Der Planet Saturn strahlt etwa doppelt soviel Energie ab wie er von der Sonne erhält. Bisher war es nicht gelungen, diese interne Energiequelle zweifelsfrei zu identifizieren. Jetzt aber haben Physiker dieses scheinbare Paradox gelöst. Den Schlüssel bildet eine Entmischung von Wasserstoff und Helium im Inneren des Ringplaneten, wie sie in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten.
Wasserstoff und Helium, die beiden Hauptbestandteile der Planeten Jupiter und Saturn sind unter gewöhnlichen Bedingungen gut mischbar. Die Physiker Winfried Lorenzen, Bastian Holst und Ronald Redmer von der Universität Rostock fanden nun jedoch heraus, dass sie diese Eigenschaft unter extremen Bedingungen – bei einem Druck von mehr als einer Million Atmosphären und entsprechend hoher Temperatur – verlieren. Im Riesenplanet Jupiter treffen solche Bedingungen – wenn überhaupt – nur in einer kleinen Schicht zu. Anders jedoch im Saturn: Hier können sich beide Elemente ab einer gewissen Tiefe bis in den Kern entmischen.
Was aber hat dies mit der rätselhaften Energieabgabe zu tun? Ganz einfach: In diesem Prozess sinken Helium- Tröpfchen langsam in tiefere Schichten ab und geben dabei Gravitationsenergie frei. „Dieser bisher nur vermutete Prozess löst damit das Rätsel um die verborgene Energiequelle im Saturn“, erklärt Ronald Redmer, Professor für Theoretische Physik an der Universität Rostock.
Leitfähigkeitsunterschiede als Auslöser für Entmischung
Sein Kollege Lorenzen hatte sich bereits in seiner Diplomarbeit mit der Entmischung von Wasserstoff und Helium beschäftigt. Dazu führte er aufwendige Molekulardynamik- Simulationen durch. „Nur durch den massiven Einsatz von Parallelrechnern waren diese Ergebnisse möglich“, so Lorenzen. In Zusammenarbeit mit einem weiteren Doktoranden gelang auch die Aufklärung der physikalischen Ursache für die Entmischung von Wasserstoff und Helium. Sie konnten zeigen, dass Wasserstoff unter diesen extremen Bedingungen leitfähig wird wie ein Metall, während Helium nichtleitend bleibt.
„Dieses Ergebnis wird unser Verständnis des inneren Aufbaus von Saturn und ähnlicher extrasolarer Planeten enorm beeinflussen“, sagte Na-dine Nettelmann, die derzeit mit einer Arbeit über große Planeten an der Rostocker Alma Mater promoviert. Eine zentrale Frage ist in diesem Zusammenhang, ob die großen
Planeten eine Schichtstruktur haben und in welcher Tiefe die Grenzen zwischen den Schichten liegen. Die nun veröffentlichten Ergebnisse erlauben dazu erstmals genaue Angaben.
(Universität Rostock, 06.05.2009 – NPO)
