Frage von Xuleb, 40

Ist dieser Gasplanetenmond mit dem weiter unten beschriebenen inneren Aufbau prinzipiell möglich?

Hallo allerseits! Ich habe mir ein (Fantasie-)Modell für einen Gasplanetenmond überlegt, und zwar, dass er zwar eine Hülle aus Gestein hat (und somit eine felsige Oberfläche), aber der Kern aus Hochdruckmodifikationen von Wassereis besteht (für Schema, siehe Bild). Meine Frage ist nun, ist so etwas prinzipiell möglich, oder würde es sich über astronomisch kurze Zeit mischen und das Gestein in die Tiefe sinken? Außerdem sei der Mond zuerst als eisiger Körper entstanden und (vollständig) erstarrt, ehe dann das Mantelgestein langsam herabregnete und eine Schicht bildete - also das Material soll sich nicht während der Entstehungszeit mit dem noch warmen Eismatsch mischen können.

Antwort
von pflanzengott, 7

Hallo Xuleb,

in unserem Sonnensystem kennen wir neben den 8 großen Planeten, eine Vielzahl an Monden, die um einen entsprechenden Hauptkörper kreisen. Die vier inneren Gesteinsplaneten besitzen zusammengenommen nur drei solcher Monde (Phobos, Deimos und den Erdmond). Allerdings wird diese verhältnismäßig geringe Anzahl durch einen enormen "Überschuss" an Kleinkörpern um die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun kompensiert.

Dass es so gekommen ist, und die vier inneren Gesteinsplaneten kaum Monde halten konnten, ist zum Großteil durch die damalige Massenverteilung in der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe bedingt. Ungeachtet dessen, besitzen die Gasplaneten anlässlich ihrer großen Masse ein starkes Gravitationsfeld, dass es Trümmern aus der Entstehungszeit leichter machte, in eine Umlaufbahn mit ihrem Zentralobjekt zu kommen. 

Das Gravitationsfeld spielt auch wieder eine wichtige Rolle, wenn es um die Beantwortung deiner Frage geht. Grundsätzlich entscheidend, für den inneren Aufbau eines Himmelskörpers und seine allgemeine Beschaffenheit, ist das auf seiner Oberfläche wirkende Gravitationsfeld, dass eine Funktion von Masse und Radius ist. Diese beiden Größen, entscheiden im Wesentlichen darüber, ob dein Gedankenexperiment mit deinem hypothetischen Mond zumindest auch theoretisch irgendwo im Kosmos hätte umgesetzt werden können.

Es scheint nicht ungewöhnlich zu sein, dass sich unter einer festen Mondkruste in vielen Fällen Material vergleichsweise hoher Viskosität befindet. In einigen Fällen läuft es vielleicht auch auf Wasser hinaus. Die Monde Europa und Enceladus sind exemplarisch dafür. Hier scheint es zumindest der Fall zu sein, dass sich unter einer festen Kruste ein flüssiger Ozean aus Wasser befindet.

Allerdings (!), ist für das Zustandekommen und vor allem die Aufrechterhaltung eines solchen Ozeans Energie notwendig, die dem Mond in irgendeiner Art zugeführt werden muss. Bei Europa und Enceladus, sind es vornehmlich die starken Gezeitenkräfte zwischen dem Gasplanet und seinem entsprechenden Mond. Gezeitenkräfte, können also eine Aufheizung des Mondesinneren bewirken, vielleicht auch einen Ozean erschaffen. Dafür, muss sich der Mond aber in einer perfekt ausbalancierten Distanz zu seinem Heimatplaneten befinden, da die Gezeitenkräfte proportional zur Gravitationskraft wirken und diese wiederum vom Abstand abhängig ist. Zu weit weg, sind die Kräfte zu schwach. Zu nahe dran, sind sie zu stark, was in Extremfällen zum Zerreissen des Himmelskörpers führen kann (vgl. Roche-Grenze).

