Meteoriten

Wie alt ist Jupiter?

2024

Dies mag wie eine leicht zu beantwortende Frage erscheinen: Es ist so alt wie das Sonnensystem, 4,56 Milliarden Jahre.

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Aber das ist nicht wirklich der Fall. Das Sonnensystem ist nicht einfach so entstanden ; es dauerte einige Zeit, um sich zu bilden. Wie lange ist nicht klar und hängt davon ab, was Sie zum Starten der Uhr verwenden. Ist es, als die Gas- und Staubwolke, aus der die Sonne und die Planeten entstanden sind, zu kollabieren begann? Oder als die Sonne aufging, Fusion von Wasserstoff in seinem Kern , ein vollwertiger Star zu werden?

Ein guter Ausgangspunkt ist, wenn festes Material aus der Materialscheibe, die um die Proto-Sonne herumwirbelt, zu kondensieren begann und winzige Mineralkörner bildete. Dies wurde vor 4,568 Milliarden Jahren datiert und ist ein ziemlich guter Ort, um die Uhr zu starten.

Nach dieser Zeit begann das Material mehr zusammenzukleben, wurde größer und größer und bildete schließlich die Planeten. Aber Details zählen!

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Künstlerische Konzeption einer protoplanetaren Scheibe. Wie bei uns in jungen Jahren schneidet ein großer Planet im Entstehungsprozess eine große Lücke in die Scheibe. Kredit: Karen L. Teramura, UH IfA

Eine Idee ist, dass Jupiter aus kleineren Protoplaneten entstand, Objekten, die größer als etwa 1000 Kilometer sind und selbst aus viel kleineren Gesteinen und Kieselsteinen gewachsen sind. Die Schätzungen, wie lange dies gedauert hat, variieren zwischen 1 und 10 Millionen Jahren ab dem Zeitpunkt Null. Aber das ist ein breites Spektrum! Da Jupiter so massiv ist, beeinflusst er alles um ihn herum, also wissen wir, wie lange es brauchte, um seine enorme Größe zu erreichen, ist wichtig, um zu verstehen, was anders zu dieser Zeit im Sonnensystem vor sich ging.

Ein neues Papier ist gerade erschienen behauptet, Jupiter sei sehr schnell gewachsen, näher an die 1-Millionen-Jahres-Marke. Und es kommt aus einer seltsamen Quelle: Meteoriten.

Meteoriten stammen meist von Asteroiden, die ihrerseits die Sonne zwischen Mars und Jupiter umkreisen. Asteroiden sind Überbleibsel aus dem frühen Sonnensystem, Material, das nie ein Planet wurde. Wir haben viele Beweise dafür, dass es Asteroiden gab, die ziemlich groß wurden und anschließend zerstört wurden, vermutlich durch gigantische Einschläge anderer Asteroiden zerschmettert. Wenn Asteroiden ineinander schlagen, erzeugen sie Trümmer, die auch die Sonne umkreisen. Manchmal kreuzen ihre Umlaufbahnen die der Erde und sie fallen auf die Oberfläche unseres Planeten, wo wir sie aufnehmen und untersuchen können: Meteoriten.

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Meteoriten selbst gibt es in vielen verschiedenen Geschmacksrichtungen. Manche sind felsiger, manche haben einen hohen Kohlenstoffgehalt, manche sind metallisch. Dies spiegelt ihre Vergangenheit wider: wo sie sich in der Sonnensystemscheibe gebildet haben (zum Beispiel näher an der Sonne als die Umlaufbahn des Jupiter oder weiter draußen), ob sie einst Teil eines größeren Körpers waren, der gestört wurde, ob sie selbst im Laufe der Zeit getroffen wurden , usw.

In der neuen Arbeit untersuchten Planetenforscher das Vorhandensein von Wolfram und Molybdän in Meteoriten. Sie wählten diese Metalle, weil sie dicht sind. Wenn im frühen Sonnensystem ein Objekt groß genug wurde, um eine nennenswerte Schwerkraft zu haben (vielleicht etwa 1000 km groß), sanken schwere Stoffe wie Eisen, Wolfram und Molybdän in den Kern. Wenn wir einen Meteoriten mit vielen schweren Elementen finden, stammt er wahrscheinlich von einem größeren Körper, der zerschmettert wurde; dies wäre ungefähr zu der Zeit passiert, als sich die Riesenplaneten bildeten, da ihre Schwerkraft die Dinge aufwirbelte und die Ursache für zerschmetterte Planetesimale gewesen wäre.

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Sie suchten jedoch nicht nur nach Wolfram und Molybdän; sie sahen anders aus Isotope . Dies sind Atome, die in ihrem Kern die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben. Sie taten dies, weil sich aus verschiedenen radioaktiven Prozessen unterschiedliche Isotope bilden und diese unterschiedlich lange dauern. Durch Messung der relativen Isotopenmenge in einer Probe sie können eine gute Vorstellung davon bekommen, wie alt es ist und wo es in der protoplanetaren Scheibe entstanden ist .

