Planetenentstehung (Takimo 2)

Wo und wie entstehen Planetensysteme?

Bereits im 18. Jahrhundert haben der deutsche Philosoph Immanuel Kant und der französische Mathematiker Pierre Simon de Laplace ein im Wesentlichen richtiges Bild von der Entstehung unseres Sonnensystems gezeichnet. Danach formten sich unsere Sonne und ihre Planeten vor langer Zeit aus einer rotierenden Nebelwolke.

Durch die moderne Wissenschaft und ihre technischen Möglichkeiten hat sich dieses Bild bis auf den heutigen Tag ständig weiter entwickelt:

Die riesigen Sternenstaubnebel der Galaxien sind die Geburtskrippen neuer Sonnen und Planeten. (s. Lexikon Sternenstaub) Diese oft viele Lichtjahre großen Molekülwolken sind gewaltige Ansammlungen von Gasen und feinsten Staubpartikeln.

Der Orion Nebel (Credit NASA, C.R. O'Dell and S.K. Wong)

Der Orion Nebel (Credit NASA, C.R. O’Dell and S.K. Wong)

Es wird vermutet, dass es dort zum Beispiel durch die Schockwelle einer nahen Supernova-Explosion zu lokalen Verdichtungen kommen kann. Teile dieses Sternenstaubnebels fallen dann aufgrund ihrer Eigengravitation in sich zusammen und leiten so die Geburtsstunde zahlreicher neuer Sonnensysteme ein.

Diese zunächst sich nur sehr langsam drehende Molekülwolke beginnt sich bei ihrer Kontraktion immer schneller zu drehen. Das ist der bekannte Pirouetten­effekt, der bei Eistänzerinnen beobachtet werden kann, wenn sie die weit ausgestreckten Arme an den Körper ziehen und dadurch immer schneller rotieren.

Da Gas in einem kugelartigen rotierenden Gebilde zwar versucht, ins Zentrum zu fallen, aber wegen der Zentrifugalkraft daran gehindert wird, bleibt dem Gas nur ein Absinken zur “Äquatorebene” der kollabierenden Wolke übrig. Mit der Zeit bildet sich so aus der rotierenden Gaswolke eine Scheibe, die so genannte Protoplanetare Scheibe.

Im Zentrum dieser rotierenden Staubscheibe sammelt sich das meiste Material an, woraus später einmal die Sonne dieses neu entstehenden Planetensystems wird.

2 Protoplanetare Scheiben im Orion Nebel. Die Protosonne im Zentrum ist bereits gut zu erkennen (Foto NASA und Hubble Heritage Team)

2 Protoplanetare Scheiben im Orion Nebel. Die Protosonne im Zentrum ist bereits gut zu erkennen (Foto NASA und Hubble Heritage Team)

Auch unsere Sonne entstand vor ungefähr 5 Milliarden Jahren auf diese Art und Weise. Sie vereinte in sich 99,9 Prozent der Masse der Protoplanetaren Scheibe. Nur ein Promille blieb für die Planeten, die etwa gleichzeitig mit ihr entstanden. Die Staubpartikel wuchsen durch komplizierte Anlagerungsprozesse allmählich zu einem Schwarm immer größerer Klumpen an.

Bald gab es Billionen unregelmäßig geformter Körper in Kilometergröße. Diese Planetesimale gelten als “Bausteine des Planetensystems”. In Kometenkernen und als kleine Asteroiden dürften sie recht unverändert erhalten geblieben sein. Die meisten Planetesimale prallten jedoch wieder mit anderen zusammen. Größere besaßen stärkere Anziehungskraft und wuchsen daher schneller.

Ab einigen hundert Kilometern Durchmesser sorgten Schwerkraft, Zerfall radioaktiver Elemente und Zusammenstöße für das Schmelzen des Gesteins und die kugelförmige Gestalt der zukünftigen Planeten. Durch das Schmelzen des Gesteins sanken die schweren Elemente Richtung Zentrum. Um die so entstandenen Eisenkerne bildeten sich Mäntel aus Silikaten.

Zunächst gab es also unzählige Objekte, vielleicht von der Größe eines Berges. Jahrmillionen später blieben im inneren Teil des Sonnensystems noch etwa hundert mondgroße Objekte übrig, aus denen sich später die vier inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars formten.

Planeten, die sich in größerer Entfernung von der Sonne befinden, haben eine andere Struktur. Ab etwa fünffacher Erddistanz ist die Temperatur so niedrig, dass Wasserdampf zu Eis resublimiert*. Mit diesem Eis verfügten die äußeren Planeten über weit mehr Baumaterial als die sonnennahen Trabanten. Jupiter und Saturn wuchsen zu derartigen Riesen heran, dass sie schließlich sogar die Gase aus der ursprünglichen Staubwolke an sich ziehen konnten. (s. Lexikon Gasplaneten)

Im Asteroidengürtel, der sich zwischen der Umlaufbahn von Mars und Jupiter befindet, wurde die Planetenbildung aufgrund der starken Gezeitenwechsel­wirkung mit dem Jupiter unterbunden. Der Prozess der Planetenbildung war dort auf der Stufe der Planetesimale zum Stillstand gekommen.

Asteroid Ida mit seinem Mini-Mond Dactyl (Foto NASA/JPL)

Asteroid Ida mit seinem Mini-Mond Dactyl (Foto NASA/JPL)

 


* Resublimieren: der unmittelbare Übergang eines Stoffes vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand.


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