Sonnensystem: Migration von Planeten und Asteroiden berechnet
© NASA, JPL / Caltech (Ausschnitt)
Mit aufwändigen Computersimulationen gelang es Astronomen, den wahrscheinlichen Ursprungsort der äußeren großen Planeten des Sonnensystems zu ermitteln, indem sie die Wanderung zu ihren gegenwärtigen Umlaufbahnen verfolgten. Ihr Modell erklärt gleichzeitig die Ausbildung des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter und die Meteoritenfunde auf der Erde.
Harold Levison vom Southwest Research Institute und dem NASA Lunar Science Institute, beides in Boulder, Colorado, analysierte mit seinen Kollegen im Rahmen numerischer Rechnungen die Wege von 31 Millionen hypothetischen Asteroiden, die den Orbit des Ringplaneten Saturn kreuzen. Dabei zeigte sich, dass die Partikel über einen Zeitraum von zehn Millionen Jahren entweder zu Mitläufern der Planeten werden – so genannten Trojanern –, den Asteroidengürtel bilden, wie wir ihn heute kennen, oder in die Region verstoßen werden, die den heutigen Kuipergürtel darstellt.
Das besondere an der Studie ist der Startpunkt, den die Wissenschaftler für die beteiligten Objekte wählten. Laut dem so genannten Nizza-Modell, das die Forscher vor vier Jahren aufstellten, bildeten sich die Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus nicht dort, wo wir sie heute auffinden. Vielmehr entstammen sie einem schmalen Ring, der sich in einem Abstand von fünf bis 15 Astronomischen Einheiten (Erde-Sonne-Distanzen, AE) um die Sonne legt. Nach außen schloss sich ein Bereich bis zu etwa 30 AE an – dem Ort der heutigen Neptunbahn –, in dem sich eine Unmenge von Kometenkernen mit einer Gesamtmasse vom 35-fachen der Erde tummelte.
Nach 600 Millionen Jahren wurde die Planetenanordnung jedoch instabil. Jupiters Gravitation schleuderte die anderen drei Gasriesen nach außen, wo diese die Kometenscheibe völlig aufmischten und sich letztendlich auf den heutigen Orbits bei 9,5, 19 und 30 AE niederließen. Die neuen Rechnungen zeigen, dass im Gegenzug genügend Kometenkerne ins innere Sonnensystem katapultiert wurden, um einerseits das Bombardement zu verursachen, das auf Erde und Mond unzählige Krater hinterlassen hat, aber auch, um den Asteroidengürtel so zu bevölkern, wie wir ihn heute vorfinden.
Dies erklärt die unterschiedliche Art von Himmelskörpern in der Region zwischen Mars und Jupiter: Innen finden sich silikatreichere Asteroiden, während nach außen hin die Anzahl der dunklen, kohlenstoffhaltigeren Exemplare zunimmt – Fragmente der Immigranten aus dem äußeren Sonnensystem. Das Team um Levison hat mit diesen nun eine Simulation durchgeführt, deren Dauer vier Milliarden Jahre entspricht, um die Kollisionen der Asteroiden untereinander zu studieren. Die weicheren, kohlenstoffreicheren Kometenkerne werden demnach viel stärker in den Zusammenstößen aufgerieben und in höherem Maße zu Mikrometeoriten, die in Richtung Sonne getrieben und vielfach auf der Erde gefunden werden.
Das Nizza-Modell ist derzeit das einzige, das den Artenreichtum an Objekten zwischen Mars und Jupiter, deren zahlenmäßiges Verhältnis dort und Meteoritenfunde auf der Erde befriedigend erklären kann. Somit wandelt sich das Verständnis des Asteroidengürtels von einer Fabrik aller dort gefundenen chemisch sehr unterschiedlichen Arten von Asteroiden immer mehr zu einem Sammelplatz für das ganze Spektrum von Kleinkörpern, die in der Frühgeschichte an diversen Stellen im inneren wie äußeren Sonnensystem produziert wurden. (dre)
Harold Levison vom Southwest Research Institute und dem NASA Lunar Science Institute, beides in Boulder, Colorado, analysierte mit seinen Kollegen im Rahmen numerischer Rechnungen die Wege von 31 Millionen hypothetischen Asteroiden, die den Orbit des Ringplaneten Saturn kreuzen. Dabei zeigte sich, dass die Partikel über einen Zeitraum von zehn Millionen Jahren entweder zu Mitläufern der Planeten werden – so genannten Trojanern –, den Asteroidengürtel bilden, wie wir ihn heute kennen, oder in die Region verstoßen werden, die den heutigen Kuipergürtel darstellt.
Das besondere an der Studie ist der Startpunkt, den die Wissenschaftler für die beteiligten Objekte wählten. Laut dem so genannten Nizza-Modell, das die Forscher vor vier Jahren aufstellten, bildeten sich die Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus nicht dort, wo wir sie heute auffinden. Vielmehr entstammen sie einem schmalen Ring, der sich in einem Abstand von fünf bis 15 Astronomischen Einheiten (Erde-Sonne-Distanzen, AE) um die Sonne legt. Nach außen schloss sich ein Bereich bis zu etwa 30 AE an – dem Ort der heutigen Neptunbahn –, in dem sich eine Unmenge von Kometenkernen mit einer Gesamtmasse vom 35-fachen der Erde tummelte.
Nach 600 Millionen Jahren wurde die Planetenanordnung jedoch instabil. Jupiters Gravitation schleuderte die anderen drei Gasriesen nach außen, wo diese die Kometenscheibe völlig aufmischten und sich letztendlich auf den heutigen Orbits bei 9,5, 19 und 30 AE niederließen. Die neuen Rechnungen zeigen, dass im Gegenzug genügend Kometenkerne ins innere Sonnensystem katapultiert wurden, um einerseits das Bombardement zu verursachen, das auf Erde und Mond unzählige Krater hinterlassen hat, aber auch, um den Asteroidengürtel so zu bevölkern, wie wir ihn heute vorfinden.
Dies erklärt die unterschiedliche Art von Himmelskörpern in der Region zwischen Mars und Jupiter: Innen finden sich silikatreichere Asteroiden, während nach außen hin die Anzahl der dunklen, kohlenstoffhaltigeren Exemplare zunimmt – Fragmente der Immigranten aus dem äußeren Sonnensystem. Das Team um Levison hat mit diesen nun eine Simulation durchgeführt, deren Dauer vier Milliarden Jahre entspricht, um die Kollisionen der Asteroiden untereinander zu studieren. Die weicheren, kohlenstoffreicheren Kometenkerne werden demnach viel stärker in den Zusammenstößen aufgerieben und in höherem Maße zu Mikrometeoriten, die in Richtung Sonne getrieben und vielfach auf der Erde gefunden werden.
Das Nizza-Modell ist derzeit das einzige, das den Artenreichtum an Objekten zwischen Mars und Jupiter, deren zahlenmäßiges Verhältnis dort und Meteoritenfunde auf der Erde befriedigend erklären kann. Somit wandelt sich das Verständnis des Asteroidengürtels von einer Fabrik aller dort gefundenen chemisch sehr unterschiedlichen Arten von Asteroiden immer mehr zu einem Sammelplatz für das ganze Spektrum von Kleinkörpern, die in der Frühgeschichte an diversen Stellen im inneren wie äußeren Sonnensystem produziert wurden. (dre)
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