Die der Sonne am nächsten gelegenen felsigen Planeten bestehen aus ganz anderen Materialien als die Gasriesen im äußeren Sonnensystem. Das liegt daran, dass unser Sonnensystem vor Milliarden von Jahren durch einen kosmischen Torhüter in zwei Teile geteilt wurde, der verhinderte, dass sich Materialien im inneren und äußeren Bereich vermischten.
Laut einer neuen Studie war Gatekeeper ein Ring aus Staub und Gas. Der Zaun oder "Great Divide", ein von den Autoren geprägter Begriff, ist jetzt größtenteils ein leerer Raum direkt in Jupiters Umlaufbahn.
Vor ungefähr zwei Jahrzehnten stellten Chemiker fest, dass die Bausteine von Planeten - Planetesimale in Asteroidengröße oder viel kleinere "Kieselsteine" - je nach Entfernung von der Sonne sehr unterschiedliche Zusammensetzungen hatten. Die Kieselsteine, die die äußeren oder "jovianischen" Planeten aufbauten, enthielten höhere Konzentrationen an organischen Molekülen wie Kohlenstoff und flüchtigen Stoffen oder Eis und Gasen als diejenigen, die die "terrestrischen" Planeten näher an der Sonne wie Erde und Erde aufbauten Mars.
Das war jedoch rätselhaft, da die Theorie voraussagte, dass Kieselsteine aus dem äußeren Sonnensystem aufgrund des sogenannten "Gaswiderstands" oder der Anziehungskraft des die junge Sonne umgebenden Gases in Richtung des inneren Sonnensystems gewunden sein sollten.
Vor dieser Studie dachten Wissenschaftler, dass "die Gravitationswand, die eine Vermischung zwischen der inneren und der äußeren Scheibe unseres entstehenden Sonnensystems verhinderte, Jupiter war", sagte der leitende Autor Stephen Mojzsis, Professor für Geochemie an der Universität von Colorado Boulder. Der Gedanke war, dass Jupiter so groß und seine Anziehungskraft so stark war, dass er kleine Kieselsteine verschlang, bevor sie das innere Sonnensystem erreichen konnten.
Um diese Theorie zu testen, erstellten Mojzsis und der Hauptautor Ramon Brasser, ein Forscher am Earth-Life Science Institute des Tokyo Institute of Technology in Japan, Computersimulationen, die das Wachstum des frühen Sonnensystems und der darin enthaltenen Planeten wiederherstellten.
Die Simulation ergab, dass Jupiter nicht schnell genug wachsen konnte, um zu verhindern, dass alle kohlenstoffreichen Kieselsteine in das innere Sonnensystem fließen. Tatsächlich wurden die meisten Kieselsteine aus dem äußeren Sonnensystem vom wachsenden Jupiter direkt weitergegeben.
"Jupiter ist ein sehr ineffizienter Gatekeeper", sagte Mojzsis gegenüber Live Science. "Es ist, als hätte eine poröse Grenze Einwanderer aus dem äußeren Sonnensystem das innere Sonnensystem überflutet." Jupiter allein hätte viele Kieselsteine durchgelassen, was bedeutet, dass Planeten im äußeren und inneren Sonnensystem ähnliche Zusammensetzungen hätten, fügte er hinzu.
Stattdessen schlugen die beiden Wissenschaftler eine andere Theorie vor: Zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems hätte es einen Ring oder mehrere Ringe abwechselnder Bänder aus Hoch- und Niederdruckgas und Staub geben können, die die Sonne umkreisen. Diese Ringe hätten verhindert, dass sich Kieselsteine nach innen bewegen. Sie stützten ihre Hypothese auf Beobachtungen des Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chile, die zeigten, dass etwa 2 von 5 jungen Sternen diese bullenaugeähnlichen Scheiben um sich hatten.
Diese Hochdruckscheiben könnten Staub eingeschlossen haben und dazu führen, dass er sich in verschiedenen Gruppen ansammelt - eine, die Jupiter und Saturn und eine andere Erde und einen anderen Mars bilden würde. Eine dieser Senken hätte verhindern können, dass äußere Kieselsteine in Richtung Sonne eindringen und die große Kluft schaffen, sagte Mojzsis. Trotzdem wäre dieser Ring nicht vollständig versiegelt worden. Das hätte es kohlenstoffhaltigen Kieselsteinen ermöglicht, in das innere Sonnensystem zu fließen und die Samen für das Leben auf der Erde zu schaffen, fügte er hinzu.
Es ist eine "interessante Idee", sagte Michiel Lambrechts, ein Postdoktorand am Lund Observatorium in Schweden, der nicht Teil der Studie war. "Obwohl die Autoren Arbeiten präsentieren, die die Herausforderung der Aufteilung der inneren und äußeren festen Reservoire mit einem wachsenden Jupiter veranschaulichen, erstellen sie kein ähnlich detailliertes Ringmodell."
Dieses Ringmodell muss zeigen, wie die Kieselsteine gefangen sind und wie die Planeten in solchen Kieselfallen wachsen, fügte er hinzu. Bis dahin "bleibt es schwierig, dieses Ringmodell anderen möglichen Erklärungen vorzuziehen."
Die Ergebnisse wurden heute (13. Januar) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
