Was ist der Grund, warum die Jupiter-Planeten in absteigender Reihenfolge ihrer Größe angeordnet sind?

Seit der anfänglichen Entstehung des Sonnensystems und nach der anfänglichen Massenbildung jedes der Planeten wollen wir sehen, was wir aus den Gesetzen der Physik ableiten können.

Jede Masse, die sich auf irgendeinem Planeten weiter ansammeln könnte, müsste von 3 Orten kommen:

1. In unmittelbarer Nähe der Umlaufbahn des Planeten.

2. Von außerhalb des Sonnensystems und zusätzliche Pluto-Kuiper-Gürtel-Objekte.

3. Von der Sonne als Sonnenwind.

Wir können vermuten, dass die Planeten in den ersten 200 Millionen bis einer halben Milliarde Jahren im Leben des Sonnensystems am meisten an Masse gewachsen wären, indem sie (1) die Asteroiden und Trümmer in ihrer Umlaufbahn und Umgebung weggefegt hätten. Tatsächlich zieht Jupiter mit seiner riesigen Masse bis heute in geringerem Maße streunende Asteroiden weg.

Die gelegentlichen Begegnungen mit Objekten, die von (2) außerhalb des Sonnensystems kommen, sind zu selten und liegen zu weit auseinander, um von Bedeutung zu sein. Auch die kosmische Strahlung von außerhalb des Sonnensystems ist für den Massenzuwachs nicht von Bedeutung.

Bleibt (3) der Sonnenwind. Ob ein Planet durch den Sonnenwind Masse gewinnt oder verliert, ist ein Gleichgewicht zwischen der

(a) Gravitationsfluchtgeschwindigkeit des Planeten, die direkt proportional zur Masse des Planeten ist

(b) Durchschnittliche Temperatur der Oberfläche und Atmosphäre des Planeten

(c) Durchschnittsgeschwindigkeit oder kinetische Energie der Teilchen aus dem Sonnenwind

(d) Intensität des Magnetfelds des Planeten.

(e) Intensität des Sonnenwindes, der umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Sonne ist.

Der (e)-Faktor war und ist viel zu stark, als dass die inneren 4 Planeten durch den Sonnenwind Masse gewinnen könnten. Dass die Fluchtgeschwindigkeit zu gering wäre, um die Atmosphäre mit dem anhaltenden Angriff des Sonnenwinds zu halten, wie es bei Merkur und unserem Mond der Fall ist. Wir können der Magnetosphäre der Erde dafür danken, dass sie unsere Atmosphäre vor dem Sonnenwind bewahrt hat.

Wenn wir nun die Umlaufbahn des Jupiter erreichen, etwa 10 AE, ist die Intensität des Sonnenwinds ein Hundertstel dessen, was er auf der Erde ist. Der Sonnenwind, der Jupiter erreicht, wird durch das sehr starke Magnetfeld des Jupiter abgebremst und in Richtung der Pole abgelenkt. Und da die Fluchtgeschwindigkeit aufgrund der Masse des Jupiters so hoch ist, wird der größte Teil des Sonnenwinds vom Jupiter absorbiert, was im Laufe der Zeit zu einem Massengewinn durch den Sonnenwind führt. Nicht einmal Wasserstoff kann der Gravitation des Jupiters entkommen.

Der gleiche Nettogewinn durch Sonnenwind gilt für die nächsten 3 Gasriesen Saturn, Uranus und Neptun. Da diese damit weiter weg sind, ist die Sonnenwindintensität entsprechend geringer. Alle drei haben aufgrund ihrer Größe immer noch eine hohe gravitative Fluchtgeschwindigkeit und die weiter außen liegenden haben eine sehr niedrige Oberflächentemperatur, sodass die Gase nicht genug durchschnittliche Energie haben, um zu entkommen.

Wenn wir uns weiter vom Jupiter entfernen, spielt sich die gleiche Dynamik des Massengewinns durch eingefangenen Sonnenwind ab, wenn auch aufgrund der Entfernung von der Sonne immer weniger.

Während der Sonnenwind für die Zwecke des planetaren Massengewinns jetzt unbedeutend erscheinen mag, müssen wir verstehen, dass dies früher nicht der Fall war. Und über 5 Milliarden Jahre kann auf diese Weise viel Masse gewonnen werden.