Vor fast fünf Milliarden Jahren entstanden die beiden Planeten Jupiter und Saturn. Obwohl beide zu den Gasriesen gehören, könnten sie sich jedoch auf ganz unterschiedliche Weise gebildet haben. Darauf deutet ein neues Computermodell hin, das ein Wissenschaftler des amerikanischen Los Alamos National Laboratory durchgeführt hat. Die im Astrophysical Journal veröffentlichte Studie zeigt, dass Elemente wie Eisen, Silizium, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff zwar beim Saturn im Kern konzentriert sind, sich bei Jupiter aber über das gesamte Innere verteilen.
Gemeinsam mit seinem Kollegen T. Guillot vom Observatorium der Cote d’Azur sammelte Didier Saumon Daten von mehreren kürzlich durchgeführten Kompressionsexperimenten, die zeigen, wie sich Wasserstoff verhält, wenn er zu Drücken eine Millionen mal höher als dem in unserer Atmosphäre komprimiert wird. Diese Verhältnisse entsprechen denen, wie sie auch im Inneren der beiden Gasriesen herrschen und erlauben akkurate Messungen über die Ionisation des Wasserstoffs zu Deuterium, einem Wasserstoffatom mit einem zusätzlichen Neutron.
Auf diesen Daten aufbauend entwickelte Saumon mehr als 50.000 unterschiedliche Modelle der inneren Struktur der beiden Gasplaneten. „Einige Daten von früheren Raumsonden geben uns indirekte Hinweise darauf, was im Inneren von Saturn und Jupiter geschieht. Jetzt hoffen wir mehr Informationen von der Cassini-Sonde, die gerade den Saturnorbit erreicht hat“, erklärt Saumon. „Wir haben nur die Computermodelle in die engere Wahl genommen, die mit den bisherigen Planetenbeobachtungen übereinstimmen.“
Jupiter, Saturn und die anderen Gasriesen bestehen, ähnlich wie die Sonne, nicht aus Gestein, sondern komplett aus gasförmiger Materie. Beide Planeten enthalten rund 70 Prozent Wasserstoff, den Rest machen Helium und kleinere Anteile von schwereren Elementen aus. Da bislang die Zustandsgleichung für Wasserstoff unter hohen Drucken nicht ausreichend erforscht war, konnte die innere Struktur beider Planeten nicht eindeutig ermittelt werden.
Saumon und Guillot konzentrierten sich in ihren Modellen auf die bekannten Aspekte des Wasserstoffverhaltens und schätzten die Gesamtmenge der schweren Elemente und ihre Verteilung im Inneren von Saturn und Jupiter. „Es bestand generell Einigkeit darüber, dass die Kernen von Saturn und Jupiter unterschiedlich aufgebaut sind“, erklärt Saumon. „Neu ist jedoch die Tiefe dieser Modelle. Wir konnten viele der bisherigen Unsicherheiten beseitigen.“ Die Ergebnisse der Modelle sollen nun dazu beitragen, die Messungen der Cassini-Sonde gezielt zu steuern.
(Los Alamos National Laboratory, 15.07.2004 – NPO)
