Bis vor kurzem dachten wir, unser Sonnensystem sei der Prototyp, entlang dessen andere Planetensysteme gebaut werden sollten. Wir dachten, es gäbe zwei Klassen von Planeten: feste Welten, die wir im Inneren finden, und Gasriesen, die weiter entfernt sind. Ab den 1990er Jahren entdeckten wir Planeten in der Nähe anderer Sterne und stellten dann fest, dass unser Sonnensystem nicht ganz normal ist. In einem neuen Artikel, der diese Woche zur Veröffentlichung angenommen wurde, versuchten zwei Astrophysiker der Columbia University herauszufinden, warum.
Es stellt sich heraus, dass es nicht ganz normal ist, kleine feste Planeten im inneren Sonnensystem und große Gasriesen im äußeren zu haben. Überall gibt es Gasriesen und felsige Planeten, und große Planeten haben genau die gleichen Chancen, ihrem Stern näher zu sein wie kleine. Die Planeten, die wir gefunden haben, haben gezeigt, dass nichts Gasriesen daran hindert, "heiße Jupiter" zu werden, noch mehr - sie tun dies ziemlich oft. Die zweite Überraschung ist noch überraschender und lohnt sich für die Pionierarbeit des Kepler-Weltraumobservatoriums der NASA. Obwohl feste Welten von der Größe der Erde - sowohl größer als auch kleiner - genauso häufig sind wie Welten von der Größe von Neptun und Jupiter, gibt es eine dritte Klasse von Planeten, die häufigste von allen. Zwischen den Größen von Erde und Neptun gibt es eine Option, die wir übersehen haben: eine Supererde (oder einen Mini-Neptun). Und wie sich herausstellte, ist die Supererde größer als jeder andere Planet.
Die erste Frage, die sich stellte: Warum ist diese Klasse erstaunlicher Welten so dicht besiedelt? Aber als sich unsere Modelle von Planetenformationen in der Nähe von Sternen verbesserten, stellten wir fest, dass zusammen mit den überlebenden Planeten eine gleichmäßige Verteilung auftrat. Zu wenig massive Welten wurden in der Regel von anderen Körpern absorbiert, hinausgeworfen oder in die Sonne geworfen. Als die Masse des Planeten zunahm, stieg auch die Wahrscheinlichkeit ihres Überlebens. Je massereicher die Welt ist - vorzugsweise dreimal so massereich wie die Erde - desto wahrscheinlicher wird sie durch ihre Anziehungskraft von Wasserstoff und Helium umgeben sein. Diese Zwischenmassenwelten sollten irgendwo zwischen felsigen Planeten und Gasriesen liegen. Aber wenn Sie nach immer massereicheren Welten suchen, werden Sie feststellen, dass es immer weniger davon gibt. Das Universum bringt nicht zu viele massive Welten hervor, nur weil es Rohstoffe enthält. Es würde 317 unserer Planeten brauchen, um allein Jupiter zu bilden.
Als sich unser Verständnis der Planetenerziehung verbesserte, hatten wir inhaltliche Fragen. Wenn Supererden die häufigste Art von Welten wären, was ist dann so besonders am Sonnensystem, dass wir keine einzige Supererde haben? Die Optionen sind interessant, aber enttäuschend:
- Junge Supererden, die sich gebildet haben, aber nicht überlebt haben, wurden möglicherweise zusammen mit der Wanderung von Riesenplaneten ausgeworfen.
- Das gesamte innere Sonnensystem bildete sich, bevor sich Jupiter nach außen bewegte, und die festen Welten erwiesen sich als klein, weil sie sich spät bildeten, als das gesamte Material bereits verbraucht war.
- Unsere massiven Gasriesen und die Sonne schnappten sich das erste planetbildende Material und ließen der Supererde keine Chance.
Unter Verwendung der neuesten Entwicklungen in der Wahrscheinlichkeitsprognose haben die Wissenschaftler Chzhinjin Chen und David Kipping jedoch eine neue, interessante und vollständige Erklärung gefunden. Vielleicht haben wir uns sehr geirrt.
