Jupiters Wachstumsschmerzen, erklärt

Spektakulärer Blick auf Jupiter von der Raumsonde Juno, erworben am 1. April 2018. Bild viaNASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Die Citizen Scientists Gerald Eichstädt und Seán Doran haben dieses Bild mit Daten des JunoCam-Imagers der Raumsonde erstellt.


Jupiter wird manchmal als bezeichnetKönigder Planeten in unserem Sonnensystem, aufgrund seiner enormen Größe. Es hat etwa das 300-fache der Erdmasse. Es wird angenommen, dass Jupiter zu Beginn der Geschichte unseres Sonnensystems der größte Planet geworden ist. Trotzdem blieben Fragen offenwie schnell(oder nicht) Jupiter wuchs weiter, wobei frühere Hinweise darauf hindeuteten, dass sich das Wachstum von Jupiter um etwa zwei Millionen Jahre verzögerte. Der Grund für diese Verzögerung war unbekannt. Nun glauben Astrophysiker in der Schweiz, eine Antwort zu haben. Ihre Arbeit warveröffentlicht27. August 2018, impeer-reviewedTagebuchNaturastronomie.

Die Forscher sind mit zwei Organisationen verbunden,NFS PlanetSundETHzürich. MitverfasserJulia Venturinierklärt in aStellungnahme:


Wir … zeigen, dass Jupiter in verschiedenen, unterschiedlichen Phasen gewachsen ist.

HauptautorYann Aliberthinzugefügt:

Besonders interessant ist, dass es nicht die gleichen Körper sind, die Masse und Energie [zum Jupiter] bringen.

Mit anderen Worten, diese Wissenschaftler verwendeten ComputerModellierenum zu zeigen, dass Jupiter – vor Milliarden von Jahren, zu Beginn der Geschichte unseres Sonnensystems – eine verzögerte Wachstumsphase als Material von durchliefverschiedene Größen und Typen akkretiertdarauf.




Künstlerisches Konzept eines sehr jungen Jupiter. Wissenschaftler glauben, dass Jupiter, Erde und die anderen Planeten in unserem Sonnensystem aus einer Gas- und Staubscheibe gebildet wurden, die die junge Sonne umgibt. Bild über das Lawrence Livermore National Laboratory.

Es wird angenommen, dass Planeten – wie die Erde oder der Jupiter – durch Akkretion aus den Gas- und Staubwolken wachsen, oderNebel, umgebende junge Sterne. Das heißt, sie wachsen, wenn kleine Materialteilchen in der Wolke zusammenstoßen, zusammenkleben und immer größer werden. Sobald die Planeten selbst groß genug sind, fangen sie an, durch die Kraft ihrer Anziehungskraft noch mehr Material aus dem Sonnennebel zu fegen.

Was geschah also während dieser verschiedenen Wachstumsphasen des Jupiter? Es wird vermutet, dass Jupiter in den ersten Millionen Jahren oder soplanetarischer Kernwurde recht schnell aus kleinen, zentimetergroßen Kieselsteinen aus felsigem Material gebaut. Während der nächsten zwei Millionen Jahre kam es zu einer langsameren Ansammlung größerer, kilometergroßer Gesteine, genanntPlanetesimale. Während dieser Zeit wurde viel Wärme freigesetzt, als die Planetesimale mit dem jungen, wachsenden Planeten kollidierten. Wie von Alibert erklärt:

Während der ersten Etappe brachten die Kieselsteine ​​die Masse. In der zweiten Phase fügten die Planetesimale auch etwas Masse hinzu, aber was noch wichtiger ist, sie brachten Energie.


Jupiter wuchs danach weiter und erreichte 50Erdmassennach etwa 3 Millionen Jahren. Dies führte zum Beginn der dritten Phase, in der AusreißerKonkretionvon Gas befeuerte das kontinuierliche Wachstum von Jupiter, bis der Planet unglaubliche 300 Erdmassen erreichte. Dies ist der Jupiter, den wir heute kennen und lieben.