Sie fanden heraus, dass die Isotopenverhältnisse die Meteoriten in zwei verschiedene Gruppen aufteilen, die zeitlich nebeneinander existierten, aber räumlich getrennt waren beginnend etwa 1 Million Jahre nach Beginn der Planetenbildung . Darüber hinaus können diese beiden Gruppen in solche unterteilt werden, die näher an der Sonne als Jupiter liegen, und solche, die weiter entfernt liegen.

Etwas muss das Material, aus dem sie geformt wurden, getrennt haben, und der wahrscheinlichste Schuldige ist Jupiter selbst; seine Schwerkraft spaltete die Scheibe buchstäblich in zwei Teile und schnitzte eine Lücke in sie. Die Meteoriten, die sich weiter draußen bildeten, waren anders als die näher gelegenen. Das bedeutet, dass Jupiter bereits eine Million Jahre nach Beginn der Planetenentstehung massiv genug gewesen sein muss, um seine Umgebung zu beeinflussen.

Sie kommen zu dem Schluss, dass der Kern des Jupiter schnell wuchs und nach einer Million Jahren bereits fast das 20-fache der Erdmasse betrug. Es wuchs dann nach etwa 4 Millionen Jahren langsamer auf etwa das 50-fache der Erdmasse an. Schließlich verbrauchte es genug Gas um sich herum, um auf seine derzeitige monströse Masse von mehr als anzuwachsen 300 Erden.

Also, Fall abgeschlossen, oder? Nun, nein. Es gibt noch eine andere Idee dass Jupiter nicht von unten nach oben gewachsen ist, indem kleinere Körper zu größeren zusammengewachsen sind. Stattdessen könnte es sich von oben nach unten gebildet haben und direkt von der Scheibe kondensieren, aufgrund einer Gravitationsinstabilität, die im Grunde genommen einen großen Teil der Scheibe schnell kollabierte. Wenn das der Fall ist, hätte Jupiter überhaupt keinen Kern!

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In der Lage zu sein, herauszufinden, ob Jupiter überhaupt einen Kern hat oder nicht, würde helfen, die beiden Hypothesen zu unterscheiden. Das ist einer der Hauptgründe, warum die wunderbare Juno-Sonde tatsächlich zum Jupiter geschickt wurde. Es kommen immer noch Daten, aber die vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass Jupiter einen Kern hat. Irgendwie. Wahnsinnigerweise scheint der Kern matschig , und größer als erwartet. Diese Ergebnisse liegen zwischen den beiden Hypothesen und schließen beide nicht aus! Wir wissen es also immer noch nicht. Hoffentlich werden mehr Daten von der Sonde, die weiterhin den Riesenplaneten umkreist, dazu beitragen, herauszufinden, was was ist.

Obwohl diese neue Studie also sehr interessant und sehr clever ist, würde ich sagen, dass sie keine rauchende Waffe ist.

Dieses ganze wissenschaftliche Bemühen, herauszufinden, was im frühen Sonnensystem geschah, interessiert mich. Natürlich ist die Wissenschaft interessant, aber die Versuche, sie zu verstehen, sind wirklich interessant! Wissenschaftler arbeiten seit Jahren daran, aber wir fangen gerade erst an, ausgeklügelte Computermodelle der Physik anzuwenden, um zu sehen, wie sich Objekte damals verhalten haben. Es ist also keine brandneue Idee, noch ist sie vollständig etabliert. Das heißt, Daten kommen in der Regel nach und nach an, viele Ideen werden herumgewirbelt, Computersimulationen laufen, manches wird ausgeschlossen, manches ist noch im Rennen. Aus diesem Grund sehe ich, dass Papiere mit Hypothesen hin und her gehen, die sich widersprechen, weil niemand diese endgültigen Beweise hat.

Wohlgemerkt, das ist keine Schwäche. Es ist eine Stärke! Wissenschaft ist normalerweise kein Heureka-Prozess; Es braucht Zeit, um es herauszufinden, und wenn Sie viele Leute mit unterschiedlichen Ideen haben, ist dieser Prozess chaotisch. Aber der Bogen der Wissenschaft neigt sich der Wahrheit zu. Im Laufe der Zeit, da wir bessere Beobachtungsinstrumente (in diesem Fall Teleskope und Raumfahrzeuge) herstellen, mehr Experimente durchführen und fortschrittlichere Modelle verwenden, verstehen wir die Dinge besser.

Diese neuen Ergebnisse zeigen, dass sich Jupiter schnell gebildet hat und der älteste Planet im Sonnensystem ist; nach allem, was wir sagen können, hat sich die Erde im Laufe von 10 bis 100 Millionen Jahren gebildet, nachdem sich die ersten Partikel selbst zu sammeln begannen. Das mag stimmen. Es darf nicht sein. Aber so oder so ist Jupiter ein Objekt von intensivem Interesse und verdient unser Studium.