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In den meisten Fällen kannten wir bei der Beobachtung von Planeten entweder die Masse oder den Radius, aber nicht beide Parameter gleichzeitig. Aber ohne einen Parameter zu kennen, ist es unmöglich zu verstehen, mit welcher Art von Welt wir es zu tun haben, mit einem Feststoff wie der Erde oder mit einem Gas wie Neptun. Stellen Sie sich zwei völlig unterschiedliche Welten vor, von denen jede dreimal so massereich ist wie die Erde: Eine hat einen festen Kern von 2,8 Erdmassen mit einer dünnen Gasschale und die andere einen festen Kern von 1,5 Erdmassen und die gleiche Menge Gas in der Atmosphäre. Der erste Planet wird der Erde ähnlich sein, aber in Wirklichkeit ist es eine Supererde: größer, massiver und mit einer dünnen Atmosphäre. Der zweite Planet wird eher wie ein Mini-Neptun sein: 10.000 Kilometer "Atmosphäre" über einer festen Oberfläche in alle Richtungen, und der Druck auf die Oberfläche wird jedes Leben, das wir kennen, sofort zerstören.
Die Ergebnisse von Chen und Kipping ermöglichen es uns, die Grenze zwischen Supererden und Mini-Neptun genau zu ziehen. Sie präsentierten ein Bewertungsschema, das unsere vorherigen schrecklichen Schätzungen weit übertrifft. Ihre Variante:
- Jede Welt mit einem Gewicht von weniger als 2,0 ± 0,6 Erde ist wahrscheinlich fest.
- Jede Welt zwischen 2,0 und 130 Erdmassen wird wie Neptun sein.
- Alles, was massiver als 8% unserer Sonne ist, wird ein Stern sein.
- Das ist alles. Eine andere Klassifizierung wäre laut Astrophysikern völliger Unsinn.
Es sagt uns auch, dass sich die meisten Welten, die wir "Superländer" nennen, tatsächlich am massearmen Ende neptunähnlicher Welten befinden, was einen langjährigen Verdacht bestätigt. Für Planeten, die durch die Transitmethode gefunden wurden, ist eine feste Welt mit einer Masse von 2,0 Erden im Radius etwa 25% größer als die Erde. Wenn mehr, wird es mit ziemlicher Sicherheit eine neptunähnliche Welt mit einer massiven Wasserstoff-Helium-Hülle sein.
Und wissen Sie, warum es in unserem Sonnensystem keine Supererden gibt? Denn mit Massen von 50% bzw. 40% dieser Transitschwelle sind Erde und Venus genau die Supererden, nach denen wir suchen: feste Planeten mit einer großen Masse. Die nächste "Klasse" von Planeten werden neptunähnliche Welten sein, und wir haben drei davon.
"Eine große Anzahl entdeckter Planeten mit einer Masse von 2-10 Erden wird oft als Beweis dafür angeführt, dass Supererden sehr verbreitet sind und unser Sonnensystem, wie sich herausstellt, ungewöhnlich ist", schreiben die Autoren. „Wenn jedoch die Grenze zwischen der terrestrischen und der neptunischen Welt auf zwei terrestrische Massen verschoben wird, wird das Sonnensystem nicht länger ungewöhnlich sein. Nach unserer Definition sind nur drei der acht Planeten im Sonnensystem neptunische Welten, die die häufigste Art von Planeten um andere Sterne vom Solartyp sind."
Mit anderen Worten, es ist wahr, dass es in unserem Sonnensystem keine Planeten zwischen zwei und zehn Erdmassen gibt, und dies ist an sich selten. Dies ist jedoch nicht der beste Weg, um Planeten zu klassifizieren. Sie sind nur ein Teil der neptunischen Welten, und wir haben drei davon. Es stellt sich heraus, dass wir uns in Bezug auf das Problem der fehlenden Superländer völlig geirrt haben. Wenn wir es richtig betrachten, wird es zwei interessante Schlussfolgerungen geben: Was wir Supererden nannten, sieht überhaupt nicht wie Erde aus, und es gibt kein Problem, weil nichts in unserem Sonnensystem verschwunden ist.
ILYA KHEL
