Vor Gebrauch bitte trocknen
Die feste Oberfl?che und das ausgeglichene Klima verdankt die Erde teilweise einem massereichen Stern in der N?he der Sonne, als diese geboren wurde. W?ren die radioaktiven Elemente dieses sterbenden Sterns nicht ins frühe Sonnensystem eingespeist worden, w?re unser Heimatplanet eine lebensfeindliche Eis- und Wasserwüste. Das ist das Ergebnis von Computersimulationen zur Planetenentstehung.
Zwar sind mehr als zwei Drittel der Erde von Ozeanen bedeckt, doch astronomisch betrachtet sind die inneren Planeten unseres Sonnensystems ziemlich trocken – zum Glück, weil zu viel des Guten mehr Schaden anrichten als nutzen kann. Ist der Wasseranteil eines Gesteinsplaneten n?mlich bedeutend gr?sser als auf der Erde, so wird sein fester Mantel von einem tiefen, globalen Ozean und einer undurchdringlichen Eisschicht am Meeresboden bedeckt. Dies verhindert geochemische Zyklen wie den Kohlenstoffkreislauf auf der Erde, die das Klima stabilisieren und Bedingungen schaffen für Leben, wie wir es kennen.
?Hatten wir also ausserordentlich viel Glück, oder gibt es systematische Effekte, die Planetensysteme wie unseres von anderen unterscheiden?? fragte sich Tim Lichtenberg, als er an den Instituten für Astronomie und Geophysik der ETH Zürich seine Doktorarbeit in Angriff nahm.
Mit Computermodellen simulierte er nun zusammen mit Kollegen der Universit?ten Bayreuth, Bern und Michigan die Entstehung von Planeten aus deren Bausteinen, den sogenannten Planetesimalen – Brocken aus Stein und Eis mit einem Durchmesser von wahrscheinlich ein paar Dutzend Kilometern. Diese Planetesimale bilden sich bei der Geburt eines Planetensystems in einer Staub- und Gasscheibe um den Stern und wachsen zu Planetenembryos heran.
?Man geht zurzeit davon aus, dass die Erde den gr?ssten Teil ihres Wassers von diesen teils wasserreichen Planetesimalen geerbt hat?, erkl?rt Lichtenberg, der heute als Postdoc an der Universit?t Oxford arbeitet. ?Aber wenn ein terrestrischer Gesteinsplanet viel Material von jenseits der sogenannten Schneegrenze sammelt, erh?lt er viel zu viel Wasser.? Werden diese Planetesimale allerdings von innen aufgeheizt, so verdampft ein Teil des ursprünglichen Wassereises und entweicht ins Weltall, bevor es an den Planeten abgegeben werden kann.
Radioaktive Heizung
Genau dies k?nnte kurz nach der Geburt unseres Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren geschehen sein und immer noch an vielen anderen Orten in der Milchstrasse passieren, wie man aufgrund von urzeitlichen Spuren in Meteoriten vermutet. Als sich die Proto-Sonne bildete, ereignete sich in der kosmischen Nachbarschaft eine Supernova. In diesem explodierenden Stern wurden radioaktive Elemente einschliesslich Aluminium-26 (Al-26) gebildet und in unser junges Sonnensystem injiziert, entweder durch heftige Sternwinde oder den Supernova-Ausstoss des sterbenden, massereichen Sterns.
Der Zerfall von Al-26 heizte dann die Planetesimale von innen auf und trocknete sie aus. In ihren Computermodellen konnten die Forscher nun zeigen: Kommt Al-26 bei der Geburt eines Planetensystems in Mengen vor wie bei unserem oder noch h?ufiger, so werden die Planetesimale durch diese Heizung systematisch dehydriert, bevor sie in Planetenembryos eingebaut werden.
?Die Ergebnisse unserer Simulationen deuten also darauf hin, dass es zwei qualitativ unterschiedliche Arten von Planetensystemen gibt?, fasst Lichtenberg zusammen: ?auf der einen Seite solche ?hnlich wie das Sonnensystem, deren Planeten nur wenig Wasser aufweisen. Auf der anderen Seite gibt es diejenigen, in denen in erster Linie Ozeanwelten entstehen, weil bei der Bildung kein massereicher Stern in der N?he, und damit kein Al-26 vorhanden, war.
Aluminium macht den Unterschied
Die Anwesenheit von Al-26 w?hrend der Bildung der Planetesimale kann für einen Unterschied in der Anreicherung mit Wasser von einer Gr?ssenordnung zwischen diesen beiden Arten von Planetensystemen sorgen.? Weitere Fragen bleiben offen. So wird man zum Beispiel untersuchen müssen, wie die Austrocknung durch Al-26 mit dem Wachstum von Riesenplaneten, wie Proto-Jupiter im frühen Sonnensystem, zusammenspielt.
Die quantitativen Vorhersagen aus dieser Arbeit k?nnen künftigen Weltraumteleskopen auf der Jagd nach extrasolaren Planeten dabei helfen, m?gliche Spuren und Unterschiede in der Planetenzusammensetzung zu finden und die vorhergesagten Auswirkungen des Al-26-Dehydrierungs?mechanismus zu verfeinern. Deshalb warten die Forscher gespannt auf bald startende Raumfahrtmissionen, mit denen erdgrosse Exoplaneten ausserhalb unseres Sonnensystems untersucht werden k?nnen. Diese werden die Menschheit der Antwort auf die Frage n?her bringen, ob unser Heimatplanet einzigartig ist, oder ob es praktisch unendlich viele Welten wie unsere eigene gibt.
Dieser Artikel von Barbara Vonarburg erschien zuerst auf der Website von externe Seite Planet S.
Literaturhinweis
Tim Lichtenberg et al. A water budget dichotomy of rocky protoplanets from 26Al-heating, Nature Astronomy Letters, Nature Astronomy Letters, 11. Februar 2019, DOI: externe Seite 10.1038/s41550-018-0688-5