Sternengeschichten Folge 706: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper

00:00:15: Sterningeschichten, Folge siebenhundert sechs.

00:00:18: Die Planetenlücke und schrumpfende Himmelskörper.

00:00:23: In dieser Folge der Sternengeschichten geht es nicht um etwas sondern um etwas wo nichts ist.

00:00:29: Es geht um eine Lücke Und zwar um die Planetenlücke oder die Fultenlücke.

00:00:35: Damit ist allerdings keine Lücke in einem Planetengemeid und auch Nicht Eine lücke zwischenplaneten denn Natürlich gibt's immer zwischen dem Planeten eines Planetensystems jede Menge leeren Weltraum.

00:00:46: Das ist normal und wie kein Thema für eine eigene Podcastfolge!

00:00:49: Die Lücke, um die es geht, ist eine, die sich nicht im echten Raum befindet sondern einer, die mit den Eigenschaften der Planeten zu tun hat.

00:00:58: Und um das zu verstehen müssen wir uns deshalb zuerst einmal anschauen was für Planeten es da im Universum gibt.

00:01:05: Fangen wir im Sonnensystem an... ...die acht Planeten, die wir haben, kennen wir alle Merkur Venus Erde Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

00:01:15: Merkur ist der Kleinste davon und Jupiter der Größte!

00:01:18: Und wenn ich jetzt und im Folgenden der Kleinste und der Größe sage dann beziehe ich mich auch tatsächlich auf die Größe also den Radius des Planeten.

00:01:28: oft bin ich und nicht nur ich allein da ja ein bisschen ungenau und meine einen Planet mit einer großen Masse wenn ich von einem großen Planeten spreche.

00:01:38: Gut, im Fall von Merkur und Jupiter wäre es egal.

00:01:40: Der Merkur ist auch der Planet mit der kleinsten Masse im Sonnensystem – und Jupiter, der mit der größten.

00:01:46: und ganz allgemein haben größere Planeten meistens eine größere Masse.

00:01:50: aber dieser Unterschied zwischen Größe und Masse, der ist hier durchaus relevant.

00:01:55: Ordnen wir jetzt also mal die Planeten des Sonnennsystems ihrer Größe nach!

00:02:00: Merkur hat Nullkommadreiecht Erdradien.

00:02:04: Dann kommt Mars mit Nullkomma Fünf Erdradien, also halb so groß wie die Erde.

00:02:08: Dann die Venus, die mit Nulla Komma Neun Vier-Erdradion fast zu groß wie der selbst ist.

00:02:13: Größer als die Erde ist Neptune mit Drei Komma Acht Erd Radien.

00:02:17: dann kommt Uranus mit dem vierfachen Erdradius und dann die beiden Riesen im Sonnensystem Saturn Und Jupiter Mit zirka dem zehnund Elffachen erdradios.

00:02:27: auf den ersten Blick ist daran jetzt nix besonders auffällig.

00:02:30: wir haben halt kleine Planeten und große Planete.

00:02:32: nun welche dazwischen?

00:02:34: Bei genauerer Betrachtung sieht man aber ein paar Besonderheiten.

00:02:37: Auf der einen Seite haben wir Planeten wie Mars, Venus und Erde die alle zwischen einem halben und dem ganzen Erdradius groß sind.

00:02:45: Und auf der anderen Seite die Eisriesen, Uranus-Neptun mit dem circa vierfachen Erdradius.

00:02:50: Warum wird diese Himmelskörper Eisriesen nennen?

00:02:53: Und sie von den noch größeren Gasriesen wie Jupiter und Saturn unterscheiden?

00:02:58: Das ist wieder eine ganz andere Geschichte, die auf eine andere Folge warten muss!

00:03:02: So oder so sehen wir eine Lücke, nämlich zwischen der Erde und Neptun.

00:03:07: Es gibt im Sonnensystem keine Planeten die doppelt- oder dreifachso groß sind wie die Erde – das muss es aber erstmal nix heißen, denn es gibt ja jede Menge Planeten außerhalb des Sonnendsystems auch!

00:03:19: Wir kennen Tausende davon und wissen dass da auch viele dabei sind, die wir in dieser Form nicht im Sonnensystem finden….

00:03:26: Zum Beispiel die Supererden, über die ich in Folge-Vierunddreißig der Sternengeschichten schon mal gesprochen habe.

