Rostocker Physiker enträtseln Saturns Energiehaushalt

Ein Schlüsselproblem im Verständnis des Riesenplaneten Saturn haben Rostocker Physiker offenbar gelöst. Der Planet strahlt etwa doppelt soviel Energie ab wie er von der Sonne erhält. Bisher war es nicht gelungen, diese interne Energiequelle zweifelsfrei zu identifizieren. In der Fachzeitschrift Physical Review Letters berichten die Physiker Winfried Lorenzen, Bastian Holst und Ronald Redmer von der Universität Rostock, dass in einem großen Teil des Inneren von Saturn die Entmischung von Wasserstoff und Helium auftreten muss. "Diese beiden Hauptbestandteile der Planeten Jupiter und Saturn sind unter gewöhnlichen Bedingungen gut mischbar, verlieren diese Eigenschaft aber offenbar unter extremen Bedingungen oberhalb eines Drucks von etwa einer Million Atmosphären in Abhängigkeit von der Temperatur", erklärt Ronald Redmer, Professor für Theoretische Physik an der Universität Rostock.

Während die Bedingungen für Entmischung von Wasserstoff und Helium in Saturn ab diesem Druck bis hin zum Kern erfüllt sind, treffen sie im größeren und damit auch wärmerem Jupiter - wenn überhaupt - nur in einer kleinen Schicht zu. Infolge der Entmischung sinken Helium-Tröpfchen langsam in tiefere Schichten ab und geben dabei Gravitationsenergie frei. "Dieser bisher nur vermutete Prozess löst damit das Rätsel um die verborgene Energiequelle im Saturn", sagte Redmer.

Doktorand Winfried Lorenzen hatte sich bereits in seiner Diplomarbeit mit der Entmischung von Wasserstoff und Helium beschäftigt. Dazu hat er in der Arbeitsgruppe von Redmer aufwendige Molekulardynamik-Simulationen durchgeführt. "Nur durch den massiven Einsatz von Parallelrechnern waren diese Ergebnisse möglich", so Lorenzen. In Zusammenarbeit mit einem weiteren Doktoranden gelang auch die Aufklärung der physikalischen Ursache für die Entmischung von Wasserstoff und Helium. "Winfried Lorenzen und Bastian Holst konnten zeigen, dass Wasserstoff unter diesen extremen Bedingungen leitfähig wird wie ein Metall, während Helium nichtleitend bleibt", stellte Redmer fest.

"Dieses Ergebnis wird unser Verständnis des inneren Aufbaus von Saturn und ähnlicher extrasolarer Planeten enorm beeinflussen", sagte Nadine Nettelmann, die derzeit mit einer Arbeit über große Planeten an der Rostocker Alma Mater promoviert. Eine zentrale Frage ist in diesem Zusammenhang, ob die großen Planeten eine Schichtstruktur haben und in welcher Tiefe die Grenzen zwischen den Schichten liegen. Die nun veröffentlichten Ergebnisse erlauben dazu erstmals genaue Angaben.

Universität Rostock


Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Winfried Lorenzen, Bastian Holst, and Ronald Redmer: Demixing of Hydrogen and Helium at Megabar Pressures. Phys. Rev. Lett. 102, 115701 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.115701

AL