Jupiters Kern ist größer als bisher gedacht
Jupiter hat einen Gesteinskern der mehr als doppelt so groß ist als bisher angenommen wurde. Dies haben Computer-Berechnungen an der Universität von Kalifornien/Berkeley ergeben.
Geophysiker simulierten die Bedingungen im Inneren des Planeten auf der Skala der individuellen Wasserstoff- und Heliumatome. In dieser Simulation wurden die prognostizierten Eigenschaften eines Wasserstoff-Helium-Gemisches simuliert, wie es sich in Jupiters Innerem unter extremen Drücken und Temperaturen verhält. Dies kann bis jetzt noch nicht in Laborexperimenten untersucht werden.
Diese Technik wurde ursprünglich von Burkhard Militzer (UC/Berkeley), einem Spezialisten für Erd- und Planetenforschung, zum Studium von Halbleitern entwickelt. Er berechnete die Eigenschaften von Wasserstoff und Helium bei verschiedenen Temperaturen, Dichten und Drücken von der Oberfläche bis hin zum Planeten-Zentrum. Der Planetologe William B. Hubbard von der Universität in Arizona/Tucson, verwendete die theoretischen Datun zum Bau eines neuen Modells von Jupiters Innerem.
Beim Vergleich dieses Modells mit der bekannten Masse, dem Radius, der Oberflächentemperatur, sowie Gravitation und äquatorialen Ausbuchtung des Planeten kommen die Forscher zum Ergebnis, dass Jupiters Kern die 14 bis 18-fache Masse der Erde hat oder etwa ein zwanzigstel von Jupiters Gesamtmasse. In früheren Modellen wurde ein wesentlich kleinerer Kern von etwa 7 Erdmassen vorausgesagt; oder überhaupt kein Kern. Aufgrund der Simulation kommen die Forscher zu dem Schluss, dass der Kern aus Schichten von Metallen, Gestein, Methaneis, Ammoniakeis und Wassereis besteht, während es in der oberen Atmosphäre hauptsächlich Wasserstoff und Helium gibt. Das Zentrum des steinigen Kerns besteht vermutlich aus einem metallischen Klumpen aus Eisen und Nickel, so wie der Kern der Erde.
Im Grunde ähnelt das Innere Jupiters dem von Saturn mit einem Neptun oder Uranus im Zentrum. Neptun und Uranus wurden als „Eis-Giganten“ bezeichnet, weil sie einen Gesteinskern umgeben von gefrorenem Wasserstoff und Helium besitzen ohne die Gashülle, welche Jupiter und Saturn umgibt.
Diese neue Berechnung von Burkhard räumt eine Menge von alten Unsicherheiten aus, welche beim am meisten forcierten 19 Jahre alten Modell bestanden haben. Das neue thermodynamische Modell liefert eine genauere physikalische Beschreibung von dem, was innerhalb Jupiters passiert.
Der große Gesteinskern bedeutet, dass sowohl Jupiter als auch die anderen Gasplaneten vor 4,5 Mrd. Jahren durch die Kollision von kleinen Planetesimalen entstanden sind. Mit zunehmernder Größe des Kerns wuchs auch die Anziehungskraft bis sie so groß wurde, dass Wasserstoff und Helium eingefangen werden konnten und den Planeten einhüllten. Mit einem kleineren Gesteinskern wäre dies schwieriger gewesen.
Aufhand der Simulation wird auch prognosziert, dass das Innere Jupiters in unterschiedlichem Tempo rotiert. Eine Serie konzentrisch rotierender Zylinder umgibt des Planeten Rotationsachse. Die äußeren Zylinder - in den äquatorialen Zonen - rotieren schneller als die inneren. Dies ist mit der Rotation der Sonne identisch.
Militzer modellierte Jupiters Inneres als eine Ansammluung von 110 Wasserstoff- und 9 Helium-Atomen in einem kleinen Würfel, der den Planeten darstellen soll mit einer vereinfachten Annäherung an die "Dichte-Funktional-Theorie". Das Verhältnis von Wasserstoff- zu Heliumatomen gleicht dem Verhältnis an der Oberfläche des Planeten Jupiter. Jede Simulation dauerte auf einem parallel geschalteten Computer-Cluster ein bis sieben Tage.
Auf der Grundlage dieser Simulation, die den hohen Druck und die hohe Temperatur tief im Inneren des Planeten berücksichtigt, ändert sich der Zustand von Wasserstoff von molekularer Struktur in einen metallischen Zustand, der eine gute Leitfähigkeit besitzt und daher Jupiters Magnetfeld verstärkt. Dieser Übergang geschieht allmählich und nicht abrupt, wie dies in früheren Modellen vorhergesagt wurde.
Das neue Jupitermodell prognostiziert, dass das meiste Eis in der äußeren Schicht des Kerns konzentriert ist, während sich nur eine kleine Menge Eis in dem Gemisch aus Wasserstoff und Helium befindet, dass den Planeten umgibt und etwa 95 % der Jupitermasse ausmacht. Die "planetaren Eise" in der Hülle des Planeten belaufen sich auf nur 1 Prozent der Masse Jupiters oder rund 4 Erdmassen. Jupiter formte sich jenseits der Eislinie und so bestand sein Akkretion-Material aus Eis und Gesteinen was zur Folge hatte, dass Eis ein Teil des Kerns ist und in der Hülle kaum vorhanden.
Militzer plant, dieses neue Modell auch zur Simulation anderer Planeten-Aufbauten zu verwenden. Zukünftige Ergebnisse von NASA`s Juno-Mission, welche 2011 startet und 2016 in eine Umlaufbahn um Jupiter einschwenkt um das Magnetfeld und die Gravitation des Riesenplaneten zu erforschen, wird ein Test sein für die von Militzer getroffenen Vorhersagen.
28. November 2008/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
