Seit Copernicus bewegen Wissenschaftler die Erde langsam von ihrem vorgegebenen "Zentrum des Universums" weg. Wissenschaftler geben jetzt zu, dass die Sonne ein gewöhnlicher Stern ist, nicht zu heiß, nicht zu kalt, nicht zu hell, nicht zu dunkel, an einem zufälligen Ort in einer gewöhnlichen Spiralgalaxie. Als das Kepler-Teleskop 2009 seine Suche nach Planeten begann, erwarteten Wissenschaftler, Planetensysteme zu finden, die unserem Sonnensystem ähneln würden.
Stattdessen entdeckte Kepler die Arten von Planeten, die in unserem Sonnensystem fehlen. Es stellte sich heraus, dass es viel mehr Exoplaneten gibt, als wir dachten: von "heißen Jupitern" (Planeten von der Größe des Jupiter) bis zu "Supererden" (massive feste Planeten, die größer sind als unsere eigenen). Von den 1.019 bestätigten Planeten und 4.178 bisher entdeckten Kandidaten ähnelt nur ein System unserem eigenen: mit terrestrischen Planeten in der Nähe des Sterns und mit Riesenplaneten etwas weiter entfernt.
"Wir haben keine Ahnung, warum unser Sonnensystem anders ist, und wir möchten eine Antwort erhalten", sagte der Planetenwissenschaftler Kevin Walsh vom Southwestern Research Institute in Colorado gegenüber dem Astrobiology Magazine.
Bei dem Versuch, die Sonne und ihre Planeten mit den von Kepler entdeckten neu entdeckten Sternensystemen zu vergleichen, schlugen zwei Astronomen vor, dass unser Sonnensystem in unserer Jugend bis zu vier Planeten enthalten könnte, die näher an der Sonne als die Venus kreisen, und dass nur Merkur nach einer Reihe katastrophaler Kollisionen überlebte. …
"Eines der Probleme in unserem Sonnensystem ist, dass Quecksilber nach Keplers Maßstäben zu weit von der Sonne entfernt ist", sagte die Planetenwissenschaftlerin Katrin Volk von der University of British Columbia.
Wolf und ihr Kollege Brett Gladman von derselben Universität schlugen vor, dass zu Beginn des Lebens die meisten Sterne von "Systemen dicht gepackter innerer Planeten" (STIP) umgeben sind. Im Laufe der Zeit zerstören Kollisionen viele dieser Planeten und lassen sie in der Nähe von 5-10% der heute beobachteten Sterne zurück.
Obwohl nur wenige der beobachteten Systeme STIPs enthalten, glaubt Wolf, dass sie sich einst durchgesetzt haben - und die Sonne könnte ein solches System sein, dessen ursprüngliche innere Planeten zerstört wurden.
"Wenn sich der STIP leicht bilden würde, könnte es möglich sein, sie um alle Sterne herum zu finden, wonach 90% von ihnen zerstört wurden", sagt Wolf.
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Walsh war an dieser Studie nicht beteiligt, begrüßt jedoch Wolfs Arbeit zur Anpassung des Sonnensystems an andere Planetensysteme durch die Verwendung von Modellen zur Suche nach unsichtbaren Planeten, die möglicherweise in der Vergangenheit waren.
„Wir können sagen, dass wir noch nie darüber nachgedacht haben. Wir haben immer versucht, die Planeten zu finden, die wir gesehen haben, aber nicht die, die wir nicht gesehen haben. Jetzt sehen wir es um andere Sterne herum, also ist es eine gute Frage."
Wolf und Gladman erkannten, dass eine kleine Anzahl von STIPs Aufschluss darüber geben könnte, warum unser Sonnensystem so unterschiedlich ist. Ein Wissenschaftlerpaar nahm 13 von Kepler beobachtete Systeme, die mehr als vier innere Planeten enthalten, und führte eine 10 Millionen Jahre lange Simulation dieser Systeme durch. Bei zehn Gelegenheiten erlebten die kleinen Planeten gewaltsame Kollisionen, die die Struktur des Planetensystems veränderten. Laut Wissenschaftlern dürften die Überreste länger als 10 Millionen Jahre stabil bleiben.
Das Team führte dann über einen langen Zeitraum eine weitere Reihe von Simulationen durch, um zu verstehen, wie sich Systeme entwickelten, als sie stabiler wurden, und um herauszufinden, wie sich Kollisionen über die Zeit verteilten. Sie fanden heraus, dass die Hälfte der Systeme kollidierte, aber zuvor keine Anzeichen einer Katastrophe aufwies. Kollisionssysteme blieben fast ihr ganzes Leben lang stabil, bevor die Planeten miteinander kollidierten.
