Techniklexikon

Planetenentstehung

Astronomie und Astrophysik, zusammenfassende Bezeichnung für alle Prozesse, durch die Planeten aus einer Gaswolke entstehen. Im Lauf des 18. und 19. Jahrhunderts bildeten sich zwei Theoriegruppen heraus, welche versuchten, die dabei ablaufenden Prozesse zu erklären: während die erste Gruppe davon ausging, dass sich Planeten aus dem Gas, das sich um die Sonne befand, durch Anlagerung von Teilchen bildeten (z.B. Laplacesche Nebularhypothese), vertraten andere die These, dass bereits existierende kleine Körper (Kantsche Meteoritenhypothese, Chamberlin-Moulton-Theorie) zu Planeten anwachsen; die Bildung der Planetesimale aus dem Gas wurde bei diesem Ansatz weitgehend ignoriert. Auch für die Entstehung der Gas- bzw. Meteoritenwolken gab es verschiedene Theorien, darunter der Einfang interstellarer Materie durch die Sonne und die Extraktion von Sonnenmaterie aufgrund der Gravitationswirkung eines nahe vorbeiziehenden Sterns.

Die heute am meisten akzeptierte Theorie enthält Elemente dieser früheren Theorien, setzt jedoch bei physikalisch korrekten Bedingungen an, die auch bei anderen Sternen beobachtet werden, und versucht die physikalischen und chemischen Prozesse bei der Planetenentstehung nachzuvollziehen. Man geht heute davon aus, dass die Sonne aus einer Gaswolke entstand und zu Beginn von einer Gas- und Staubscheibe umgeben war, deren Gesamtmasse etwa eine Sonnenmasse betrug. In ihr fanden gleichzeitig mehrere Prozesse statt, die einerseits zu den terrestrischen Planeten, andererseits zu den Gasriesen führten. Zu Beginn der planetaren Entwicklung müssen innerhalb der Scheibe ausgedehnte Kondensationsprozesse stattgefunden haben, in denen sich Gas am Staub anlagerte, wodurch die Grösse der Staubkörner allmählich wuchs und die Planetesimale entstanden. Ein Teil der Staubkörner verdampfte zwar aufgrund von Stössen mit anderen Körpern und besonders aufgrund des Einflusses der Strahlung der Protosonne, insgesamt überwog aber die Kondensation. Modellrechnungen zeigen, dass u.a. durch Stösse auch eine Gleichverteilung der kinetischen Energie in der Gaswolke erreicht werden kann, durch die bestehende Staubkörner überproportional schnell wachsen. Bei diesem als Runaway growth bezeichneten Prozess konnten die Planetesimale, deren Durchmesser zwischen einigen Zentimetern und Metern lag, innerhalb von etwa 10⁵ Jahren auf die Grösse des Mondes anwachsen. In derselben Zeit müssen auch die Kerne der Gasplaneten entstanden sein, die jedoch bereits mehr Masse aufwiesen als die der terrestrischen Planeten, da sie einerseits das nach 10⁶ Jahren noch vorhandene Gas aus der solaren Wolke zu akkretieren begannen und andererseits ihre Anziehungskräfte gleichzeitig die Bildung von Planeten im Bereich zwischen Mars und Jupiter störte, so dass dort heute der Asteroidengürtel zu finden ist. Modelle zur Entstehung der Gasplaneten gehen u.a. von der Fragmentation von Verdichtungen der solaren Wolke oder von sich verstärkenden Turbulenzen aus. Die entstandenen Planetesimale kollidierten miteinander, wobei das Wachstum die Zerstörungsprozesse überwog, so dass innerhalb von 10⁷ bis 10⁸ Jahren die heutigen Planeten im wesentlichen entstanden waren. Ein Prüfstein für die verschiedenen Modelle sind nicht nur die Planeten des Sonnensystems, sondern auch die verschiedenen extrasolaren Planeten, deren z.T. exotische Umlaufbahnen mit früheren Annahmen zur Planetenentstehung nicht immer vereinbar sind. Derartige Modelle müssen daher nicht nur die Bildung von Planeten erklären, sondern müssen auch Ansätze liefen, mit denen gleichzeitig die geringen Exzentrizitäten der Planetenbahnen des Sonnensystems und extreme Bahnexzentrizitäten bei anderen Sonnensystemen erklärbar sind.