Jupiter und Saturn, diese beiden riesigen Gasplaneten, sind in der Größe ähnlich, weisen jedoch einen auffälligen Kontrast auf: ihre Mondfamilien sind sehr unterschiedlich. Während Jupiter von einer Vielzahl von Satelliten umgeben ist, darunter vier große wie Ganymed, dominiert bei Saturn sein Mond Titan die anderen bei weitem. Warum eine solche Divergenz?
Japanische und chinesische Teams, darunter Forscher der Universität Kyoto, haben eine einheitliche Erklärung entwickelt. Ihr Modell stützt sich auf detaillierte numerische Simulationen der inneren Strukturen der Planeten in ihrer Jugend, die die Entwicklung von Temperaturen und Magnetfeldstärke nachzeichnen. Diese Berechnungen, die auf einem Computercluster in Japan durchgeführt wurden, stellten auch die zirkumplanetaren Scheiben dar, diese Materiereservoirs, in denen Monde entstehen.
Künstlerische Darstellung der Simulationen dieser Studie. Jupiter (unten links) hat ein starkes Magnetfeld, das eine Kavität in seiner zirkumplanetaren Scheibe erzeugt. Saturn (oben rechts) fehlt ein starkes Magnetfeld, daher entwickelt sich seine Scheibe ohne Kavität.
Quelle: Yuri I. Fujii/L-INSIGHT [Kyoto University], Illustrierender: Shinichiro Kinoshita Die Ergebnisse zeigen, dass die Stärke des Magnetfelds eine entscheidende Rolle gespielt hat. Jupiter, der von einem starken Feld profitiert, hat wahrscheinlich eine magnetische Kavität in seiner Scheibe gebildet. Diese Zone könnte Monde wie Io, Europa und Ganymed eingefangen und erhalten haben. Im Gegensatz dazu hat Saturn, der mit einem anfangs weniger intensiven Feld ausgestattet war, keine solche Kavität erzeugt.
Dieses Modell bietet einen neuen Ansatz, um Exomonde zu untersuchen, diese Satelliten, die ferne Planeten umkreisen. Es legt nahe, dass Gasriesen von vergleichbarer oder größerer Größe als Jupiter kompakte Systeme mit mehreren Monden entwickeln könnten, während solche von der Größe Saturns tendenziell nur einen oder zwei beherbergen würden. Die Wissenschaftler planen, diese Arbeiten auf andere Systeme anzuwenden, auch über unsere Nachbarschaft hinaus.
Der Einfluss planetarer Magnetfelder
Die Magnetfelder der Planeten, die durch Bewegungen flüssiger Metalle in ihren Kernen erzeugt werden, wirken als unsichtbare Schilde, die mit ihrer Umgebung interagieren. Für Gasriesen wie Jupiter ist dieses Feld sehr mächtig und in der Lage, den Sonnenwind abzuwehren und die umgebende Materie zu formen. Diese magnetische Kraft kann spezifische Regionen wie Kavitäten in den Gas- und Staubscheiben erzeugen, die den jungen Planeten umgeben.
Diese magnetischen Kavitäten dienen als Schutzgebiete, in denen sich Partikel ansammeln können, ohne zerstreut zu werden. Für die Entstehung von Monden bedeutet dies, dass Materiebrocken geschützt vor Störungen leichter aggregieren und wachsen können. Das Modell zeigt, dass dieser Schutz notwendig war, um mehreren großen Monden Jupiters zu ermöglichen, zu bestehen und sich zu entwickeln.
Im Gegensatz dazu gelingt es einem schwächeren Magnetfeld, wie dem des Saturn in seinen frühen Jahren, nicht, eine solche Kavität einzurichten. Die Materialien der zirkumplanetaren Scheibe sind dann den Kräften, die sie zur Zerstreuung drängen, stärker ausgesetzt. Dies verringert die Möglichkeiten, dass mehrere große Monde entstehen und bestehen bleiben.
Astronomen können nun nach vergleichbaren Signaturen in den beobachteten Scheiben um Exoplaneten suchen und so den Weg zur Identifizierung neuer extrasolarer Satelliten ebnen.
Quelle: Nature Astronomy