Warum sind hinter dem Asteroidengürtel nur Gasplaneten?
Vor dem Asteroidengürtel sind nur Gesteinsplaneten, dahinter nur Gasplaneten. (abgesehen von "steinernen" Monden derselben). Warum eigentlich?
8 Antworten
In der Akkretionsscheibe (die wegen der Erhaltung des Drehimpulses bei praktisch allen Sternen bei ihrer Entstehung mit entsteht) sind alle Elemente in der Konzentration vorhanden, wie in der Gas- und Staubwolke, aus der sie entstand.
Dabei ist die Größe/das Gewicht des Teilchens unerheblich. Ein Atom, Staubkorn oder ein ganzer Planet unterscheiden sich nicht in ihren Umlaufbahnen um den Zentralkörper. Das Gewicht des kleineren Körpers ist unerheblich (erst wenn das Gewicht vergleichbar mit dem des Hauptkörpers wird, also zu, Beispiel bei Jupiter, ändert sich das). Da sackt nichts durch: Teilchen werden nicht durch Auftrieb sondern durch ihre Bewegung auf ihrer Bahn gehalten.
Bei zu großer Temperatur kommt es zu keinen Akkretion (Kondensation von Teilchen, vergleichbar mit Entstehung von Regentropfen). Das ist in unmittelbarer Nähe der Sonne der Fall (innerhalb der Merkurbahn). Metalle und "Gesteine"(Siliziumverbindungen) können aber etwas weiter draußen kondensieren. Die viel häufigeren Wasserstoffverbindungen (H2O, CH4, NH3, SH2) erst deutlich weiter außen (außerhalb Marsbahn). Daher entstehen bis Mars (fast) nur Planeten aus Metallen und Gesteinen. Eben aus diesem "Rohmaterial).
Weiter außen müssten sie dann aus den Wasserstoffverbindungen (und Gesteinen und Metall, die gibt es da ja auch) bestehen. In Gewisser Weise hilft das auch für die "Eisriesen" (wie Neptun und Uranus als Untergruppe der Gasriesen auch genannt werden). Da es aber mehr Material gibt, können diese Roh-Planeten größer werden als die Gesteinsplaneten. Die höhere Masse ist ein Grund, warum diese Planeten durch ihre Schwerkraft sehr viel an Gasen durch reine Gravitation an sich binden konnte (Insbesondere Wasserstoff und Helium, den Hauptbestandteilen der Scheibe - da sie aber nicht kondensieren können sind sie an den primären Planentenentstehungen nicht beteiligt). Wichtig ist aber auch, dass die Temperatur geringer ist als näher an der Sonne/am Stern und heiße Gase einer Atmosphäre leichter entkommen als kühlere Gase.
Durch die zusätzliche Masse durch eingefangenen Wasserstoff/Helium werden die Planeten dann größer und vor allem schwerer, ziehen dadurch mehr Gase an und so weiter. Ab einer gewissen Größe ist der Prozess selbstverstärkend.
Wir haben einige Bilder von Akkretionsscheiben, in denen man sehr schön sieht, wie so ein Planet eine Ringlücke in hineingefressen hat (der Planet selbst ist dagegen für die direkte Beobachtung zu klein)
Daher sind Gesteinsplaneten im Inneren Bereich und Gasriesen im äußeren Bereich bei der Entstehung durchaus normal. Gerade bei einigen anderen Sternsystemen ist aber die nachträgliche "Wanderung" von Planeten (Änderung der Umlaufbahn) möglich, zum Beispiel beim Hot Jupiter, der im äußeren Bereich entsteht, durch "weiterfressen" nach innen (wo mehr Material vorhanden ist) im Schnitt langsamer wird, dadurch eine innere kleinere Umlaufbahn einnimmt, wo er weiteres Material findet.
Weil dort einfach mehr Masse war um schwerere Planeten zu formen und die Temparatur dort geringer ist. Schwere Planeten können ihre Gase/Atmosphäre besser halten als leichtere Planeten.
Gase unterliegen ja einem Druck der dazu führt, das das Gas die Tendenz hat, sich auszudehnen, sich also wieder vom Planeten wegzubewegen. Ist die Scherkraft zu gering, kann die Atmosphäre dann durch die Brownsche Bewegung wieder in das Weltall entweichen.
Das hängt mit der Entstehungsgeschichte des Sonnensystems zusammen. Die ganz junge Sonne war aktiver als heute und sendete eine sehr intensive Teilchenstrahlung (Sonnenwind) aus. Diese energiereichen Teilchen (hauptsächlich Wasserstoffkerne und Elektronen) trieben vorallem leichte Atome wie Wasserstoff und Helium in den äußeren Bereich des Sonnensystems, während schwere Atome weitgehend im inneren Sonnensystems verblieben. Daher konnten die äußeren Planeten bei ihrer Entstehung viel Wasserstoff und Helium gravitativ einfangen, aber nur wenig schwere Elemente. Zudem können Gasplaneten nie in der Nähe eines Sterns entstehen, selbst wenn dort viel Gas wäre, heißes Gas hat quasi eine zu hohe Eigendynamik, die Gravitation kann es quasi dann nicht halten bzw. verdichten.
Bei größerer Nähe zur Sonne ist die Temperatur der Planeten höher und der Wasserstoff oder das Helium aus dem diese Planeten zu einem großen Teil bestehen würde sich in den Weltraum verflüchtigen.
Der Asteroidengürtel befindet sich in einem Abstand zur Sonne bei dem die Gravitationskraft der kleinen Teilchen nicht ausreicht um sie zu einem größeren Gebilde zu vereinigen (Rochsche Grenze). Deshalb haben auch Jupiter, Saturn und Uranus einen solchen Ring kleiner Teilchen. Die inneren Gesteinsplaneten sind möglicherweise außerhalb der Rochschen Grenze entstanden und erst später durch gravitative Wechselwirkungen in die augenblickliche Position gekommen.
Eine akzeptable Theorie der Entstehung des Sonnensystems muss die Eigenschaften der Sonne und ihrer Planeten erklären können. Eine gesicherte Theorie über das „Wie“ der Planetenbildung existiert nicht; aber folgende Teile sind weitgehend anerkannt:
1. Die Planeten bildeten sich erst, als die Sonne bereits existierte. (d.f. Alter der Planeten < Alter der Sonne )
2. Die erkaltete Restmaterie war scheibensymmetrisch um die Sonne angeordnet.
3. Die unterschiedlichen Bahnen der einzelnen Teilchen kreuzten sich oft, wobei sie sich gegenseitig zertrümmerten und ihre Bahnen immer gleichartiger wurden.
4. Bei Zusammenstößen mit geringen Relativgeschwindigkeiten begann der Prozess des Zusammenballens.
5. Erst bei großen (Durchmesser >100 km) Körpern spielte dann die Gravitationskraft die entscheidende Rolle.
(aus meinem Unterrichtskonzept Astronomie https://www.dropbox.com/sh/x56zbd1s9h9s199/AACA4HwKksEpfSbnatD8cdIYa/Physik_Konzepte_u_Versuche/Ph_KONZEPTE__pdf-Dateien/Astronomie?dl=0&subfolder_nav_tracking=1 )
Kometenschweife führen sehr schön vor, was Sonnenwind mit Gas macht: er treibt es von der Sonne weg. Seit Zündung der Kernfusion in der Sonne wurde das Gas aus der protoplanetaren Scheibe nach außen getrieben.