Jupiter könnte sich in einem Schatten gebildet haben, der den Geburtsort des Planeten kälter hielt als Pluto. Die eisige Temperatur könnte die ungewöhnliche Fülle bestimmter Gase in der riesigen Welt erklären, schlägt eine neue Studie vor.
Jupiter besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den am häufigsten vorkommenden Elementen in der planetenspawnenden Scheibe, die sich um die neugeborene Sonne drehte. Andere Elemente, die Gase in der Nähe von Jupiters Geburtsort waren, wurden ebenfalls Teil des Planeten, aber nur in den gleichen Proportionen wie sie in der protoplanetaren Scheibe existierten (SN: 12.06.17).
Astronomen glauben, dass die Zusammensetzung der Sonne weitgehend die der protoplanetaren Scheibe widerspiegelt, daher sollte die von Jupiter dieser Sonnenzusammensetzung ähneln – zumindest für Elemente, die Gase waren. Aber Stickstoff, Argon, Krypton und Xenon kommen auf Jupiter im Verhältnis zu Wasserstoff etwa dreimal so häufig vor wie auf der Sonne.
„Dies ist das Haupträtsel der Jupiteratmosphäre“, sagt Kazumasa Ohno, ein Planetenwissenschaftler an der University of California in Santa Cruz. Woher kamen diese zusätzlichen Elemente?
Wenn Jupiter in seiner aktuellen Entfernung von der Sonne geboren wurde, hätte die Temperatur am Geburtsort des Planeten etwa 60 Kelvin oder –213˚ Celsius betragen. In der protoplanetaren Scheibe sollten diese Elemente bei dieser Temperatur Gase sein. Aber sie würden unter etwa 30 Kelvin oder –243 ° C fest gefrieren. Für einen Planeten ist es einfacher, Feststoffe anzusammeln als Gase. Wenn Jupiter also irgendwie in einer viel kälteren Umgebung als seiner jetzigen Heimat entstanden wäre, könnte der Planet feste Objekte erhalten haben, die mit diesen zusätzlichen Elementen wie Eis beladen sind.
Aus diesem Grund machten 2019 zwei verschiedene Forschungsteams unabhängig voneinander die radikale Vermutung, dass Jupiter aus der Tiefkühltruhe jenseits der aktuellen Umlaufbahnen von Neptun und Pluto entstanden ist und sich dann spiralförmig nach innen in Richtung Sonne bewegt hat.
Nun schlagen Ohno und der Astronom Takahiro Ueda vom National Astronomical Observatory of Japan eine andere Idee vor: Jupiter hat sich dort gebildet, wo er ist, aber eine Staubansammlung zwischen der Umlaufbahn des Planeten und der Sonne blockiert das Sonnenlicht und wirft einen langen Schatten, der Jupiters Geburtsort kühlt. Die frostigen Temperaturen ließen Stickstoff, Argon, Krypton und Xenon erstarren und wurden zu einem größeren Teil des Planeten, schlagen die Wissenschaftler in einer Studie im Juli vor Astronomie & Astrophysik.
Der Staub, der den Schatten warf, stammte von felsigen Objekten, die näher an der Sonne kollidierten und zersplitterten. Weiter von der Sonne entfernt, wo die protoplanetare Scheibe kälter war, gefror Wasser und ließ Objekte entstehen, die Schneebällen ähnelten. Wenn diese Schneebälle kollidierten, klebten sie eher zusammen, als dass sie zerbrachen und warfen daher nicht viel Schatten, sagen die Forscher.
„Ich denke, es ist eine clevere Lösung für etwas, das sonst schwer zu korrigieren gewesen wäre“, sagt Alex Cridland, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Deutschland.
Cridland war einer der Wissenschaftler, die vermuteten, dass sich Jupiter jenseits von Neptun und Pluto gebildet hat. Aber diese Theorie, sagt er, bedeutet, dass Jupiter nach der Geburt viel näher an die Sonne heranrücken musste. Das neue Szenario vermeidet diese Komplikation.
Wie testet man die neue Idee? „Saturn könnte den Schlüssel halten“, sagt Ohno. Saturn ist fast doppelt so weit von der Sonne entfernt wie Jupiter, und die Wissenschaftler berechnen, dass der Staubschatten, der Jupiters Geburtsort kühlte, kaum den von Saturn erreichte. Wenn ja, bedeutet das, dass Saturn in einer wärmeren Region entstanden ist und daher kein Stickstoff-, Argon-, Krypton- oder Xenon-Eis erhalten haben sollte. Im Gegensatz dazu, wenn sich die beiden Gasriesen wirklich in der Kälte jenseits der gegenwärtigen Umlaufbahnen von Neptun und Pluto gebildet haben, dann sollte Saturn viele dieser Elemente haben, wie Jupiter.
Dank der Galileo-Sonde, die 1995 in die Jupiteratmosphäre eintauchte, kennen Astronomen diese Häufigkeiten für Jupiter. Was benötigt wird, sagen die Forscher, ist eine ähnliche Mission wie Saturn. Leider während der Umlaufbahn des Saturn, die Raumsonde Cassini (SN: 23.08.17) maß nur einen unsicheren Stickstoffgehalt in der Atmosphäre des Ringplaneten und entdeckte kein Argon, Krypton oder Xenon, sodass Saturn noch nicht einschränkt, wo die beiden Gasriesen entstanden sind.