleine Welten mit hoher Dichte geboren: Merkur, Venus, Erde und Mars. Man spricht von den "Gesteinsplaneten" oder, der erdähnlichen Zusammensetzung wegen, von den "terrestrischen Planeten". Sie besitzen feste Oberflächen.

Ein Strom geladener Teilchen, der Sonnenwind, drängte das flüchtige Material der Akkretionsscheibe weiter nach außen. Erst ab der sogenannten "Frostgrenze" gefror auch der Wasserdampf. Das Wassereis mischte sich in den steinernen Baustoff der fernen Planetesimale. Dieses Materialreichtums wegen ballten sich jenseits der Frostgrenze Planetenkerne mit dem jeweils Fünf- bis Zehnfachen der Erdmasse zusammen. Deren enorme Anziehungskraft reichte, um in einem zweiten Schritt reichlich Wasserstoff- und Heliumgas aus der Akkretionsscheibe zu rauben. Jupiter besaß den besten Platz. Er brachte schließlich 318 Erdmassen "auf die Waage". Saturn folgte ihm mit 95.

Goliaths aus Gas
Allerdings wäre der Aufbau derart großer Planetenkerne sehr zeitraubend. Für manche Forscher entstanden die Gasplaneten daher ohne Umweg über feste Kerne: Ihrer Meinung nach kollabierten einfach dichtere Regionen der Akkretionsscheibe und formten so die Riesenwelten. Wie auch immer: Jeder Goliath war anfangs wohl selbst von einer eigenen, kleineren Akkretionsscheibe umkränzt. Daraus bildeten sich nämlich die auffallend mächtigen Monde der Riesenplaneten.

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Dokument erstellt am 2015-06-18 14:38:05



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