Aber warum genau gab es die Phase des verlangsamten Wachstums? Zunächst fanden die Forscher heraus, dass die Periode, in der Jupiter zwischen 15 und 50 Erdmassen hatte, länger dauerte als bisher angenommen. Die Kollisionen mit den größeren Planetesimalen waren intensiv genug, dass die Atmosphäre ausreichend erhitzt wurde, um eine schnelle Abkühlung, Kontraktion und weitere Gasansammlung zu verhindern. Der Wachstumsprozess wurde daher verzögert. Wie im neuen Papier erwähnt:

Kieselsteine ​​sind in den ersten Phasen wichtig, um schnell einen Kern zu bauen, aber die von Planetesimalen gelieferte Wärme ist entscheidend, um die Gasakkretion zu verzögern, damit sie der Zeitskala der Meteoritendaten entspricht.

Wissenschaftler glauben jetzt zu wissen, warum das Wachstum von Jupiter drei verschiedene Stadien durchlief. Dieses Diagramm zeigt die 3 Wachstumsstadien des Jupiter in Millionen von Jahren. Bild überNaturastronomie/Yann Alibert (Universität Bern) et al.


Im Folgenden sind die drei Phasen des Wachstums von Jupiter in Kürze aufgeführt. Beachten Sie, dass sie sich auf das obige Bild beziehen:

Stufe 1: bis 1 Million Jahre: Jupiter wächst durch Anlagerung von Kieselsteinen (blaue Punkte). GroßurtümlichPlanetesimale (große rote Punkte) zeigen hohe Kollisionsgeschwindigkeiten (rote Pfeile), die zu zerstörerischen Kollisionen (gelb) führen und kleine Planetesimale der zweiten Generation (kleine rote Punkte) erzeugen.

Stufe 2: 1-3 Millionen Jahre: Die durch die Anlagerung kleiner Planetesimale entstehende Energie verhindert eine schnelle Gasansammlung und damit ein schnelles Wachstum (graue Pfeile).

Stufe 3: über 3 Millionen Jahre hinaus: Jupiter ist massiv genug, um große Gasmengen anzusammeln.

Das von Alibert und Team beschriebene neue Formationsszenario passt auch gut zu früheren Daten ausMeteoriten. Basierend auf der Analyse der Meteoriten waren Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass dieSonnennebelim urzeitlichen frühen Sonnensystem im Laufe von zwei Millionen Jahren irgendwie in zwei verschiedene Regionen aufgeteilt worden war. Als Jupiter auf 20-50 Erdmassen angewachsen war, wirkte er als Barriere und störte die Staubscheibe (Trümmerscheibe) um die junge Sonne. Dadurch entstand einÜberdichte– eine überdurchschnittliche Dichte – innerhalb der Staubscheibe, die Kieselsteine ​​außerhalb ihrer Umlaufbahn einfängt.

Infolgedessen konnte sich Material von weiter draußen nicht mit anderem Material näher an der Sonne vermischen, zumindest nicht, bis Jupiter genug gewachsen war, um diese Kieselsteine ​​​​mit seiner Schwerkraft nach innen zu streuen.

Atemberaubende Nahaufnahme von Wolkensystemen auf Jupiter aus der Umlaufbahn von Juno Perijove 14 im Juli 2018.Sehen Sie mehr Bilder von Perijove 14. Image via NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran.

Über Jupiter hinaus sagen die Forscher auch, dass ihre neuen Ergebnisse auch dazu verwendet werden können, einige langwierige Rätsel über die Entstehung von Uranus und Neptun sowie einige ähnliche zu lösenExoplaneten. Dies könnte insbesondere für die sogheiße Jupiter, welche sindGasriesenplanetendie Größe von Jupiter oder größer, die viel näher an ihren Sternen kreisen – und andere Gasriesen, die in anderen Sonnensystemen zu finden sind.

Wie sind diese Planeten noch größer geworden als Jupiter und warum kreisen viele von ihnen so viel näher an ihren Sternen (dh den heißen Jupitern)? Vielleicht hilft diese neue Forschung, etwas Licht ins Dunkel zu bringen.

Fazit: Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Jupiter, der größte Planet in unserem Sonnensystem, während seiner Entstehung „Wachstumsschmerzen“ durchmachte, wobei sich sein Wachstum in einer Zeit erheblich verlangsamt hatte. Die an der neuen Studie beteiligten Wissenschaftler glauben nun zu verstehen, warum.

Quelle: Die Entstehung von Jupiter durch hybride Kiesel-Planetesimal-Akkretion

Via Universität Bern