Es ist bekannt, dass Gasriesen anderer Sterne oft sehr dicht um ihre Sonne kreisen. Gemäß der anerkannten Theorie wurden diese Gasplaneten weit entfernt gebildet und wanderten anschließend in eine Umlaufbahn, die näher am Stern lag. Jetzt haben Forscher der Lund University und anderer Institutionen mit Hilfe moderner Computersimulationen mehr über Jupiters Reise durch unser eigenes Sonnensystem vor etwa 4,5 Milliarden Jahren herausgefunden.
Zu dieser Zeit war der Jupiter noch recht jung, ebenso wie die anderen Planeten im Sonnensystem. Die Planeten wurden allmählich durch kosmischen Staub aufgebaut, der in einer Scheibe aus Gas und Partikeln um unsere junge Sonne kreiste. Der Jupiter war nicht größer als unser eigener Planet. Die Ergebnisse zeigen, dass der Jupiter viermal weiter von der Sonne gebildet wurde, als seine aktuelle Position vermuten lässt.
“Dies ist das erste Mal, dass wir Beweise dafür haben, dass der Jupiter weit von der Sonne entfernt gebildet wurde und dann in seine aktuelle Umlaufbahn wanderte. Wir haben Belege für die Migration in die trojanische Asteroidenumlaufbahn in der Nähe von Jupiter gefunden”, erklärt Simona Pirani, Doktorandin für Astronomie an der Universität Lund und Hauptautorin der Studie.
Diese trojanischen Asteroiden bestehen aus zwei Gruppen von Tausenden von Asteroiden, die sich in gleicher Entfernung von der Sonne befinden wie Jupiter, aber vor bzw. hinter dem Jupiter im Orbit liegen. Vor dem Jupiter befinden sich etwa 50 Prozent mehr Trojaner als dahinter. Es ist diese Asymmetrie, die zum entscheidenden Faktor für das Verständnis von Jupiters Migration wurde.
“Die Asymmetrie war schon immer ein Rätsel im Sonnensystem”, sagt Anders Johansen, Professor für Astronomie an der Universität Lund. Tatsächlich konnte die Forschungsgemeinschaft bisher nicht erklären, warum die beiden Asteroidengruppen nicht die gleiche Anzahl von Asteroiden enthalten. Simona Pirani und Anders Johansen haben nun jedoch zusammen mit anderen Kollegen den Grund dafür identifiziert, indem sie den Lauf der Ereignisse in der Entstehungszeit des Jupiters und die Art und Weise, wie der Planet allmählich seine trojanischen Asteroiden aufnahm, nachvollzogen haben.
Dank umfangreicher Computersimulationen haben die Forscher berechnet, dass die aktuelle Asymmetrie nur dann hätte auftreten können, wenn Jupiter viermal weiter draußen im Sonnensystem gebildet wurde und anschließend an seine aktuelle Position wanderte. Auf seiner Reise zur Sonne zog die eigene Schwerkraft des Jupiters dann mehr Trojaner vor sich her als dahinter.
Nach den Berechnungen dauerte die Migration des Jupiters etwa 700.000 Jahre, in einem Zeitraum von etwa 2-3 Millionen Jahren, nachdem der Himmelskörper sein Leben als Eis-Asteroid fernab der Sonne begonnen hatte. Die Reise ins Innere des Sonnensystems folgte einem spiralförmigen Kurs, in dem der Jupiter weiterhin um die Sonne kreiste, wenn auch auf einem immer engeren Weg. Der Grund für die tatsächliche Migration liegt in den Gravitationskräften der umgebenden Gase im Sonnensystem.
Die Simulationen zeigen, dass die trojanischen Asteroiden von Jupiter als junger Planet ohne Gasatmosphäre aufgenommen wurden, was bedeutet, dass diese Asteroiden höchstwahrscheinlich aus Bausteinen bestehen, die denen ähneln, die den Kern des Jupiters gebildet haben. Im Jahr 2021 wird die Raumsonde Lucy der NASA in die Umlaufbahn um sechs der trojanischen Asteroiden des Jupiters gebracht, um sie zu untersuchen.
“Wir können durch das Studium der Trojaner viel über den Kern und die Bildung des Jupiters lernen”, sagt Anders Johansen. Die Autoren der Studie deuten auch darauf hin, dass der Gasriese Saturn und die Eisriesen Uranus und Neptun auf ähnliche Weise hätten migrieren können.
Veröffentlichung: S. Pirani, A. Johansen, B. Bitsch, A.J. Mustill, D. Turrini. Consequences of planetary migration on the minor bodies of the early solar system. Astronomy & Astrophysics, 2019; DOI: 10.1051/0004-6361/201833713
Quelle: off. Pm der Lund University
Titelbildunterschrift: Jupiters Weg ins Innere des Sonnensystems. (Ill. der NASA/JPL-Caltech)
Pia Gaupels
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