Jupiter war ein Frühblüher. Ein genauer Blick auf das Alter von Gesteins- und Metallfragmenten seit der Geburt des Sonnensystems legt nahe, dass sich der Riesenplanet früh gebildet hat. Wahrscheinlich in den ersten Millionen Jahren des Sonnensystems. Wenn ja, könnte Jupiters Anwesenheit erklären, warum die inneren Planeten so klein sind. Es könnte sogar für die Existenz der Erde verantwortlich sein, schlägt eine neue Studie vor.
Bisher schätzten Astronomen das Alter von Jupiter mit Computermodellen. Diese Simulationen zeigen, wie sich Sonnensysteme im Allgemeinen bilden. Gasriesen wie Jupiter wachsen, indem sie immer mehr Gas anhäufen. Dieses Gas stammt von sich drehenden Scheiben aus Gas und Staub um einen jungen Stern. Die Scheiben halten normalerweise nicht länger als 10 Millionen Jahre. So folgerten Astronomen, dass Jupiter zu der Zeit entstand, als die Sonnenscheibe verschwand. Es musste mindestens 10 Millionen Jahre nach Beginn der Entstehung des Sonnensystems geboren worden sein.
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“ Jetzt können wir anhand aktueller Daten aus dem Sonnensystem zeigen, dass Jupiter noch früher entstanden ist „, sagt Thomas Kruijer. Er ist Geochemiker. Er untersucht die chemische Zusammensetzung von Gesteinen. Kruijer forschte an der Universität Münster in Deutschland. Derzeit arbeitet er am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien. Um Jupiter, eines der größten Objekte im Sonnensystem, zu untersuchen, wandten er und seine Kollegen sich einigen der kleinsten zu: Meteoriten.
Meteoriten sind Materialklumpen aus dem All, die auf der Erde landen. Die meisten Meteoriten stammen aus dem Asteroidengürtel. Dies ist ein Gesteinsring, der sich derzeit zwischen Mars und Jupiter befindet. Aber diese Klumpen aus Rock und Metal wurden wahrscheinlich woanders geboren.
Glücklicherweise tragen Meteoriten eine Signatur ihrer Geburtsorte. Die Gas- und Staubscheibe, aus der sich die Planeten bildeten, enthielt verschiedene Nachbarschaften. Jeder hatte das Äquivalent seiner eigenen „Postleitzahl.“ Jeder ist in bestimmten Isotopen angereichert. Isotope sind Atome desselben Elements mit unterschiedlichen Massen. Sorgfältige Messungen der Isotope eines Meteoriten können auf seinen Geburtsort hinweisen.
Kruijer und Kollegen wählten 19 Proben seltener Eisenmeteoriten aus. Die Proben stammten aus dem Natural History Museum in London, England, und dem Field Museum in Chicago, Illinois. Diese Gesteine stellen die Metallkerne der ersten asteroidenähnlichen Körper dar, die während der Bildung des Sonnensystems erstarrten.
Das Team gab ein Gramm jeder Probe in eine Lösung aus Salpetersäure und Salzsäure. Dann ließen die Forscher es auflösen. „Es riecht schrecklich“, sagt Kruijer.
Anschließend trennten sie das Element Wolfram ab. Es ist ein guter Indikator für das Alter und den Geburtsort eines Meteoriten. Sie nahmen auch das Element Molybdän heraus. Es ist ein weiterer Indikator für die Heimat eines Meteoriten.
Das Team untersuchte die relativen Mengen bestimmter Isotope der Elemente: Molybdän-94, Molybdän-95, Wolfram-182 und Wolfram-183. Aus den Daten identifizierte das Team zwei verschiedene Gruppen von Meteoriten. Eine Gruppe bildete sich näher an der Sonne als Jupiter heute. Der andere bildete sich weiter von der Sonne entfernt.
Die Wolframisotope zeigten auch, dass beide Gruppen gleichzeitig existierten. Die Gruppen existierten zwischen etwa 1 Million und 4 Millionen Jahren nach dem Beginn des Sonnensystems. Das Sonnensystem wurde vor etwa 4,57 Milliarden Jahren geboren. Das bedeutet, dass etwas die beiden Gruppen getrennt gehalten haben muss.
Der wahrscheinlichste Kandidat ist Jupiter, sagt Kruijer. Sein Team berechnete, dass Jupiters Kern in den ersten Millionen Jahren des Sonnensystems wahrscheinlich auf das 20-fache der Masse der Erde angewachsen war. Das würde Jupiter zum ältesten Planeten im Sonnensystem machen. Seine frühe Existenz hätte eine Gravitationsbarriere geschaffen: Diese Barriere hätte die beiden Felsviertel getrennt gehalten. Jupiter wäre dann in den nächsten Milliarden Jahren langsamer gewachsen. Der Planet erreichte die 317-fache Masse der Erde.
Das Team berichtet über Jupiters neues Zeitalter in den Proceedings der National Academy of Sciences. Das Papier wurde in der Woche vom 12.Juni veröffentlicht.
„Ich bin sehr zuversichtlich, dass ihre Daten ausgezeichnet sind“, sagt Meenakshi Wadhwa. Sie arbeitet an der Arizona State University in Tempe. Sie ist Kosmochemikerin. Das heißt, sie studiert die Chemie der Materie im Universum. Der Vorschlag, dass Jupiter die verschiedenen Gruppen von Weltraumfelsen auseinanderhält, ist „etwas spekulativer, aber ich kaufe es“, fügt sie hinzu.
Jupiters frühe Geburt könnte auch erklären, warum dem inneren Sonnensystem Planeten fehlen, die größer als die Erde sind. Viele Planetensysteme weit jenseits der Sonne haben große, nahe gelegene Planeten. Dies können felsige Planeten sein, die etwas größer als die Erde sind, bekannt als Supererden. Sie sind etwa zwei bis 10 mal die Masse der Erde. Oder es kann gasförmige Mini-Neptune oder heiße Jupiter geben.
Astronomen rätseln, warum unser Sonnensystem so anders aussieht. Wenn sich Jupiter früh gebildet hätte, hätte seine Schwerkraft den größten Teil der planetenbildenden Scheibe von der Sonne fernhalten können. Das bedeutet, dass es weniger Rohstoff für die inneren Planeten gab. Dieses Bild steht im Einklang mit anderen Arbeiten. Diese Forschung legt nahe, dass ein junger Jupiter durch das innere Sonnensystem wanderte und es sauber fegte, sagt Kruijer.
„Ohne Jupiter hätten wir Neptun haben können, wo die Erde ist“, sagt Kruijer. „Und wenn das der Fall wäre, gäbe es wahrscheinlich keine Erde.“