Lasergestützte Hochdrucktechnologie ermöglicht Blick ins Planeteninnere
Forscher reproduzieren die extremen Druck- und Temperaturverhältnisse in Riesenplaneten und bei der Planetenentstehung.
Mittels lasergestützter Hochdrucktechnologie ist es einer internationalen Forschungsgruppe gelungen, die tief im Inneren von Riesenplaneten und Supererden herrschenden Druckverhältnisse nachzuahmen. Zudem konnten sie Druckverhältnisse erzeugen, die bei der Entstehung erdähnlicher Planeten auftreten.
Abb.: Künstlerische Darstellung der Entstehung eines Planeten. (Bild: L. Calçada, ESO)
Um neue Erkenntnissen über die Struktur, die Zusammensetzung und die Entwicklung von Riesenplaneten und Supererden zu erlangen, ist eine möglichst genaue Kenntnis der Eigenschaften und Verhaltensweisen von Eisen, Magnesiumoxid und Silikaten erforderlich. Denn vor allem aus diesen Materialien setzt sich das Innere von großen Planeten zusammen. Insbesondere ist es wichtig zu wissen, wie diese Hauptbestandteile sich bei extrem hohen Drücken und Temperaturen verhalten. Denn die unter Extrembedingungen ausgelösten Schmelzprozesse haben einen entscheidenden Einfluss auf die physikalische und chemische Entwicklung des Planeteninneren. Sobald ein erdähnlicher Planet entstanden ist und seine Bestandteile sich noch im geschmolzenen Zustand befinden, differenzieren sich die Materialien des Planeten aus: in einen metallischen Kern, einen Mantel aus Felsgestein und eine umgebende Atmosphäre. Diese Ausdifferenzierung wird durch Gravitationskräfte ermöglicht und vorangetrieben.
Mithilfe der lasergetriebenen Schockkompression und einer ultraschnellen Diagnostik hat die Forschungsgruppe das Schmelzverhalten von Siliziumdioxid genauer bestimmt. Der Schmelzpunkt ist bei einem Druck von rund fünf Millionen Atmosphären erreicht. Ein vergleichbar hoher Druck ist im Inneren einer Supererde, die das Fünffache der Erdmasse besitzt, an der Grenze vom Mantel zum Kern gegeben; ebenso auch im Inneren der Planeten Uranus und Neptun.
„Die erzielten Messdaten unterstützen insgesamt die Vermutung, dass Mantelsilikate einerseits und der metallische Planetenkern andererseits bei Drücken oberhalb von 300 bis 500 Gigapascal vergleichbare Schmelzpunkte haben“, erklärt Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth und fährt fort: „Es ist gut möglich, dass große felsige Planeten in ihrem Inneren sehr alte Ozeane aus Magma – nämlich aus geschmolzenem Felsgestein – beherbergen. Magnetfelder von Planeten könnten sich in dieser flüssigen Felsschicht herausgebildet haben.“
UBT / RK