Die Modellierung zeigte, dass nach 5 Millionen Jahren ungefähr 5-10% der STIPs in der Probe immer noch keine Stabilität erreichten. Da STIPs nur in 5-10% der von Kepler beobachteten Planetensysteme gesehen wurden, könnte dies bedeuten, dass sie alle mit STIP geboren wurden, aber 90% der STIPs waren zerstört, als Kepler sie beobachtete.
"Wenn jeder Stern einmal ein STIP-System hätte, würde das bedeuten, dass wir (die Modedesigner) es einfach nicht geschafft haben, als die Planeten existierten", sagt Walsh. - Wir haben immer versucht, Modelle zu bauen, um unsere vier festen Planeten zu erhalten, und dabei die Möglichkeit ignoriert, dass drei bis fünf Planeten noch mehr Erde in der Umlaufbahn des Merkur bilden. Das wäre atemberaubend!".
Wenn alles so wäre, würde die Erde aufhören, eine seltsame Ausnahme von den Regeln der Planetenbildung zu sein, wie zufällige Beobachtungen zeigen. Stattdessen würde es perfekt passen und keine spezielle Erklärung für seine Existenz erfordern. Wenn das Sonnensystem - und damit die Erde - selten ist, könnte dies die Verbreitung des Lebens im Universum beeinflussen. aber wenn es den üblichen Prozessen der Bildung von Planetensystemen folgt, dann wird nichts daran so ungewöhnlich sein.
Quecksilber ist seit langem ein Problem für Planetenforscher. Merkur ist nicht nur weiter von der Sonne entfernt als die meisten von Kepler gesehenen Planeten, sondern auch dicht mit schweren Elementen gefüllt. Eine Hypothese bezüglich seiner seltsamen Zusammensetzung beinhaltet eine Kollision, die eine leichte Kruste vom Planeten wegfegte und eine dichte Eisenschicht zurückließ.
Gleichzeitig gaben Modelle des Sonnensystems zu viel Material zurück, um Merkur allein zu erklären. Um einen Planeten zu bilden, der Merkur umkreist, benötigen Simulationen eine ungewöhnliche Lücke - eine künstliche Grenze - im Staub, der die junge Sonne umgibt und sich fast auf halber Strecke zur aktuellen Erdumlaufbahn erstrecken würde. Wenn sich die Lücke bis zum Stern erstreckte, wie die meisten Wissenschaftler glauben, muss diese Scheibe zu viel Material enthalten haben.
Wenn die meisten Planetensysteme bei ihrer Entstehung STIPs enthielten, hätte das junge Sonnensystem möglicherweise auch eines gehabt. Laut Wolf würde ein solches Szenario die Notwendigkeit einer künstlichen Lücke zur inneren Scheibe beseitigen und einen eisenreichen Planeten erklären. Die Kollisionen würden auch die dichte Zusammensetzung von Quecksilber ermöglichen.
Um diese Möglichkeit zu testen, führten Wolf und Gladman Simulationen durch, bei denen vier Planeten mit Mondmassen hinzugefügt wurden und die weniger als die Hälfte der Entfernung von der Erde zur Sonne umkreisen. Diese Planeten hätten die Bildung von Venus, Erde und Mars 500 Millionen Jahre lang nicht beeinflusst, trotz der Kollisionen, die zwischen ihren festen Nachbarn stattfanden. Kepler kam während der ersten Simulationen zu diesem Szenario.
"Es ist nicht ungewöhnlich, ein paar instabile Planeten zu haben, und die anderen fühlen nichts", sagt Wolf.
Als die kleinen inneren Planeten miteinander kollidierten, trafen sie eines von zwei Schicksalen. In einigen Fällen wurde die Masse der kollidierenden Planeten abgeschossen, dann aber zu mehreren Körpern zusammengefasst. In anderen, zerstörerischeren Szenarien blieben weniger als 10% der ursprünglichen Masse übrig, und der Rest explodierte in kleine Stücke und wirbelte auf einen Stern oder andere Planeten zu. Der Unterschied hängt oft davon ab, wie schnell sich die Planeten bewegen und miteinander kollidieren. Wie bei einer Autokollision führt hohe Geschwindigkeit zu großer Zerstörung.
Obwohl Keplers andere Beobachtungen von STIP-Systemen zeigten, dass drei oder mehr große Körper zu einem oder zwei kurzperiodischen Planeten konsolidiert wurden, schien unser Sonnensystem bis zum Ende zerstört zu sein. Wir haben nur noch einen Überlebenden.
