Wie viel Gestein hat Jupiter „verschluckt“?

Jupiter ist ein Gasriese mit einer Masse, die etwa das 317,8-fache der Erde beträgt, und seine Atmosphäre hat eine Zusammensetzung, die typisch für Gas im Weltraum ist: fast 75 % Wasserstoff und fast 24 % Helium (kaum anders als das ursprüngliche Gas, das von der Big Knall). Sein Inneres enthält jedoch auch Gesteins- und Metallkomponenten.

Bis vor kurzem wurde angenommen, dass Jupiters felsiger und metallischer Kern ziemlich klein und kompakt sei. Verschiedene Modelle ergaben Schätzungen einer Kernmasse im Bereich von 7 bis 18 Erdmassen. Aber die Gravitationsdaten der Juno- Mission haben das Bild ziemlich radikal verändert. Es scheint, dass Jupiters Kern eher diffus als kompakt ist und sich verschwommen über fast den halben Radius des Planeten erstreckt! Gegenwärtig sind wir uns nicht ganz sicher, wie ein solcher Kern entstanden ist, aber die Haupthypothese ist, dass Jupiters Urkern durch ein extremes Einschlagsereignis zerschmettert wurde.

From Nature ,  DOI: 10.1038/s41586-019-1470-2 Die Bildung von Jupiters verdünntem Kern durch einen riesigen Einschlag von Shang-Fei Liu, Yasunori Hori, Andrea Isella:

Die Juno-Mission hat eine genaue Bestimmung des Gravitationsfeldes von Jupiter geliefert, die verwendet wurde, um Informationen über die Zusammensetzung und innere Struktur des Planeten zu erhalten. Mehrere Modelle von Jupiters Struktur, die zu den Daten der Sonde passen, deuten darauf hin, dass der Planet einen verdünnten Kern hat, mit einer Gesamtmasse schwerer Elemente im Bereich von zehn bis einigen zehn Erdmassen (etwa 5 bis 15 Prozent der Jupitermasse) und dass schwere Elemente (andere Elemente als Wasserstoff und Helium) in einer Region verteilt sind, die sich bis fast zum halben Jupiterradius erstreckt.

Planetenentstehungsmodelle zeigen, dass die meisten schweren Elemente während der frühen Stadien der Planetenentstehung akkretiert werden, um einen relativ kompakten Kern zu bilden, und dass fast keine Feststoffe während der anschließenden Akkretion von außer Kontrolle geratenem Gas akkretiert werden. Jupiters verdünnter Kern, kombiniert mit seiner möglichen hohen Anreicherung an schweren Elementen, stellt somit die Standardtheorie der Planetenentstehung in Frage.

Eine mögliche Erklärung ist die Erosion des anfänglich kompakten Kerns aus schweren Elementen, aber die Effizienz einer solchen Erosion ist ungewiss und hängt sowohl von der Unmischbarkeit schwerer Materialien in metallischem Wasserstoff als auch von der konvektiven Vermischung während der Entwicklung des Planeten ab. Ein weiterer Mechanismus, der diese Struktur erklären kann, ist die planetesimale Anreicherung und Verdampfung während des Bildungsprozesses, obwohl relevante Modelle typischerweise keinen ausgedehnten verdünnten Kern erzeugen können.

Hier zeigen wir, dass eine ausreichend energische Frontalkollision (Rieseneinschlag) zwischen einem großen Planetenembryo und dem Proto-Jupiter seinen ursprünglichen kompakten Kern hätte zertrümmern und die schweren Elemente mit der inneren Hülle vermischen können. Modelle eines solchen Szenarios führen zu einer internen Struktur, die mit einem verwässerten Kern übereinstimmt und über Milliarden von Jahren bestehen bleibt.

Wir vermuten, dass Kollisionen im jungen Sonnensystem üblich waren und dass ein ähnliches Ereignis möglicherweise auch für Saturn aufgetreten ist, was zu den strukturellen Unterschieden zwischen Jupiter und Saturn beigetragen hat.

Im Gegensatz dazu beträgt die aktuelle Gesamtmasse des Asteroidengürtels etwa 4 % der unseres Mondes, also knapp 0,05 % der Erdmasse. Zweifellos hat Jupiter im Laufe seines Lebens zahlreiche Asteroiden und Kometen verschluckt, aber selbst wenn er alle Asteroiden im Asteroidengürtel fressen würde, würde das nur weniger als 1 % seines gesamten Gesteins- und Metallgehalts ausmachen, verglichen mit dem ursprünglichen Gestein und Metall die es seit seiner Gründung hatte, einschließlich aller Gesteine ​​und Metalle, die es von dem von Liu et al.