Löst Jupiters Kern sich auf?

Jupiter

Der felsige Kern Jupiters löst sich möglicherweise langsam auf und reichert die Atmosphäre des größten Planeten unseres Sonnensystems so mit schweren Elementen an. Das zeigen Berechnungen eines amerikanischen Forscher-Duos. Das Szenario liefert auch eine Erklärung dafür, warum Jupiters Kern kleiner ist als der Saturns – Simulationen der Planetenentstehung lassen das Gegenteil erwarten. Die beiden Wissenschaftler präsentieren ihre Theorie online in der wissenschaftlichen Datenbank arXiv.org.

„Gasriesen entstehen nach heutigen Erkenntnissen durch die Ansammlung von Wasserstoff und Helium um einen ursprünglichen Kern aus Gestein und Eis“, schreiben Hugh Wilson und Burkhard Militzer von der University of California in Berkeley. Wenn die Kerne mehr als die zehnfache Erdmasse erreicht haben beginnen sie mit ihrer Gravitation das Gas aus ihrer Umgebung anzuziehen. So haben Jupiter und Saturn ihre ausgedehnten Atmosphären aus Wasserstoff und Helium erhalten. Messungen von Raumsonden deuten jedoch darauf hin, dass der Kern Jupiters weniger als die zehnfache Erdmasse auf die Waage bringt – während der Kern des kleineren Saturn das 15- bis 30-fache der Erdmasse enthält. Außerdem enthält die Atmosphäre Jupiters deutlich mehr schwere Elemente als die Sonne, deren Zusammensetzung die des ursprünglichen Gases im jungen Sonnensystem widerspiegelt.

Die Berechnungen von Wilson und Militzer zeigen nun eine Lösung für beide Rätsel auf. Als repräsentatives Beispiel für die Materie im Kern des Planeten wählten die beiden Forscher Magnesiumoxid, einen wichtigen Bestandteil von Gesteinen. Im Inneren von Jupiter herrschen physikalisch extreme Bedingungen: Bei einer Temperatur von 20.000 Grad Celsius ist der Druck rund 40 Millionen Mal höher als der irdische Luftdruck. Derartige Bedingungen, unter denen sich Wasserstoff wie eine Flüssigkeit verhält, lassen sich bislang im Labor nicht realisieren. Wilson und Militzer mussten daher komplexe quantenmechanische Rechnungen durchführen, um das Verhalten von Magnesiumoxid in dieser Situation zu analysieren.

Die Berechnungen zeigen, dass sich Magnesiumoxid bei einem derart hohen Druck bei Temperaturen oberhalb von 10.000 Grad Celsius in flüssigem Wasserstoff auflöst. „Das führt zu einer erheblichen Umverteilung des felsigen Materials in Jupiter und auch in großen Exoplaneten“, so Wilson und Militzer. Da Saturn kleiner ist als Jupiter, sind die Bedingungen in seinem Inneren nicht extrem genug, um zu einer Auflösung seines Kerns zu führen. Die beiden Wissenschaftler sehen die Chance, dass spektroskopische Untersuchungen der Atmosphären von großen Gasplaneten bei anderen Sternen schon bald eine Überprüfung ihres Szenarios der Kernauflösung ermöglichen.