PLANETENENTSTEHUNG
Vom Staubkorn zum Planeten
Redaktion / idw / Universität Tübingen
astronews.com
8. November 2006

Wie wird aus winzigen Staubkörnern ein großer erdähnlicher Planet? Mit dieser - angesichts zahlreicher neu entdeckter Planetensysteme - äußerst aktuellen Frage will sich eine neu gegründete Forschergruppe in vier deutschen Universitätsstädten näher beschäftigen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft wird die Arbeiten in den nächsten drei Jahren mit 1,5 Millionen Euro unterstützen.

Hubble-Aufnahme der Staubscheiben um Beta Pictoris. Hier sind vermutlich schon Planeten entstanden. Foto: NASA, ESA, D. Golimowski (Johns Hopkins University), D. Ardila (IPAC), J. Krist (JPL), M. Clampin (GSFC), H. Ford (JHU), Garth Illingworth (UCO/Lick) and und das ACS Science Team [mehr über dieses Bild]

Die Entstehung von Planeten ist eine der Schlüsselfragen der modernen Astrophysik. Das rührt vor allem daher, dass die Frage nach der Planetenentstehung die Frage nach dem Ursprung des Lebens überhaupt auf der Erde einschließt. Mit der Entdeckung von bis jetzt 200 extrasolaren Planeten, die um sonnenähnliche Systeme kreisen, ist innerhalb der letzten Jahre das Interesse an solchen Himmelskörpern stark gestiegen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat vor kurzem entschieden, ein Forschungsvorhaben zur Planetenentstehung mit insgesamt rund 1,5 Millionen Euro für drei Jahre zu fördern. Bewilligt wurde eine Forschergruppe, welche die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern in neun Arbeitsgruppen an den vier Universitäten Tübingen, Heidelberg, Braunschweig und Münster vorsieht. Unter dem Namen "The Formation of Planets: The critical first Growth Phase" will man dem Phänomen der Planetenentstehung weiter auf den Grund gehen. Auch das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg ist an dem Projekt beteiligt; Sprecher der Forschergruppe ist Prof. Dr. Wilhelm Kley vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen.

Die Entstehung eines Planeten vollzieht sich parallel zur Entstehung eines Sterns. Ein Planet ist sozusagen ein Nebenprodukt, das bei der Entstehung eines Sterns entsteht. Sterne, wie die Sonne auch, sind bei ihrer Entstehung umgeben von einer so genannten protoplanetaren Scheibe, die in etwa den Ringen des Saturns ähnelt. Im Gegensatz zu diesen Ringen aber, die nur aus Staub und Eis bestehen, setzt sich die Scheibe eines jungen Sterns aus einer Mischung von Staub, Eis und Gas zusammen.

Der erste Schritt von den Bestandteilen der Scheibe hin zum Planeten ist die Gerinnung von Staubteilchen zu immer größeren Staubklumpen, auch Staubaggregate genannt. Auch Zusammenstöße zwischen den Partikeln führen dazu, dass sie aneinander haften und größere Brocken bilden. Diese vergrößern sich durch eine Sequenz von haftenden Stößen von einem Mikrometer bis hin zu vielen tausend Kilometern. Letzteres ist dann der fertige Planet.

Die Forschergruppe beschäftigt sich hauptsächlich mit dieser ersten Phase der Planetenentstehung, das heißt mit dem Wachstum von Staubteilchen. Dazu werden umfangreiche Experimente durchgeführt. An den Universitäten in Braunschweig und Münster werden seit einigen Jahren Partikel-Zusammenstöße im Labor simuliert. Dazu werden Aggregate, die aus Milliarden von Quarz-Kügelchen aufgebaut sind, mit Geschwindigkeiten von bis zu zehn Meter pro Sekunde aufeinander geschossen, und so ihre Haftungseigenschaften und die inneren physikalischen Eigenschaften der porösen Staubklumpen untersucht.

Die Forscher in Heidelberg widmen sich der Frage, wie sich die Zusammensetzung der Staubaggregate bei hohen Temperaturen verändert. Eine solche Veränderung kann Auswirkungen auf das Stoß-Verhalten haben. An der Universität Tübingen und am Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie wird erforscht, wie diese Erkenntnisse sich sowohl auf die Verteilung als auch auf die großräumige Bewegung der Partikel in der Scheibe auswirken und wie dies wiederum die Entstehung von Planeten beeinflusst. Zudem möchte man herausfinden, welche beobachtbaren Effekte man künftig mit astronomischen Methoden untersuchen kann.

Die gesamte Planetenbildung stellt sich als ein höchst komplexer Prozess dar, der verschiedene Aspekte der Physik, der Chemie, der Astronomie und der Mineralogie umfasst. Dem soll das interdisziplinär angelegte Forschungsprojekt Rechnung tragen.