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Sonnensystem : Uranus und Neptun haben ihre Bahnen vertauscht

  • -Aktualisiert am

Treuer Begleiter: Mond Ariel (heller Fleck) umkreist den Uranus Bild: ASSOCIATED PRESS

Was Astronomen lange vermutet haben, scheint nun bestätigt: Die heutige Konstellation unseres Sonnensystems ist eine andere, als zu Zeiten seiner Entstehung. Uranus und Neptun befinden sich nicht seit jeher auf ihrer jetzigen Position.

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          Die Astronomen glauben schon seit langem, dass die Anfangsphase unseres Sonnensystems recht turbulent gewesen war. So ist der Mond vermutlich aus einem Zusammenstoß der Proto-Erde mit einem etwa marsgroßen Asteroiden entstanden. Und bei dem sonnennächsten Planeten – dem Merkur – könnte eine Kollision mit einem ziemlich großen Brocken dazu geführt haben, dass er den Löwenanteil seiner Gesteinskruste verloren hat und seither einen übergroßen Eisenkern besitzt. Jetzt hat Steve Desch von der Arizona State University in Tempe einen Hinweis darauf gefunden, dass die beiden äußeren Planeten Uranus und Neptun einige hundert Millionen Jahre nach ihrer Entstehung offenkundig ihre Plätze getauscht haben.

          Ein derartiges Ereignis wird seit einigen Jahren von einer Forschergruppe um Alessandro Morbidelli vom Observatoire de la Côte d’Azur in Nizza diskutiert. Die Wissenschaftler um Morbidelli hatten versucht, die dynamische Entwicklung der Planetenbahnen in der Anfangsphase des Sonnensystems mit dem sogenannten Nizza-Modell zu rekonstruieren. Damals, vor mehr als vier Milliarden Jahren, war der Raum zwischen den Planeten noch mit Resten jener Gas- und Staubscheibe erfüllt, aus der zuvor die Planeten entstanden waren. Ungezählte Begegnungen mit den Objekten der Restmaterie führten dazu, dass die Planeten langsam von der Sonne weg drifteten. Einzig Jupiter war schon so massereich, dass er die meisten der ihm zu nahe kommenden Brocken nach außen schleudern konnte. Er rückte dafür langsam näher an die Sonne heran.

          Ein Brei aus Gas und Staub

          Im Laufe dieser Entwicklung kam es zu einem Resonanzeffekt, bei dem Jupiter auf seiner kleineren Bahn die Sonne in der halben Zeit umkreiste wie der Saturn weiter draußen. Dadurch wurden die Bahnen der beiden äußeren Planeten Uranus und Neptun so stark gestört, dass diese Himmelskörper ihre Umlaufbahnen hätten tauschen können – zumindest legen das Simulationsrechnungen mit dem Nizza-Modell nahe. Allerdings war bislang nicht klar, ob der Platzwechsel auch tatsächlich stattgefunden hat. Gestützt wird die Hypothese des Bahntauschs jetzt durch die Arbeiten von Steve Desch. Der Forscher beschäftigte sich zunächst mit der Oberflächendichte der protoplanetaren Scheibe, des solaren Urnebels. Bislang ließ sich nur darüber spekulieren, wie viel Materie in einem bestimmten Bereich dieser Gas- und Staubscheibe enthalten war. Deshalb behalf man sich mit einer Vereinfachung.

          Blauer Riese: Der Neptun

          Die Materie jedes einzelnen Planeten verteilte man gleichmäßig auf die anfängliche Scheibe. Dann reicherte man diesen „Brei“ in Gedanken so lange mit Wasserstoff und Helium an, bis das heute noch in der Sonne vorhandene ursprüngliche Mengenverhältnis der beiden Elemente erreicht war. Dem Versuch Deschs, mit diesem Ansatz die Entwicklung des heutigen Sonnensystems zu erklären, war allerdings kein Erfolg beschieden. Da der Gasanteil des solaren Urnebels bereits nach zehn bis dreißig Millionen Jahren von der aufleuchtenden Sonne auseinandergetrieben worden wäre, hätte Jupiter niemals seine heutige Masse erreicht. Und Uranus und Neptun wären selbst dann nicht so massereich geworden, wie sie sind, wenn der solare Urnebel bis heute erhalten geblieben wäre.

          Wechselnde Positionen

          Ein anderes Bild ergab sich erst, als Desch die Oberflächendichte des solaren Urnebels auf das Nizza-Modell übertrug, das auf anfangs deutlich geringeren Abständen der Planeten von der Sonne beruht, als es heute der Fall ist. Wie der amerikanische Forscher in der Zeitschrift „Astrophysical Journal“ (Bd. 671, S. 878f) darlegt, hat er bei seinen Rechnungen nun eine gleichmäßige Abnahme der Oberflächendichte vom Zentrum des Sonnensystems hin zum äußeren Bereich erhalten, so wie es der Wirklichkeit entspricht.

          Und weil die Bahnen der äußeren Planeten nach dem Nizza-Modell ursprünglich enger um die Sonne verliefen, führten sie zugleich durch dichtere Materiebereiche des solaren Urnebels, so dass die Planeten auch schneller heranwachsen konnten. Lediglich die Positionen von Uranus und Neptun schienen zunächst nicht stimmig zu sein. Die Schwierigkeiten lösten sich erst in Wohlgefallen auf, als Desch die Plätze von Uranus und Neptun vertauschte. Diese ursprüngliche Reihenfolge der Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Neptun, Uranus) vor mehr als vier Milliarden Jahren könnte man sich mit dem Merksatz „Mein Vater erzählt mir jeden Samstag neuen Unsinn“ einprägen.

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