Читать книгу Das geschenkte Universum - Arnold Benz - Страница 16

Exoplaneten – so werden Planeten genannt, die um fremde Sterne kreisen – sind ein weiteres Beispiel, wie eine Entdeckung zu neuen Fragen führt. Es könnte den Naturwissenschaftlern wie Herkules mit der Hydra ergehen, der für jeden abgeschlagenen Kopf zwei neue Köpfe nachwuchsen. Die Planetenentstehung ist zwar kaum unendlich komplex im mathematischen Sinne. Eine vollständige Theorie scheint jedoch in weiter Ferne zu liegen. Einige Teilprozesse der Stern- und Planetenentstehung werden gut verstanden und bestätigen sich in neuen Messungen immer klarer, andere tun es nicht.

Bevor 1995 erstmals Exoplaneten entdeckt wurden,12 konnte niemand voraussagen, dass damit alle früheren Modelle der Planetenentstehung hinfällig würden. Die neu entdeckten Planeten, inzwischen sind es Hunderte und wöchentlich kommen neue hinzu, sind riesige Gaskugeln von der Art des Jupiters, hundert bis tausendmal massiver als die Erde. Sie kreisen jedoch, anders als Jupiter, sehr nahe um den Zentralstern, wo nach den früheren Modellen für das Planetensystem der Sonne kein Großplanet entstehen kann, nur allenfalls ein Zwerg wie Merkur von der Größe unseres Mondes. Sind diese Riesen dort entstanden oder gelangten sie im Laufe einer Entwicklung an ihren jetzigen Ort? Leider kann die gängige Beobachtungsmethode nur genau diese Art von sternnahen Riesen entdecken. Sowohl Planeten mit der Masse der Erde wie auch Planeten mit größerem Abstand wie Jupiter liegen an der Grenze des Beobachtbaren und sind praktisch noch unerforscht.

Die Jupiter-ähnlichen Exoplaneten haben eine erstaunliche Regel zu Tage gebracht: Die Mehrheit kreist um Sterne mit erhöhtem Anteil an schweren Elementen, wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen. Auch die Sonne liegt in dieser Hinsicht weit über dem Durchschnitt der Nachbarsterne. Offenbar sind diese Elemente notwendig, damit Planeten entstehen können. Für erdähnliche Planeten wäre dies nicht bemerkenswert, besteht doch die Erde vor allem aus schweren Elementen. Nun ist aber bei Jupiter und seinen Verwandten der Wasserstoff das Hauptelement. Die beobachtete Regel legt nahe, dass zuerst ein Planetenkern aus schweren Elementen entsteht, um den sich dann bei großen Planeten später eine Wasserstoffhülle ansammelt.

Abbildung 5: Die erst wenige Millionen Jahre alten Sterne HD 141569 (oben) und HD 4796A (unten) sind von Staubringen umgeben. Für diese Bilder wurde das Licht der Sterne großräumig mit einer runden Platte abgeschirmt, die als weißer Kreis eingezeichnet ist. Die Staubringe haben den fünffachen bzw. zweifachen Radius der Neptunbahn. HD 141569 hat sogar einen zweiten Ring in doppeltem Abstand. Es wird vermutet, dass die Ringe Überbleibsel einer Akkretionsscheibe sind, die von einem Planeten ausgehöhlt wurde. Die Staubkörner sind wahrscheinlich von einem dicken Wassereismantel umgeben (Foto: A. Weinberger [UCLA], B. Smith [UH] u. a., NASA, ESA).

Akkretionsscheiben bestehen genau aus dem Material, das zur Bildung von Planeten nötig ist: Gas, Moleküle und Staub. Wie daraus Planeten werden, ist jedoch nicht bekannt. Gewiss könnten sie wie Sterne durch die Eigengravitation von Dichteschwankungen entstehen, welche weitere Materie anziehen. Dieser Vorgang würde aber mehr Zeit brauchen, als zur Verfügung steht. Vermutlich sind Vorgänge am Werk, die sich selber verstärken, sogenannte Instabilitäten. Auch hier spielt vielleicht das Magnetfeld mit. Den Anfang machen vermutlich Staubteilchen, die aneinanderkleben.

Ein Protostern, der sich gleichzeitig mit den Planeten entwickelt, macht sich auf verschiedene Weise bemerkbar. Seine Strahlung erwärmt die Akkretionsscheibe, später kommt ein Sternwind auf und Ultraviolett-Strahlung setzt ein. Beide tragen die Randregionen der Scheibe ab, bis schließlich auch das restliche Gas entweicht. Der Staub verdichtet sich in der Scheibenebene und wird, falls er nicht von einem Planeten aufgenommen wird, schließlich wie ein Kometenschweif ins All hinaus mitgerissen. Akkretionsscheiben sind vorübergehende Erscheinungen. Planeten haben nur wenige Millionen Jahre Zeit, um in ihnen zu entstehen.

Es besteht kein Zweifel, dass die Astronomie in den vergangenen zwanzig Jahren sehr viel über Planeten gelernt hat. Im Gegensatz zur geografischen Landkarte der Erdoberfläche, wo die weißen Flecken seit dem 17. Jahrhundert fast verschwunden sind, scheint es für die Landkarte der Astronomie keinen festen Rahmen zu geben. Die farbigen Gebiete des Wissens sind zwar größer geworden, die Karte, und mit ihr die weißen Flecken, ist aber noch mehr gewachsen. Für die Planetenentstehung, wie auch für andere Entstehungsprozesse von Galaxien bis Lebewesen, hat die Karte nicht weiße Flecken, sondern ist vorwiegend weiß mit einigen eingestreuten Wissensflecken.