Ozeane auf Jupiter? Gasriesen könnten als 'Steam Worlds' beginnen

Juno-Ansicht des Jupiter

Diese Ansicht von Jupiters Südpol wurde mit Daten der NASA-Raumsonde Juno erstellt, die seit Juli 2016 den Riesenplaneten umkreist. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gabriel Fiset)



Jupiter war vielleicht nicht immer eine große Kugel aus Wasserstoff und Helium.



Eine neue Studie legt nahe, dass sie in ihrer Jugend Jupiter und andere Gasriesenplaneten könnten „Dampfwelten“ gewesen sein – warme Ozeanplaneten, die etwas größer als die Erde sind, mit Wasserdampfatmosphären.

John Chambers, ein Forscher an der Carnegie Institution for Science in Washington, D.C., schlägt vor, dass einige Protoplaneten von ihren bescheidenen Anfängen als Ansammlungen von Fels- und Eiskieseln zu Dampfwelten heranwachsen könnten. [ Galerie: Die seltsamsten außerirdischen Planeten ]



Wenn die anwachsenden Körper zusammenkommen und die Protoplanet wächst, zunehmender Druck verflüssigt das Eis und es bilden sich Ozeane. Ohne Luft sublimieren Wasser und andere Flüssigkeiten und erzeugen eine von Wasserdampf dominierte Atmosphäre, so die Idee. Selbst ein relativ kleiner Protoplanet mit einer Erdmasse zwischen 0,08 und 0,16 kann ziemlich warm sein – von 0 bis 347 Grad Celsius, sagte Chambers.

'Ich habe in diesem Fall die Struktur der Atmosphären berechnet und herausgefunden, wann die Bedingungen für einen schnellen Gaseinstrom zur Bildung eines riesigen Planeten richtig sind', sagte Chambers gegenüber demokratija.eu. 'Die Antwort ist, dies passiert, wenn ein Planet nur wenige Erdmassen hat, was etwas niedriger ist als der konventionelle Wert von 10 Erdmassen.'

In seinem Modell begann Chambers mit einem Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern etwa dreimal weiter umkreist als die Erdkreise Die Sonne . Die Zusammensetzung des ursprünglichen Protoplaneten besteht zur Hälfte aus Eis und zur Hälfte aus Gestein. Die Kieselsteine ​​verdichten sich zu einem kleinen Protoplaneten, dessen Atmosphäre sehr dünn ist und aus sublimierendem Eis besteht. Sobald der Protoplanet 0,084 Erdmassen erreicht, herrscht genügend atmosphärischer Druck, damit das Eis schmelzen kann, und das Objekt wird zu einer kleinen Ozeanwelt. Wenn sich mehr Eis und Gestein ansammeln, wird der Protoplanet größer und beginnt, Wasserstoff und Helium anzusammeln.



Da die Atmosphäre viel Wasser enthält, wird der Planet wärmer. (Wasser ist ein mächtiges Treibhausgas .) Mit zunehmender Masse des Protoplaneten steigt auch der Atmosphärendruck weiter an, wodurch die Atmosphäre mehr Wasserdampf aufnehmen kann. Schließlich wird der Druck so hoch, dass das Wasser kein Ozean aus Flüssigkeit mehr ist, sondern ein mit Wasserstoff und Helium vermischtes „überkritisches Fluid“ ohne klare Grenze zwischen der Atmosphäre und der Oberfläche.

Sobald etwa zwei bis fünf Erdmassen aus Gestein und Eis zusammenkommen, beginnt ein außer Kontrolle geratener Prozess, und der Protoplanet nimmt schnell mehr Gas von der Scheibe um seinen Wirtsstern auf. Das lässt einen Gasriesen wachsen, so die neue Studie.

Die meisten Modelle der Planetenentstehung gehen davon aus, dass Planetesimale – die Teile, die sich zu Planeten bilden – ungefähr kilometergroße Körper sind. Die Kieselstein-Akkretion hingegen geht davon aus, dass die anwachsenden Objekte, wie der Name schon sagt, die Größe von Kieselsteinen haben.



Michiel Lambrechts, ein Forscher an der Universität Lund in Schweden, der nicht an der Studie von Chambers beteiligt war, sagte, das Schema sei logisch.

'Es dreht sich alles um Physik, die sehr plausibel ist', sagte Lambrechts.

Ob dieses Szenario auf Jupiter zutrifft, ist nicht bekannt, obwohl es einige Daten der NASA-Mission Juno im Jupiter gibt, die einen Kern zu zeigen scheinen, der diffuser ist, als die Wissenschaftler ursprünglich dachten. Eine Schlussfolgerung ist, dass man erwarten würde, dass der Kern des Jupiter nur wenige Erdmassen beherbergt, wenn Chambers und andere in Bezug auf das Kieselstein-Akkretionsmodell Recht haben, sagte Lambrechts.

Planetenwissenschaftler glauben im Allgemeinen, dass Gasriesen in nur wenigen Millionen Jahren den größten Teil ihrer Masse aufnehmen müssen, weil der Sonnenwind eines neugeborenen Sterns den größten Teil des Gases in seiner protoplanetaren Scheibe schnell wegbläst.

Diese schnelle Zeitachse kann bei einigen Planetenentstehungsmodellen zu Problemen führen. Aber es passt gut zu der Idee der Kieselstein-Akkretion, sagte Chambers.

„Ab einem bestimmten Punkt geht es darum, wie man ein schnelles Anwachsen vermeidet“, sagte er.

Chambers sagte, der nächste Schritt sei, sich mehr anzusehen Exoplanet Daten.

'Ich arbeite immer noch durch die Auswirkungen, aber der nächste Schritt besteht darin, dieses Ergebnis in allgemeinere Modelle für die Planetenentstehung einfließen zu lassen', sagte er. 'Die Idee ist, die Ergebnisse dieser Modelle mit der beobachteten Population extrasolarer Planeten zu vergleichen, um andere unbekannte Faktoren bei der Planetenentstehung zu ermitteln.'

Die Studie wurde im The Astrophysical Journal zur Veröffentlichung angenommen. Sie können eine Kopie davon kostenlos auf dem Online-Preprint-Server lesen arXiv.org .

Anmerkung des Herausgebers:Diese Geschichte wurde am 5. November aktualisiert, um den Namen der Carnegie Institution for Science zu korrigieren.

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