Dienstag, 6. März 2012

Forscher präsentieren alternatives Erklärungsmodell der Planetenentstehung

Eine zweidimensionale protoplanetare Materiescheibe, wie in dieser künstlerischen Darstellung dargestellt, bildet die Grundlage des bisherigen Standardmodells zur Planetenentstehung. Die Planetenwissenschaftler Hofmeister und Criss halten dieses Modell jedoch für unwahrscheinlich und präsentieren eine Alternative. | Copyright: ESO/L. Calcada

St. Louis/ USA - US-Forscher haben ein alternatives Modell zur Planetenentstehung vorgestellt: Während die bislang gängige Vorstellung davon ausgeht, dass sich Planeten aus einer zweidimensionalen, rotierenden, heißen sogenannten protoplanetaren Gas- und Staubscheibe um zuvor entstandene junge Sterne, durch Zusammenballung von zunächst kleinsten, dann auf diese Weise immer größer werdenden Partikeln und Brocken zusammenballen, glauben die Forscher nun, dass Sterne gemeinsam mit ihren Planeten und deren Monden aus sich langsam zusammenziehenden Gaswolken entstehen könnten.

Grund für die Suche nach einer "radikalen Alternative" zum bisherigen, noch auf Grundideen aus dem 18. Jahrhundert zurückreichenden Standardmodell der Planetenentstehung aus den 1970er Jahren war für das Team um Dr. Anne Hofmeister und Dr. Robert E. Criss von der Washington University of St. Louis (WUSTL) der Umstand, dass "die bestehenden Modelle einer Planetenentstehung innerhalb einer zweidimensionalen, staubigen Scheibe die Drehimpulserhaltung verletzen. (...) Es war für uns also klar, dass wir von einer dreidimensionalen Wolke ausgehen mussten, die diesem Umstand sehr viel eher Rechnung trägt", so Hofmeister.

Beiden Modellen, dem bisherigen und der nun von den Forschern im Fachmagazin "Planetary and Space Science" präsentierten Alternative, ist zunächst die Vorstellung gemein, dass Sterne durch den Kollaps zunächst noch kühler Materiewolken entstehen. Während im bisherigen Modell sich um die zuerst entstandenen jungen Sterne zunächst rotierende Materiewolken aus heißem Gas- und Staub und erst aus diesen dann die Planeten bilden, läuft die Planetenentstehung im Modell der Wissenschaftler aus St. Louis nun parallel zur Sternentstehung schon in der kühlen Wolke ab.

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Während es in der bisherigen Vorstellung die heiße Strahlung des jungen Zentralgestirns ist, die für die Unterschiede im Aufbau der Planeten verantwortlich sein soll, spielt im neuen Modell "diese Hitze hingegen keine Rolle für die Planetenbildung“, so Hofmeister.

Dieses Bild des sogenannten Adlernebels, aufgenommen mit dem Kitt Peak Telescope, stimmt in etwa mit Hofmeister und Criss' Vorstellung von einer dreidimensionalen Gas- und Staubwolke als Wiege sowohl von Sternen als auch von Planeten und deren Monden überein. | Copyright: T. A. Rector & B. A. Wolpa, NOAO, AURA

"Die bisherige Vorstellung, nach welcher der Schwerkraftkollaps ein heißer Prozess sein muss, ist ein Missverständnis der Thermodynamik", so Criss und erläutert dies am Beispiel eines Kochbechers mit heißem Wasser, der im Winter nach draußen gestellt wird: "Das Wasser kühlt sich ab und beginnt dann langsam zu gefrieren. Gefrierendes Wasser gibt tatsächlich latent Wärme ab, da Ordnung (hier in Form von Eiskristallen) aus der Unordnung (flüssiges Wasser) entsteht." Diese Wärmeabgabe sei zwar beachtlich, doch reiche sie nicht aus, um den Becher selbst zu erhitzen. "Die Wärmeabgabe ist aber so gering, dass sie von der Umwelt abgekühlt wird. Würde diese Wärme das Wasser selbst nochmals auf über null Grad Celsius erhitzen, so würde das Eis schmelzen. Im bisherigen Modell müsste sich nun Eis bilden, obwohl der Kochbecher erhitzt wird."

Auch könne das bisherige 2-D-Modell nicht erklären, warum etwa das innere Sonnensystem aus Felsplaneten besteht, während das äußere Sonnensystem von Gasriesen gebildet wird.

"Das erste, was bei der Planetenakkretion entsteht, sind felsige Kerne", erläutert Hofmeister ihre Alternative. "Die Gas- und Staubwolke beginnt sich dann zusammenzuziehen und die felsigen Kerne nehmen den Drehimpulses der sich kontrahierenden Gaswolke auf. Nachdem felsige Kerne entstehen, beginnen diese auch Gas anzuziehen - aber nur, wenn sie weit genug von dem entstehenden Stern entfernt sind. Nur so kann ein Planet auch den Konkurrenzkampf der Anziehungskräfte gegen seinen Stern gewinnen und auch Gase binden, die dann Jupiter und andere Gasplaneten entstehen lassen. Befinden sich die felsigen Kerne zu nah an ihrem Stern, wie im Fall der Erde, so ist für sie dieser 'Gravitations-Konkurrenzkampf' nicht zu gewinnen und es bleibt bei Felsplaneten. Aus diesem Grund gibt es auch die vorhandene Ordnung und Regelmäßigkeit im Aufbau unseres Sonnensystems."

Für die Forscher liefert diese Konkurrenz auch eine neue Sichtweise auf die Entstehung des Mondes, wie sie nicht eine, laut Hofmeister und Criss "extrem unwahrscheinliche Kollision mit einem anderen großen Himmelskörper voraussetzen muss."

Zugleich könne das neue Modell auch nicht nur auf unser Sonnensystem sondern auch auf andere Formen von Planetensystemen angewendet werden: "In allen Fällen sorgt der Vorgang der gravitativen Akkretion dieser kalten, dreidimensionalen Wolken dafür, dass sich Dinge zusammenziehen und nach außen drehend rotieren, wodurch auch die Energie entsteht."

Es mache keinen Sinn, so dir Forscher, "dass eine Folge von zufälligen Kollisionen schwerer massiver Objekte dazu führt, dass ein Sonnensystem entsteht, in dem Planeten ihren Stern auf einer wunderbar geordneten Ebene und alle mit aufrechten Umdrehungen umkreisen. Das wäre so, als würde man nach einer nuklearen Explosion erwarten, dass alle dabei umgestoßenen Baumstämme, danach feinsäuberlich übereinandergestapelt zum Liegen kommen."

Allerdings, so gibt "wissenschaft-aktuell.de" zu bedenken, lieferten bereits Untersuchungen an Meteoriten "starke Indizien dafür, dass die Planetenentstehung in einer heißen Umgebung stattgefunden hat." Es werde sich also zeigen müssen, ob das alternative Modell von Hofmeister und Criss auch dafür eine Erklärung finden und sich in der Fachwelt durchsetzen könne.

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / wustl.edu / wissenschaft-aktuell.de

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