Planeten Der Mars ist ein Embryo geblieben

Bislang teilen die Astronomen die acht Planeten der Sonne in zwei Hauptgruppen ein: die vier sonnennahen, meist als erdähnlich bezeichneten Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars sowie die vier jupiterähnlichen Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun jenseits des Asteroidengürtels. Neue Untersuchungen an Marsmeteoriten deuten nun darauf hin, dass der Mars offenbar in einer frühen Entwicklungsphase steckengeblieben ist und somit eigentlich gar nicht als ausgewachsener Planet angesehen werden dürfte.

Die geringe Größe des Mars hat den Forschern schon seit längerem Rätsel aufgegeben. Während Venus und Erde annähernd gleich groß und massereich sind, vereint Mars bei nur gut halbem Erddurchmesser gerade einmal zehn Prozent der Erdmasse in sich. Zwar ist der sonnennahe Merkur noch kleiner, aber das dürfte auf eine katastrophale Kollision mit einem anderen Himmelskörper zurückgehen, bei der Merkur einen Großteil seiner ursprünglichen Masse verloren hat.

Erde wuchs 50 Millionen Jahre länger

Simulationen zur Entstehung der Planeten führen in mehreren Schritten von der anfänglichen Gas- und Staubscheibe um die entstehende Sonne zu den heute im Sonnensystem anzutreffenden Objekten. Zunächst lagern sich Staubteilchen innerhalb weniger tausend Jahre zu etwa zentimetergroßen Brocken zusammen. Vermutlich führen turbulente Strömungen innerhalb der Gas- und Staubwolke dann zur Bildung größerer Ansammlungen, den sogenannten Planetesimalen. Die größeren unter ihnen haben eine derart große Schwerkraft, dass sie kleinere Brocken einfangen und anlagern und so schließlich zu Planetenembryos mit Durchmessern von einigen tausend Kilometern heranwachsen können. Aus wiederholten Kollisionen solcher Objekte sind dann während der ersten Dutzend Millionen Jahre in der Geschichte des Sonnensystems die heutigen Gesteinsplaneten hervorgegangen.

Beim Versuch, dieses Szenario zumindest für den Mars zeitlich genauer zu rekonstruieren, haben zwei amerikanische Forscher jetzt ein überraschend frühes Ende für die Wachstumsphase dieses Planeten gefunden. Danach dürfte er bereits nach rund zwei Millionen Jahren etwa die Hälfte seiner heutigen Größe erreicht haben und danach nur noch durch Anlagerung kleinerer Brocken weiter gewachsen sein. Die Erde hingegen ist noch mindestens 50 Millionen Jahre später mit einem etwa marsgroßen Objekt kollidiert - ein Ereignis, das als die Geburtsstunde des Mondes gilt.

Im embryonalen Stadium steckengeblieben

Nicolas Dauphas von der University of Chicago und Ali Pourmand von der University of Miami haben für die Rekonstruktion zahlreiche spezielle Meteoriten untersucht, die entweder vom Mars stammen oder aber zu den ältesten Objekten aus der Frühphase des Sonnensystems gehören. Ihr Ziel war es, den Zeitpunkt einzugrenzen, zu dem der Mars seinen inneren Aufbau in Mantel und Kern entwickelte - eine Veränderung, die nach allgemeinem Verständnis der Planetenentstehung erst gegen Ende der Wachstumsphase beginnt. Als Zeitgeber diente ihnen der radioaktive Zerfall von Hafnium-182 in Wolfram-182, der mit einer Halbwertszeit von etwa neun Millionen Jahren abläuft.

Da Wolfram als sogenanntes siderophiles Element, das sich gerne in der Nähe von Eisen aufhält, bei der Bildung des Planetenkerns mit nach innen gesunken ist, Wolfram als lithophiles, gesteinsliebendes Element dagegen im Mantel blieb, lässt sich der Zeitpunkt der Trennung aus der Menge des bis dahin im Mantel angesammelten Wolfram-182-Isotops ablesen. Allerdings muss man dazu auch die ursprünglich vorhandene Menge an Hafnium-182-Atomen kennen, die ja inzwischen alle längst zerfallen sind.

Um dennoch den Stand der radioaktiven Hafnium-Wolfram-Uhr zum Zeitpunkt der Bildung des Marskerns ablesen zu können, nutzten die Forscher die Tatsache, dass dieses ursprüngliche Verhältnis von Hafnium zu Wolfram beim Mars im Wesentlichen dem der ältesten Meteorite entspricht, jenem Material also, aus dem die Planeten entstanden sind. So konnten sie das Endstadium des Marswachstums recht genau festlegen. Warum Mars allerdings in diesem embryonalen Stadium der Planetenentwicklung steckengeblieben ist, bleibt zunächst offen.