Saturns Geheimnis der ewigen Jugend

News: Saturns Geheimnis der ewigen Jugend

Glaubt man den Zustandsgleichungen der Physik, so gibt es den Saturn erst seit rund zwei Milliarden Jahren. Weil die anderen Planeten des Sonnensystems sich aber bereits vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet haben, suchen Astronomen nach einer anderen Erklärung dafür, weshalb der Riesenplanet so erstaunlich warm ist. Und sie machen richtig Druck bei ihren Bemühungen: Mit einem der weltgrößten Laser schaffen sie Bedingungen wie im Innern des Saturn. In den Experimenten wurde die Probe aus schwerem Wasserstoff metallisch und dichter als theoretisch vorhergesagt.

Der Vergleich mit dem geflügelten Wort "mit Kanonen auf Spatzen schießen" wäre eine kräftige Untertreibung. Der Nova Laser, mit dem Gilbert Collins und seine Kollegen vom Lawrence Livermore National Laboratory arbeiten, ist so groß wie ein Haus, und das Ziel der Laserpulse befindet sich in einer kleinen Probenkammer aus Kupfer. Während der Versuche verlassen die Forscher das Labor und steuern die Apparate aus der Sicherheit eines Kontrollraums. Mit ohrenbetäubendem Knall gibt der Laser zehn Pulse ab, deren Leistung für einen winzigen Moment größer ist als die aller Kraftwerke der USA zusammen.

Mitten in dem energiereichen Lichtstrahl steht die Probenkammer, in der sich ein Tropfen Deuterium befindet – einem Wasserstoffisotop, das in seinem Kern ein Proton und ein Neutron hat. Der Laserstrahl trifft auf einen Stampfer am oberen Kammerende und schießt diesen mit Gewalt in das Innere. Dadurch wird eine Schockwelle auf das Deuterium übertragen. Ein Röntgenstrahl, der durch zwei Berylliumfenster in der Kammer tritt, erlaubt es, die Geschwindigkeit des Schocks, den zunehmenden Druck und die daraus resultierende Dichte der Probe zu messen. Mit einem weiteren Laser wird ihre Reflexionsfähigkeit überprüft, aus welcher sich ersehen läßt, wann das Material in den metallischen Zustand übergeht. Das alles läuft innerhalb von nur fünf bis zehn Nanosekunden (Milliardstelsekunden) ab, dann explodiert die Meßzelle, die Wissenschaftler kommen herein, machen sauber und bereiten den nächsten Versuch vor.

Die Ergebnisse der Experimente waren zum Teil überraschend. So stellten Collins und seine Mitarbeiter fest, daß die Dichte von Deuterium bei einem Druck von mehr als einem halben Megabar um den Faktor sechs anstieg, statt nur um den theoretisch vorhergesagten Faktor vier. Außerdem fand der Übergang in den metallischen Zustand bei niedrigerem Druck als erwartet statt (Science vom 21. August 1998).

Gilles Chabrier von der Ecole Normale Supérieure in Lyon nennt die Arbeit "enorm wichtig für die Astrophysik". Sie ermöglicht den Wissenschaftlern einen ersten Eindruck von den wirklichen Bedingungen in einem riesigen Gasplaneten wie Saturn. Wenn der Wasserstoff, aus dem Saturn zu 90 Prozent besteht, bei hohem Druck einen Phasenübergang erfährt und weich wird, könnte er auf diese Weise Energie speichern – ähnlich wie Wasserdampf, der mehr Energie besitzt als flüssiges Wasser. Dadurch könnte Saturn trotz seines hohen Alters relativ warm geblieben sein.

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