Jupiter: Opfer einer Mega-Kollision?

Kosmische Katastrophe: Der Gasriese Jupiter könnte in seiner Frühzeit eine frontale Kollision mit einem massereichen Protoplaneten durchlebt haben – mit bis heute nachweisbaren Folgen. Denn der Planetenembryo der zehnfachen Erdmasse drang tief ins Innere des Gasplaneten ein und zerstörte dessen Kern. Das könnte erklären, warum der Jupiterkern bis heute weniger dicht und „ausgefranster“ ist als er sein dürfte, wie Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Dramatische Kollisionen waren im frühen Sonnensystem keine Seltenheit – im Gegenteil. Gängiger Theorie nach schuf erst ein Zusammenstoß der Erde mit einem marsgroßen Protoplaneten unseren Mond. Kurz darauf könnte dieser möglicherweise mit einem zweiten Erdtrabanten kollidiert und verschmolzen sein. Und auch für die Planeten Merkur und Uranus vermuten Planetenforscher inzwischen frühe Kollisionen mit Protoplaneten oder Planetenbausteinen.

Rätsel um „zu dünnen“ Kern

Dass auch der Gasriese Jupiter nicht ungeschoren davonkam, legt nun eine Studie von Forschern um Shang-Fei Liu von der Rice University in Houston nahe. Sie haben sich mit einer Frage befasst, die die jüngsten Daten der NASA-Raumsonde Juno aufgeworfen haben. Denn ihre Messungen ergaben, dass der Kern des Jupiter weniger dicht und klar abgegrenzt ist als erwartet. Die in ihm konzentrierten schweren Elemente sind bis weit in die darüberliegende Schicht verteilt.

„Das ist verwunderlich“, sagt Lius Kollege Andrea Isella. Denn ein solcherart „verdünnter“ Kern widerspricht der gängigen Theorie zur Planetenbildung, nach der Gasplanet einen festen, klar abgegrenzten Kern besitzen müsste. „Das deutet darauf hin, dass irgendetwas passiert sein muss, das den Kern aufmischte“, erklärt Isella. Aber was? Das haben die Forscher nun in einem Modell rekonstruiert.

Auswirkungen der Kollision des jungen Jupiter mit einem Protoplaneten der zehnfachen Erdmasse. © Shang-Fei Liu/ Sun Yat-sen University

Frühe Kollision wahrscheinlich

Ihr Verdacht: Vielleicht hat eine Kollision mit einem anderen Himmelskörper den Kern des Jupiter so verändert. Wie aber müsste ein solcher Zusammenstoß ablaufen? Und wie wahrscheinlich wäre dies? Um das zu testen, bildeten Liu und sein Team die kosmische Umgebung des jungen Jupiter in einer Modellsimulation nach. In mehreren zehntausenden Durchgängen prüften sie, wie oft es zu Kollisionen kam und welche Merkmale der Impaktor und der Einschlag aufweisen müssten.

„Wir stellen fest, dass der schnell heranwachsende Jupiter einen starken Einfluss auf benachbarte Planetenembryos hatte“, berichten die Forscher. „In einem großen Anteil der Durchgänge kollidierte in Planetenembryo schon in den ersten Millionen Jahren mit dem Jupiter.“ Wegen der schon im Jugendstadium starken Schwerkraft des jungen Gasplaneten kam es dabei in den häufigsten Fällen zu einem frontalen Zusammenstoß.

Protoplanet mit zehnfacher Erdmasse

Doch um bis zum Jupiterkern vorzudringen, muss der kollidierende Protoplanet die zehnfache Erdmasse besessen haben, wie die Simulationen ergaben. „Ein Impaktor mit nur einer Erdmasse oder weniger würde schon in der Hülle des Gasriesen zerbrechen“, berichten Liu und sein Team. „Wenn der Brocken jedoch nicht direkt in den Kern prallt, wäre die Schockwelle zu schwach, um schwere Elemente aus dem Kern bis in die Hülle des Jupiter zu verteilen.“

Wenn jedoch ein massereicher Protoplanet in den Jupiter hineinraste, wären die Folgen erheblich. „Weil er dicht ist und eine Menge Energie mitbringt, würde der Impaktor wie eine Gewehrkugel durch die Gashülle rasen und frontal auf den Kern prallen“, sagt Isella. Diese Kollision heizt das Zentrum des Gasriesen bis auf rund 30.000 Grad auf und lässt Kern und Impaktor schmelzen. Ein Teil dieses Materials wird dann bis in die Jupiterhülle hinausgeschleudert, der Rest verschmilzt zu einem neuen Kern.

Folgen bis heute

Das Entscheidende dabei: Auch lange nachdem dieser neue Kern des Jupiter erstarrt ist, bleibt ein Teil der ausgeschleuderten schweren Elemente in der Hülle des Planeten verteilt. „Es würde Milliarden Jahre dauern, bis dieses Material wieder vollständig in den Kern zurückgesunken ist“, erklärt Isella.

Nach Ansicht der Forscher könnte dieses Szenario daher gut erklären, warum der Kern des Jupiter bis heute weniger dicht und „ausgefranster“ ist als er sein dürfte – er hat sich bis heute noch nicht vollständig von dieser urzeitlichen Kollision erholt. (Nature, 2019; doi: 10.1038/s41586-019-1470-2)

Quelle: Rice University