Wer sich mit unserem Planetensystem beschäftigt, wird schnell darauf kommen, dass es zwei unterschiedliche Arten von Planeten gibt: da haben wir zum einen die Gesteinsplaneten, die hauptsächlich aus festen Stoffen bestehen und allesamt eine feste Oberfläche besitzen. Sie haben entweder gar keine Lufthülle oder sind nur von einer relativ dünnen Gasschicht umgeben.
Gasplaneten dagegen bestehen hauptsächlich aus Gasen, eine feste Oberfläche gibt es nicht. Im Inneren besitzen sie wahrscheinlich einen festen Kern. Bei den beiden größten Gasplaneten im Sonnensystem dürfte dieser Kern in etwa die Größe der Erde besitzen. Erreichen können wir die Oberfläche des Kerns aber nicht, denn dazu müssten wir zunächst durch die Gashülle dringen, die z.B. bei Jupiter eine Dicke von etwa 60000 km aufweist.
Druck und Temperatur steigen stark an, je weiter man eindringt und werden so extrem, dass das Gas irgendwann in einen flüssigen Zustand übergeht. Noch tiefer geht der Wasserstoff dann in eine metallische Form über, die unmöglich zu durchdringen ist. Ganz im Inneren befindet sich ein Gesteinskern mit schweren Elementen.
Jupiter und die anderen Gasplaneten bestehen überwiegend aus Wasserstoff, dem häufigsten Element im Weltall. Auch die Sonne besteht hauptsächlich aus Wasserstoff. In ihr konzentriert sich so viel Gas, dass im Inneren Druck und Temperatur ausreichen, um die Kernschmelze in Gang zu halten.
In den Gasplaneten herrschen nicht ganz so extreme Bedingungen, eine Kernfusion entsteht nicht, weshalb wir sie auch nicht zu den (selbstleuchtenden) Sternen zählen können. Auch ihre Entstehung ist vermutlich anders verlaufen als bei der Sonne.
Die Herausbildung von Gasplaneten
Betrachten wir nun die Entstehung und Entwicklung der Gasplaneten in unserem Sonnensystem. Dazu müssen wir 4,6 Milliarden Jahre in der Zeit zurückgehen, als sich hier in der Gegend noch eine riesige Molekülwolke befand.
Entweder durch Beeinflussung von außen (-> eine Sternenexplosion in der Nähe stört durch eine Druckwelle unsere Gaswolke und wirbelt sie durcheinander) oder auch durch einen gravitativen Kollaps unter der eigenen Schwerkraft ballte sich ein Großteil des vorhandenen Gases im Zentrum der Wolke zusammen und bildete den Keim für unsere Sonne.
Aufgrund der Schwerkraft zog dieser Protostern alles Gas aus seiner näheren Umgebung an sich. Schnell entstand ein Bereich um den jungen Stern, der wie leeergefegt war. Nur Staubflocken wirbelten noch herum, die allmählich zusammenfanden und die Keime für zukünftige Gesteinsplaneten bildeten. Weit entfernt von der jungen Sonne verblieb reichlich Gas in der sich nun bildenden protoplanetaren Scheibe übrig.
Ein Gasplanet beginnt sehr wahrscheinlich zunächst als Gesteinsplanet. Obwohl ein Gasplanet am Ende nahezu aus dem gleichen Material besteht wie ein Stern, nimmt er doch eine ganz andere Entwicklung. Staubkörner verklumpen und bilden einen Kleinkörper, mit ständig steigender Masse und Schwerkraft ziehen sie weitere Staubflocken an und wachsen und wachsen.
Zugleich umkreisen sie schon den Protostern, da dieser bereits eine unvergleichlich höhere Masse gewonnen hat und die gesamte Staubscheibe mitsamt den darin entstehenden Körper gravitativ beeinflusst, also in eine Umlaufbahn um sich zwingt.
Auf dem Weg um die Protosonne sammeln Protoplaneten alles ein, was ihnen in den Weg kommt. Die Zusammensetzung der Staubscheibe, durch die sich die Planetenkerne bewegen, unterscheidet sich weiter draußen deutlich vom Innenbereich. In genügend großem Abstand zu jungen Sternen steht den Planetenkeimen viel Baumaterial zur Verfügung, sowohl Staub als auch Gas. Im Innenbereich dagegen hat der junge Stern bereits alle leichten Stoffe wie Gase an sich gezogen.
Im Außenbereich können die jungen Planeten das Gas einsammeln. Hier draußen sind außerdem die Umlaufbahnen viel viel länger. Den Planetenkernen steht also viel mehr Material zur Verfügung als den Planeten, die weiter innen entstehen. Das Wachstum der inneren Planeten kommt alsbald zum Stillstand. Sie haben ihre Umlaufbahnen von sämtlicher Materie leergeräumt.
Äußere Planeten können sich zu riesigen Materieansammlungen zusammenballen, wobei das Gas einen großen Anteil einnimmt. Zudem nimmt man an, dass weiter draußen die Umlaufbahnen nicht sehr stabil waren. Die jungen Planeten wanderten spiralförmig um die Sonne und kamen so an noch mehr Baumaterial heran, als wenn sie stets auf der gleichen Umlaufbahn verblieben wären. Unsere Gasplaneten sind sehr wahrscheinlich nicht in den gleichen Umlaufbahnen entstanden, in denen sie heute die Sonne umrunden.
