Sonnensystem: Jupiter schrumpfte beträchtlich

Vielen Astronomen gilt der Jupiter als eine Art Architekt unseres Sonnensystems: Seine enorme Gravitation spielte eine wichtige Rolle bei der Entstehung anderer Planeten und ihrer Bahn um die Sonne. Das gilt vor allem für die Frühzeit unseres Sonnensystems, während der dieser Gasriese anscheinend noch viel heißer und größer war als heute. Das zumindest kalkulieren Konstantin Batygin vom California Institute of Technology in Pasadena und Fred Adams von der University of Michigan in Ann Arbor: 3,8 Millionen Jahre nachdem sich die ersten Festkörper in unserem Sonnensystem gebildet hatten, war der Durchmesser von Jupiter ihren Daten zufolge doppelt bis 2,5-mal so groß wie heute. Damals löste sich langsam der protoplanetare Nebel um die Sonne auf, aus dem die Planeten hervorgingen.
Für ihre Studie betrachteten Batygin und Adams die beiden winzigen Jupitermonde Amalthea und Thebe, die Jupiter auf sehr engen Bahnen umrunden. Ihre Orbits befinden sich noch innerhalb der Bahn von Io, der als Innerster der vier Galileischen Monde den Jupiter umkreist. Da Amalthea und Thebe leicht gekippte Bahnen haben, analysierten die Wissenschaftler diese kleinen Bahnabweichungen, um die ursprüngliche Größe von Jupiter zu berechnen – mit einem wahrhaft gigantischen Ergebnis: Damals wies der Planet das Doppelte seines heutigen Radius auf, mit einem wahrscheinlichen Volumen, das mehr als dem 2000-Fachen des Irdischen entspricht. Wenig überraschend war auch das Magnetfeld etwa 50-mal so stark wie heute. Innerhalb der letzten 4,5 Milliarden Jahre ist Jupiter also beträchtlich geschrumpft.
Im Unterschied zu anderen Modellen der Planetenentstehung fokussierten sich die Astronomen hier auf direkt messbare Daten wie die Bahndynamik der Monde und nicht auf eher unsichere Werte wie die Gastrübung in der planetaren Atmosphäre oder die Akkretionsrate, also die Rate, mit welcher der Planet einstmals gewachsen ist. Dadurch ergänzt die Studie bisherige Theorien zur Entwicklung des Sonnensystems und seiner Gesteins- und Gasplaneten. Jupiter und sein äußerer Nachbar Saturn entwickelten sich demnach durch Kernakkretion, bei dem ein felsiger oder eisiger Kern ab einer kritischen Masse, die ungefähr dem Zehnfachen der Erde entspricht, zunehmend und rasant Gas um sich anlagert: ein Prozess, der nur im äußeren Sonnensystem ablaufen konnte, da in Sonnennähe zu wenig Materie vorhanden war, um einen derart großen und massereichen Kern aufzubauen.
Dank des immensen Magnetfelds betrug die Akkretionsrate zeitweilig 1,2 bis 2,4 Jupitermassen pro Million Jahre, berechneten Batygin und Adams. Daraus lässt sich ableiten, dass der Riesenplanet innerhalb von 420 000 bis 830 000 Jahren entstanden sein sollte. Dies ist eine sehr schnelle Wachstumsphase, die den Gasriesen beträchtlich anschwellen ließ. Nach und nach löste sich die protoplanetare Scheibe jedoch auf, und Jupiter bekam keinen Nachschub an Masse mehr. Somit begann er, ausgelöst durch seine eigene Gravitation, wieder zu schrumpfen, während er sich wegen der Erhaltung des Drehimpulses schneller zu drehen begann.
Dieser Vorgang dauert bis heute an, da Oberflächen- und Innentemperaturen des Jupiters sinken, wodurch sein Kern komprimiert und aufgeheizt wird, wodurch er sehr langsam an Energie verliert. Selbst mit diesem größeren Volumen war der Planet jedoch nie auch nur annähernd massereich genug, um als Stern zu zünden. Dazu hätte er mindestens das 80-Fache seiner heutigen Masse haben müssen, damit die Fusion von Wasserstoff zu Helium im Inneren in Gang gekommen wäre.
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