Der Stammbaum der Planeten

Seit elf Jahren besteht unser Sonnensystem nur noch aus acht Planeten. Aber wer von ihnen ist der Senior und wer der Junior? Forscher arbeiten nun an einem Stammbaum. Sie haben geklärt, wer das älteste Familienmitglied ist.

Es waren einmal ... neun Planeten. Solange, bis der äußerste, der kleinste und schwächste – Pluto – vor elf Jahren, am 24. August 2006, zum Zwergplaneten degradiert wurde. Blieben acht. Und deren Herkunft galt es zu klären. Sie alle sind in ein und derselben Wolke aus Gas und Staub entstanden. Aber wer steht an der Spitze dieses Familienstammbaums?

“Der Mars ist kleiner als die Erde, und er hat sich schneller gebildet.“ Die Erde sei also erst später entstanden, sagt der niederländische Planetologe Thomas Kruijer vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien.

Die Studie:

„Age of Jupiter inferred from the distinct genetics and formation times of meteorites“, PNAS

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Dem Thema widmet sich auch ein Beitrag in Wissen aktuell: 1.9., 13:55 Uhr.

Und das ist ziemlich einfach nachzuweisen. Denn manchmal, wenn ein Asteroid auf dem Mars einschlägt, dann wird Gestein der Mars-Oberfläche bis auf die Erde geschleudert. Wissenschaftler finden solche Mars-Meteoriten dann auf der Erde, untersuchen und datieren sie.

Schwieriger ist das bei den Gasplaneten, beispielsweise bei Jupiter. „Das liegt ganz einfach daran, dass wir keine Probe von Jupiter haben“, erklärt der Planetenwissenschaftler Thorsten Kleine vom Institut für Planetologie der Universität Münster. Möchte man das Alter eines Gesteins auf der Erde bestimmen, untersuchen Wissenschaftler entsprechende Proben mit bestimmten Datierungsmethoden. Daraus können sie ableiten, wie alt die Gesteinsprobe ist. „Aber für Jupiter geht das eben nicht, weil wir keine Gesteinsprobe oder überhaupt irgendeine Probe von Jupiter haben.“ Denn Jupiter ist ein Gasplanet. Er hat keine feste Oberfläche. Also gibt es von ihm auch keine Meteoriten, die sich Richtung Erde verlieren.

Was Sternschnuppen verraten

Den Forschern aus Münster und aus Kalifornien ist nun aber die Altersbestimmung über einen indirekten Nachweis gelungen. Auch der funktioniert wieder über Meteoriten – zwar nicht von Jupiter selbst, aber aus seiner unmittelbaren Umgebung. „Auch dabei handelt es sich um Meteoriten, die auf die Erde gefallen sind“, so Thorsten Kleine.

Jupiter
Amy A. Simon/NASA/European Space Agency
Jupiter, der älteste Planet

Die allermeisten dieser Meteoriten stammen aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Wenn es Astronomen gelingt, einen Meteoritenfall – also eine „Sternschnuppe“ – in Echtzeit zu beobachten, können sie anhand der Eintrittsbahn des Himmelskörpers berechnen, wie die Umlaufbahn dieses Meteoriten war, als er sich noch im Weltraum befand. „Und so konnten wir feststellen, dass der Ursprungsort dieser Meteoriten im Asteroidengürtel war.“

Als die Forscher jedoch die Zusammensetzung dieser Steine untersucht haben, fiel ihnen auf, dass sie in zwei Kategorien zerfielen. Sie müssen also aus unterschiedlichen Regionen des Sonnensystems ihren Weg auf die Erde gefunden haben. Weil sich ihre Entstehung über einen derart langen Zeitraum zog, sich beide Gesteinstypen aber in dieser Zeit nicht miteinander vermischt haben, muss es eine Barriere zwischen beiden Regionen des Sonnensystems gegeben haben, die den Materialaustausch verhindert hat. „Und die einzige Barriere, die wir uns vorstellen können, ist eben Jupiter“, stellt Thorsten Kleine fest.

Wer zuerst kommt, mahlt zuerst

Planeten waren also nicht unbedingt früher fertig, je kleiner sie waren – im Gegenteil: Jupiter war einfach übermächtig und hat schlicht wenig Material übrig gelassen. Für den Stammbaum des Sonnensystems heißt das: Wer zuerst kommt, mahlt zuerst. Jupiter hat sich nicht ohne Grund zum größten Planeten entwickelt.

Was heißt das nun für den restlichen Stammbaum? Wir halten bislang fest: Mars ist älter als die Erde. Und Jupiter ist der älteste. Das sehr schnelle Wachstum von Jupiter hat sich auch auf die inneren Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars ausgewirkt. Wie eine Schleuder hat Jupiter mittels seiner Schwerkraft auch wasserreiche Asteroiden aus dem äußeren in das innere Sonnensystem katapultiert. Dort wurden sie womöglich zu einem Teil der jungen Erde.

„Man hat lange Zeit gedacht, dass die Erde trocken entstanden ist, weil die Temperaturen im frühen Sonnensystem so hoch waren“, gibt Thorsten Kleine zu Bedenken. Eine staubtrockene Entstehung der Erde sei aber mit diesen neuen Modellen nicht zwingend notwendig. Wasserreiche Asteroiden aus dem äußeren Sonnensystem, aus Gegenden jenseits des Jupiter, könnten die Lieferanten des irdischen Wassers gewesen sein.

Sonnensystem ohne Supererden

Jupiters rasanter Wachstumssprung hat aber auch verhindert, dass große Mengen von Material in das innere Sonnensystem gelangten. Das könne einerseits erklären, warum die inneren Planeten relativ klein geblieben sind. Andererseits schließt solche eine Materialverteilung im Sonnensystem die Bildung sogenannter „Supererden“ aus, massereicher Gesteinsplaneten von der mehrfachen Größe der Erde also, wie sie Astronomen heute in vielen exosolaren Planetensystemen beobachten – nur eben nicht in unserem.

Der Stammbau des Sonnensystems nimmt somit Konturen an: „Aus unseren Beobachtungen können wir folgern, dass die anderen Gasplaneten Saturn, Uranus und Neptun auch sehr schnell entstanden sein müssen“, glaubt Thomas Kruijer. Denn schließlich hätten sie sich nach ähnlichen Gesetzmäßigkeiten gebildet. „Aber von ihnen haben wir keine Gesteinsproben.“ Die Gesteinsplaneten Venus, Merkur und Erde müssten demnach als letzte entstanden sein. „Aber so ganz genau wissen wir das nicht“, schränkt US-Planetologe Kruijer ein. Einige Puzzleteile müssten die Astronomen also noch entdecken, bevor der Stammbaum des Sonnensystems komplett ist.

Guido Meyer, science.ORF.at

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