Eine ,,Hochdruckmodifikation" von Wassereis, benötigt darüber hinaus noch etwas anderes: Druck. Und der ist ebenfalls eine massenabhängige Zustandsgröße. Hochdruckmodifikationen verschiedener Materie in Monden zu finden, ist nach dem heutigen Wissensstand sehr unwahrscheinlich. Dafür ist deren Masse schlichtweg nicht groß genug. Zudem wurde bereits gesagt, dass ein Herabfallen des Mantelgesteins, gleichbedeutend ist mit der Umwandlung kinetischer Energie in Wärme! Ungeachtet des radioaktiven Zerfalls, der auch zur Aufheizung des Mondesinneren führen kann, trägt dieser anfängliche Prozess in deinem Experiment ebenfalls einen wesentlichen Teil des inneren Wärmehaushalts des Mondes bei.

Für eine wirklich detaillierte und wissenschaftlich seriöse Antwort fehlen also noch ein paar Angaben zum Mond. Was ist mit Masse, Radius, wie dick ist die Gesteinschicht im Verhältnis zu der (nicht möglichen) Hochdruckmodifikation aus Wassereis, wie weit ist der Mond von seinem Zentralgestirn entfernt (Gezeitenkräfte) und aus welchen chemischen Elementen besteht die Gesteinsschicht des Mondes (radioaktiver Zerfall). Bei einer kleinen Modifizierung deines Modells, erscheint es unter bestimmten Bedingungen und Gesichtspunkten zumindest als theoretisch möglich.

Lg Nikolai

Antwort
von Roderic, 31

Nein - das ist unmöglich.

Das Gestein wird in jedem Fall in astronomisch kurzer Zeit herabsinken und einen Gesteinskern bilden.

In diesen großen Dimensionen und bei den herrschenden Drücken verhält sich jedes noch so feste Material über einen längeren Zeitraum wie eine  - wenn auch sehr zähe - Flüssigkeit.

Kommentar von Roderic ,

Das ist übrigens auch der Grund, warum man Wolkenkratzer nicht beliebig hoch bauen kann.

Aber einer bestimmten Höhe wird der Druck auf das Fundament so hoch, daß das Gestein darunter - und sei es noch so fest - beginnt, wie eine zähe Flüssigkeit wegzufließen.

Antwort
von lks72, 40

Ich bin kein Experte für Astrophysik, aber das "herabregnen" von Steinen auf einen Mond ohne Atmosphäre führt wegen der extremen Dissipation der kinetischen Energie der Gesteinsbrocken mit Sicherheit zu einer sehr großen Aufheizung des Mondes, und damit zum Verflüssigen. Dabei werden dann natürlich die schwereren Elemente nach unten sinken, eben wie bei der Erde.

Kommentar von Roderic ,

und nicht nur das:

Das, was da von oben auf die Oberfläche plauzt, ist dort ja noch nicht fertig mit dem "Fall" nach unten.

Selbst beim langsamen Herabsinken der dichteren Massen in Richtung des Kernes wird potentielle Energie letztendlich in Wärme umgewandelt. Das mag auf den ersten Blick vielleicht nach Peanuts aussehen, führt aber auf die lange Strecke bis zum Schwerkraftzentrum hochgerechnet zu beträchtlichen Energiemengen.

Antwort
von Daguett, 33

Sehr sehr unwahrscheinlich, das es so etwas gibt. Unterkühltes Wasser/ Eis ist bei sehr hohen Druck sogar bei - 150°C flüssig, durch den Druck müsste der Kern quasi aus flüssigen Wasser bestehen, und nicht aus Eis.

Antwort
von weckmannu, 19

Modelle sind nur möglich, wenn alle zuständigen physikalischen Gesetze eingehalten werden. Dein Modell ist instabil, weil die Schichtung entgegengesetzt zur Schwerkraft ist. Die gedachte Entstehung ist nicht plausibel, weil solche Voraussetzungen im realen Weltall nicht oder äußerst selten vorkommen.

Kommentar von MonkeyKing ,

Da lehnst du dich aber ein bisschen weit aus dem Fenster, oder bist du schon überall im Weltraum gewesen? ;)

Kommentar von weckmannu ,

Es reicht, daß man den Weltraum mit Teleskopen und Sonden schon seit 100 Jahren erforscht und registriert hat, was ist häufig und was ist sehr selten. Das ergibt sich auch aus den physikalischen Gesetzen. Das setzt realistischen Modellen Grenzen und man braucht auch nicht dort gewesen zu sein. Ich war auch noch nicht in einem Vulkan und weiß trotzdem, daß dort Eis sehr unwahrscheinlich ist.

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