00:03:33: Das sind Planeten, die mehr Masse und Achtung – jetzt geht es wirklich um die Masse – die mehr Masse als die Erde haben aber weniger als Neptun.

00:03:40: Diese Supererde sind dann auch tendenziell ein bisschen größer als die Erde bis zum einen halbfachen Radius ungefähr.

00:03:47: Und obwohl sie größer und massereicher als die erde sind, haben Sie immer noch eine feste Oberfläche einem Mantel aus Gestein so wie unser Planet auch.

00:03:55: Von denen haben wir da draußen im All schon einige entdeckt, genauso wie Subneptune oder Mini-Neptune.

00:04:03: Das sind Planeten, deren Radius kleiner ist als sehr das Neptuns und diese Planeten haben vermutlich auch einen felsigen Kern der von einer ausgedehnten Gashülle aus Wasserstoff von Helium geben ist so wie es auch bei Neptune passiert.

00:04:17: Es gibt also da draußen Planeten die größer als die Erde und kleiner als Neptun sind aber Und das ist der Punkt, um den es in dieser Folge geht.

00:04:26: Planeten können anscheinend nicht einfach irgendwelche Größen haben.

00:04:30: Nimmt man alle Planeten zusammen die wir kennen und schaut sich ihre Größe an dann findet man darunter viele kleine Planeten wie die Erde oder auch Supererden, die ein bisschen größer sind.

00:04:40: Man findet jede Menge grössere Planeten, wie Neptun und einen ganzen Haufen Mini-Neptune, die etwas kleiner sind.

00:04:47: Tatsächlich sind Mini-Neptune der häufigste Planetentypen in der Milchstraße, aber auch das ist wieder eine andere Geschichte.

00:04:54: Was wir aber nicht finden, sind Planeten mit einem Radius, der zwischen den einen Halbfachen und dem doppelten Erdradius liegt.

00:05:03: Das ist die Lücke um die es geht Und es ist tatsächlich eine Lücke.

00:05:07: Wir haben mittlerweile genug Planeten da draußen im Weltall gefunden.

00:05:11: Wenn diese fehlenden Planeten genauso häufig wären wie die anderen Dann hätten wir sie schon längst entdecken müssen.

00:05:17: Es ist auch kein Problem unserer Messgenauigkeit.

00:05:20: Natürlich ist es nicht einfach, die Größe eines Planeten zu bestimmen der einen anderen Stern umkreist.

00:05:27: Dazu müssen wir unter anderem wissen wie groß der Stern selbst ist.

00:05:30: aber auch da haben wir in den letzten Jahren immer genauere Daten gewonnen und die Lücke ist immer noch da.

00:05:36: aus irgendeinem Grund scheint das Universum was gegen Planeten zu haben die eineinhalb bis zweimal so groß wie die Erde sind.

00:05:43: Das erste Mal im Detailervorstand dargestellt, wurde die Lücke in der Verteilung der Planetengrößen im Jahr zwei Tausend Siebzehn in einer wissenschaftlichen Arbeit unter der Leitung des amerikanischen Astronomen Benjamin Falten.

00:05:56: Deswegen man die Planetenlücke oft auch als Faltengab oder als Faltenlücke bezeichnet und natürlich hat man sich seitdem jede Menge Gedanken darüber gemacht was die Ursache dafür sein könnte.

00:06:09: es wäre eigentlich überraschend wenn solche Planeten der fehlenden Größe überhaupt nicht entstehen könnten.

00:06:15: Nichts, was wir über die Entstehung vom Planetenwissen sagt uns, dass sich gerade Himmelskörper mit dem eineinhalb bis zweifachen Erdradius nicht bilden können!

00:06:24: Es ist viel wahrscheinlicher das die genauso entstehen wie die Planeten mit anderen Größen.

00:06:28: aber danach passiert irgendwas, was die Größeren von ihnen schrumpfen lässt... dass die Kleineren zu wachsen beginnen, ist eher unmöglich.

00:06:37: Es gibt kaum sinnvolle physikalische Prozesse, die dazu führen, das ein Planet größer wird – zumindest nicht die Art von Planeten, die uns hier interessieren!

00:06:46: Ein Gasplanet der kann sich zum Beispiel schon ausdehnen wenn er erwärmt wird aber ein Gesteinsplanet wie eine Super Erde, die kann nicht plötzlich auf die doppelte Größe anwachsen.

