Astronomie Die Planeten des Sonnensystems formten sich in zwei Wellen

Das Sonnensystem bildete sich in zwei Etappen: Die inneren Gesteinsplaneten formten sich etwa eine halbe Million Jahre früher als die Gas- und Eisriesen. Das zeigt ein Blick in das frühere Sonnensystem eines internationalen Teams mit Beteiligung von Zürcher Forschern.

Die inneren Planeten des Sonnensystems – Merkur, Venus, Erde und Mars – sind im Vergleich zu Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus relativ klein und trocken. Auch besitzen die äusseren Planeten viel mehr flüchtige Elemente wie Helium, Wasserstoff oder Kohlenstoff.

Die Forschenden der ETH und Universität Zürich liefern dafür nun mit Kollegen aus Deutschland und England anhand von Computersimulationen des frühen Sonnensystems eine Erklärung im Fachmagazin «Science». Und widersprechen damit dem gängigen Modell der Planetenentstehung, wie die ETH Zürich am Donnerstag mitteilte.

Radioaktives Isotop liess Wasser verdampfen

Demnach formten sich extrem früh die ersten Planetenbausteine des inneren Sonnensystems, als das Sonnensystem vor 4,5 Milliarden Jahren aus einer Gas- und Staubscheibe entstand. Die etwa 100 Kilometer grossen Urbrocken bestanden aus Eiskristallen, an denen ein Teil des Wasserdampfs auf Staubkörnern kondensierte.

Nur: Die Gasscheibe enthielt auch das radioaktive Isotop Aluminum-26, das die noch wasserreichen Brocken erbten und von innen aufheizte. Es bildete sich Lava und Wasser, welches durch die Hitze verdampfte.

Schnelle Planetenbildung im äusseren Sonnensystem

Danach war es während rund einer halben Million Jahre ruhig im Sonnensystem, bevor die zweite Welle der Planetenentstehung im äusseren Sonnensystem Fahrt aufnahm. Es bildeten sich neue Planetenbausteine aus Staubpartikel, die sich in Richtung Sonne bewegten und an der Grenze zwischen dem inneren und äusseren Sonnensystem aufgehalten wurden.

Ein grosser Teil des radioaktiven Isotops war da jedoch bereits zerfallen, sodass weniger flüchtige Elemente abdampfen konnten. Dies ebnete den Weg für die Entstehung der Gas- und Eisriesen.

«Die Bildung der Planeten im äusseren Sonnensystem begann später, war aber deutlich schneller beendet; die inneren Planeten brauchten wesentlich länger», erklärte der Erstautor der Studie, Tim Lichtenberg von der Uni Oxford.

Wassernachschub für die Erde

Im inneren Sonnensystem kollidierten die Planetenbausteine miteinander und wuchsen durch Ansammeln von Staubkörner zu ihrer heutigen Grösse und Zusammensetzung heran. Wahrscheinlich erhielt die Erde in der späten Phase zusätzlich wasserreichen Nachschub aus dem äusseren Sonnensystem, den Jupiter aufgrund seiner Schwerkraft ins Innere ablenkte.

Die Computersimulationen widerspiegeln gemäss der ETH Zürich die Daten von Meteoriten-Analysen und astronomischen Beobachtungen.