Ist alles Material aus der Umlaufbahn und der näheren Umgebung aufgesammelt, und beruhigen sich nach den ersten Jahrmillionen die ständigen Einschläge von Kometen und Planetisemalen, kann der glühend heiße Planet abkühlen. Jupiter muss in seiner Anfangsphase sehr viel heller gewesen sein als heute, einfach weil er noch viel Wärme an das ihn umgebende Weltall abgab. Heute hat er eine Oberflächentemperatur von minus 160 Grad Celsius.
Das wilde Durcheinander ordnet sich
Höchstwahrscheinlich gab es anfangs sehr viel mehr Protoplaneten als heute noch Planeten vorhanden sind. Die Protoplaneten beeinflussten sich gegenseitig, wenn sie einander zu nahe kamen. Dabei konnten sie zusammenstoßen (wie es der Protoerde passiert sein könnte, und aus den Trümmern entstand dann der Mond) oder sich gegenseitig aus der Umlaufbahn kicken.
Die heutigen Umlaufbahnen der Planeten sind relativ stabil, wenn man nur die letzten oder nächsten paar Millionen Jahre betrachtet. In größeren Zeiträumen gesehen verlassen sie aufgrund gegenseitiger Schwerkrafteinflüsse ihre heutige Umlaufbahn. Sie können ihre Bahn etwas weiter nach innen oder nach außen verlegen, in die Sonne stürzen oder mit einem anderen Planeten kollidieren.
Auch heute beeinflussen sich die Planeten gegenseitig. Neptun zum Beispiel ist nur deshalb gesucht und gefunden worden, weil er sich durch seine Schwerkraftwirkung auf Uranus verriet. Sein neu entdeckter Nachbarplanet verhielt sich recht merkwürdig: mal war er schneller als die Bahnberechnungen ergaben, mal schien ihn irgendetwas zu bremsen. Zu Recht wurde vermutet, dass Uranus von einem weiteren Planeten beeinflusst wird, der damals noch nicht gefunden war. Mehr zur Entdeckung von Neptun erfährst du auf der Neptunseite.
Beeindruckend an der Sache ist zum einen, dass sich Uranus und Neptun gegenseitig beeinflussen, obwohl sie sich auf ihren Umlaufbahnen günstigstenfalls bis auf 1,626 Milliarden Kilometer annähern! Das ist mehr als das Zehnfache des Abstandes der Erde zur Sonne. Zum anderen ist es eine wirklich beeindruckende Leistung, dass allein aufgrund der Berechnung dieser Störungen die Position des bis dahin unbekannten und mit bloßem Auge unsichtbaren Planeten auf mathematischem Weg herausgefunden wurde. Die Sternwarten mussten dann nicht lange herumsuchen, sondern konnten ihre Teleskope gleich auf die richtige Stelle am Himmel ausrichten, um den neuen Planeten zu finden.
Eine Theorie ist eine Theorie ist eine Theorie ...
Inwieweit diese Theorie der Planetenentstehung der Realität nahe kommt, können wir sicher in den nächsten Jahren überprüfen. Da Beobachtungsgeräte und Messmethoden stets verbessert und verfeinert werden, sind wir inzwischen in der Lage, auch die Planeten anderer Sterne zu entdecken und zu klassifizieren. Es ist inzwischen sogar gelungen, einen jungen Stern zu finden, der noch von seiner protoplanetaren Scheibe umgeben ist.
In der Scheibe gibt es Lücken, in denen sich höchstwahrscheinlich Protoplaneten befinden, die noch am Anfang ihrer Entwicklung stehen. Solcherlei Entdeckungen wird es künftig öfter geben. Aus den Beobachtungen können wir dann wiederum Rückschlüsse zur Entstehung der Planeten in unserem eigenen Planetensystem ziehen.
Stellt unser Planetensystem den Normalfall dar? Oder ist die Anzahl und Verteilung der Planeten ungewöhnlich? Das können wir heute noch nicht sagen. Wollte man vorschnell aus den bisherigen Entdeckungen schließen, käme man darauf, dass die Anordnung unserer Planeten aus dem Rahmen fällt. Denn bislang wurden überwiegend Gasplaneten entdeckt, die größer sind als Jupiter und ihren Stern auf Bahnen umkreisen, die noch enger sind als die Merkurbahn.
Dass wir hauptsächlich solche Exoplaneten finden, liegt aber an unseren heutigen Beobachtungsmethoden. Große Planeten lassen sich nun einmal leichter entdecken als kleine. Mehr über Exoplaneten gibt es auf der Seite Exoplaneten.
Nun bleibt aber immer noch die Frage, weshalb diese Gasriesen ihren Stern so nahe umkreisen. Sind sie tatsächlich dort, in nächster Nähe zu dem Stern entstanden? Oder entstanden sie viel weiter draußen (wie unsere Gasplaneten) und befinden sich gerade auf einer Spiralbahn, die sie immer näher an ihren Heimatstern heranführt? Werden sie bald in den Stern stürzen? Oder sind ihre Umlaufbahnen stabil?
Diese Fragen lassen sich erst beantworten, wenn weitere Beobachtungsergenbisse zur Verfügung stehen. Entweder bestätigen die künftigen Erkenntnisse unsere Theorie von der Entstehung der Gasplaneten, oder wir müssen die Theorie modifizieren (anpassen) oder gleich ganz verwerfen. Das werden zukünftige Forschungen zeigen.