Jupiter ist der größte Planet unseres Sonnensystems – und dennoch ist er heute nicht mehr das, was er einmal war. Neue Berechnungen zeigen: Der Gasriese war in seiner Frühzeit deutlich größer. Forschende des Caltech und der University of Michigan konnten nun mit Hilfe zweier kleiner Jupitermonde seine ursprüngliche Größe rekonstruieren. Das Ergebnis wirft ein neues Licht auf die Entwicklung des gesamten Sonnensystems.
Die Jugend des Giganten
Jupiter gilt unter Astronominnen und Astronomen als „Architekt“ unseres Sonnensystems. Seine enorme Schwerkraft prägte früh die Umlaufbahnen anderer Planeten. Schon vor 4,5 Milliarden Jahren war er entscheidend an der Stabilisierung der planetaren Scheibe beteiligt, aus der später Merkur, Venus, Erde und die übrigen Planeten entstanden.
Wie die neue Studie von Konstantin Batygin (California Institute of Technology) und Fred C. Adams (University of Michigan) nun zeigt, war Jupiter rund 3,8 Millionen Jahre nach der Entstehung der ersten Festkörper deutlich größer – etwa doppelt bis 2,5-mal so groß wie heute. Sein damaliges Volumen entsprach über 2000 Erdmassen. Auch das Magnetfeld war zu dieser Zeit etwa 50-mal stärker als heute.
Zwei Monde als Zeitzeugen
Die Forschenden analysierten die Bahnen der kleinen Jupitermonde Amalthea und Thebe. Diese umlaufen den Planeten sehr nah und zeigen leicht geneigte Bahnen. Diese Neigungen sind kleine, aber wichtige Hinweise auf vergangene Kräfteverhältnisse.
Anstatt sich auf unsichere Modellparameter wie Gaskonzentrationen oder Wachstumsraten zu stützen, setzten die Forschenden auf messbare Bahndynamiken. Durch diese methodische Umstellung konnte ein exakteres Bild des ursprünglichen Jupiters gezeichnet werden.
„Es ist erstaunlich, dass selbst nach 4,5 Milliarden Jahren noch genügend Hinweise vorhanden sind, um den physikalischen Zustand des Jupiter zu Beginn seiner Existenz zu rekonstruieren“, sagt Fred Adams.
Warum der Riese geschrumpft ist
Jupiter entstand durch sogenannte Kernakkretion: Ein fester Kern aus Gestein oder Eis, der ungefähr zehn Erdmassen schwer war, sammelte in kurzer Zeit große Mengen an Gas aus der protoplanetaren Scheibe auf. Dieser Prozess war nur im äußeren Sonnensystem möglich, wo genügend Materie vorhanden war.
Zu Hochzeiten seiner Entstehung wuchs Jupiter mit einer Geschwindigkeit von 1,2 bis 2,4 Jupitermassen pro Million Jahre. Innerhalb von nur 420.000 bis 830.000 Jahren war der Planet fertig – zumindest in seiner Gasform. Danach verdampfte die umgebende Gaswolke, der Materialnachschub brach ab, und Jupiter begann zu schrumpfen. Der Grund: Die eigene Gravitation drückt das Gas zusammen, sobald der äußere Druck wegfällt.
Drehimpuls und innere Hitze
Mit dem Schrumpfen veränderte sich nicht nur Jupiters Volumen. Auch seine Rotationsgeschwindigkeit nahm zu. Das liegt an der Erhaltung des Drehimpulses: Ein kompakterer Körper muss sich schneller drehen, wenn sich seine Größe verringert.
Gleichzeitig komprimierte sich das Innere des Planeten. Dabei stieg die Temperatur im Kern. Auch heute noch verliert Jupiter durch diesen Prozess langsam Energie – ein Vorgang, der sich über Milliarden Jahre hinwegzieht.
Warum Jupiter nie ein Stern wurde
Trotz seiner Größe konnte Jupiter nie die Zündung der Kernfusion erreichen. Dafür hätte er rund das 80-Fache seiner heutigen Masse benötigt. Erst dann wäre im Innern der notwendige Druck entstanden, um Wasserstoff in Helium umzuwandeln – wie in einem Stern.
Das bedeutet: Selbst in seiner riesigen Frühform blieb Jupiter immer ein Gasplanet, auch wenn er phasenweise die Ausmaße eines kleinen Sterns hatte.
Bedeutung für die Planetenforschung
Die aktuelle Studie erweitert unser Verständnis der Planetenentstehung. Vor allem liefert sie eine neue, messbare Grundlage für Modelle zur Entwicklung großer Gasplaneten – auch bei Exoplaneten in anderen Sternsystemen.
„Was wir hier etabliert haben, ist ein wertvoller Maßstab“, sagt Konstantin Batygin. Die Erkenntnisse helfen, die Entstehung des Sonnensystems insgesamt besser nachzuvollziehen – und geben Hinweise darauf, wie häufig solche Riesenplaneten auch anderswo entstehen könnten.
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