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Erstmals Altersbestimmung des Jupiter durch Meteoriten-Analyse von münsterschen Planetologen ...

Um das Alter von Jupiter zu bestimmen, gingen die Forscher einen Umweg und untersuchten Meteorite. Diese Gesteinsbrocken stammen von Asteroiden, die sich heute in einem Gürtel zwischen Mars und Jupiter befinden. Die münsterschen Wissenschaftler wiesen mithilfe von Isotopenmessungen nach, dass diese Asteroide in zwei unterschiedlichen Regionen des Sonnensystems entstanden: diesseits und – was für die Wissenschaftler eine überraschende neue Erkenntnis ist – auch jenseits der Umlaufbahn von Jupiter. Die Forscher nutzten die Isotopen-Zusammensetzungen wie einen genetischen Fingerabdruck, um Verwandschaftsbeziehungen zwischen verschiedenen Meteoriten herzustellen.

20 Erdmassen in weniger als einer Million Jahre

Durch Altersbestimmungen zeigten sie, dass sich die Asteroide diesseits und jenseits des Jupiters etwa zwischen einer Million Jahre und vier Millionen Jahren nach Entstehung des Sonnensystems bildeten. Prof. Dr. Thorsten Kleine erläutert: "Während der Entstehung der Asteroide gab es keinen Materialaustausch zwischen den beiden Regionen. Dies kann man durch die Bildung von Jupiter erklären: Sobald Jupiter etwa 20 Erdmassen erreicht hatte, verhinderte er laut Modellrechnungen den Austausch von Material von jenseits und diesseits seiner Umlaufbahn." Im Umkehrschluss hieße dies: Jupiter muss die 20 Erdmassen in weniger als einer Million Jahre nach Entstehung des Sonnensystems erreicht haben.

Nach vier Millionen Jahren ist die Bildung abgeschlossen

Die 20 Erdmassen entsprechen dem festen Kern des Jupiter. Nachdem dieser Kern aus Gestein entstanden war, wuchs Jupiter durch das "Ansammeln" (Akkretion) von Gas zunächst relativ langsam bis auf etwa 50 Erdmassen an. Die münsterschen Forscher konnten den Zeitpunkt, an dem Jupiter rund 50 Erdmassen hatte, bestimmen. Denn mit dem Erreichen dieser Masse wurde der gravitative Einfluss von Jupiter so groß, dass Asteroide von jenseits seiner Umlaufbahn in das innere Sonnensystem gestreut wurden. "Dieser Prozess kann nicht eingesetzt haben, bevor die Bildung der Asteroide abgeschlossen war, sonst hätten wir eine Durchmischung des Materials bei der Isotopen-Analyse festgestellt", erläutert Thomas Kruijer, der inzwischen am "Lawrence Livermore National Laboratory" in Kalifornien, USA, forscht.

Den Zeitpunkt des Erreichens der 50 Erdmassen haben die Forscher auf etwa vier Millionen Jahren nach Entstehung des Sonnensystems eingegrenzt. Danach, so legen Modellrechnungen nahe, muss der Jupiter durch seine massebedingt starke Anziehungskraft extrem schnell seine endgültige Masse von 384 Erdmassen durch weitere Gas-Akkretion erreicht haben.

Implikationen für die Frühgeschichte des Sonnensystems

Das sehr schnelle Wachstum von Jupiter hat laut den münsterschen Planetologen wichtige Implikationen für die frühe Entwicklung des Sonnensystems und die Entstehungsgeschichte der vier sonnennächsten Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars ("terrestrische Planeten", auch Gesteinsplaneten genannt). So seien durch das Wachstum von Jupiter wasserreiche Asteroide aus dem äußeren in das innere Sonnensystem gebracht worden, wo sie unter anderem in die Erde eingebaut worden sein könnten. Diese wasserreichen Asteroide seien also möglicherweise die Quelle des irdischen Wassers. Das schnelle Wachstum von Jupiter habe aber auch verhindert, dass große Mengen von Material in das innere Sonnensystem gelangten. Das könne erklären, warum Mars relativ klein geblieben sei und warum es in unserem Sonnensystem im Gegensatz zu vielen extrasolaren Sternensystemen keine "Super-Erden", also besonders große terrestrische Planeten, gäbe. "Dass wir Meteorite haben, welche jenseits von Jupiter entstanden sind, ist eine völlig neue Erkenntnis", unterstreicht Thorsten Kleine. "Sie verändert unser Verständnis des frühen Sonnensystems nachhaltig."

Die Arbeit entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregio (TRR) 170 "Late accretion onto terrestrial planets" ("Spätes Wachstum erdähnlicher Planeten") an der WWU Münster und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie dem europäischen Forschungsrat (ERC) unterstützt.

Originalpublikation:

T.S. Kruijer, C. Burkhardt, G. Budde and T. Kleine (2017): Age of Jupiter inferred from the distinct genetics and formation times of meteorites. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America (Early Edition); doi:10.1073/pnas.1704461114

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