00:06:56: Wir suchen also nach Prozessen Die Planeten in der Lücke, also Planeten mit dem einen halb bis zweifachen Erdradius schrumpfen lassen.

00:07:05: Und es muss ein Prozess sein, der die größeren Himmelskörper also die Mini-Neptune nicht betrifft – denn sie bleiben ja übrig!

00:07:11: Aber alles was kleiner ist als ein Minineptun, muss durch diesem Prozess auf die Größe einer Supererde geschrumpft werden.

00:07:19: Wenn wir verstehen wollen, was hier passiert, müssen wir uns kurz noch einmal den Zusammenhang zwischen Planeten, Planetenentstehungen und Atmosphären anschauen.

00:07:28: Nur kurz aber das ist nötig wenn wir die Planetenlücke verstehen.

00:07:32: In der ursprünglichen Wolke aus Gas und Staub, aus der Planeten um einen jungen Stern herum entstehen befindet sich jede Menge Wasserstoff-und Helium.

00:07:41: Planeten deren Kern während der ersten Entstehungsphase groß genug geworden ist die haben auch eine große Masse und können mit ihrer deswegen starken Anziehungskraft auch große Mengen an Wasserstoff und Helium festhalten.

00:07:55: Die legen sich gewaltige Atmosphären zu so wie Jupiter oder Saturn.

00:08:00: Kleine Himmelskörper wie z.B.

00:08:02: die Erde können diese leicht flüchtigen Gase, wie Wasserstoff und Helium überhaupt nicht festhalten – und haben am Ende nur sehr dünne Atmosphärenschichten aus anderen Gasen!

00:08:12: Dazwischen sind Planeten wie Uranus- und Neptun, die Wasserstoff & Helium fest halten können aber nicht zu viel Biodpidronzatoren.

00:08:19: Die Mininetune haben noch weniger davon und die Planeten, die in unsere Lücke fallen würden?

00:08:25: Noch ein bisschen weniger….

00:08:27: kommt aber nicht nur auf die Masse an, ob ein Planet in der Atmosphäre halten kann sondern auch darauf was sein Stern macht.

00:08:35: Junge Sterne geben im Allgemeinen sehr viel mehr energiereiche Ultraviolettstrahlung ab als ein schon älterer Stern wie unsere Sonne und diese energierreiche Strahlung regt die Gasmoleküle einer Atmosfäre an.

00:08:50: sie bewegen sich dann noch schneller und können sich dadurch leichter aus der Anziehungskraft ihres Planeten lösen.

00:08:55: Der junge Stern ist quasi wie ein Sandstrahler, der die Atmosphären vom Planeten abträgt.

00:09:01: Es gibt aber noch einen zweiten Weg, wie Energie in eine Atmosphere gelangen kann – nämlich durch den Planeten selbst!

00:09:08: Junge Planeten sind noch sehr warm und haben noch viel thermische Energie in ihrem Inneren gespeichert und auch diese Energie geben sie ab und zwar ebenfalls in ihre Atmosfäre und auch dadurch können die Gasmoleküle angeregt werden.

00:09:23: Wenn sich die Wasserstoffheliumatmosphäre auf dieser Art ins All verflüchtigt, wird der Planet natürlich kleiner.

00:09:30: Denn diese Wasserstoff-Heliumatmosperen können sehr ausgedehnt sein – das ist nicht so was wie die dünne Luftschicht, die wir von der Erde gewohnt sind!

00:09:38: Selbst wenn nur ein bisschen vor dieser Atmosphere verloren geht, schrumpft sein Planet deutlich.

00:09:44: Er verliert aber auch Masse und hat es dadurch noch schwerer den Rest seiner Atmosphere festzuhalten….

00:09:50: Das ist ein Teufelskreis und am Ende hat der Planet seine ganze Wasserstoffhelium-Hülle verloren.

00:09:56: Und übrig bleibt nur der nackte Kern aus Gestein und Metall, also das was wir dann als Super Erde klassifizieren.

00:10:03: Auf solche Planeten kann sich im Laufe der Zeit mit einer anderen Atmosphäre entwickeln die nicht aus Wasserstoff und Helium besteht und nicht so leicht flüchtig ist Die größeren Planeten, also die Minineptone und die Eisresenbeneptonen Uranus sind von diesem Prozess nicht oder nur wenig betroffen.

00:10:19: Weil sie haben von Anfang an genug Masse um den Großteil ihrer Wasserstoff- und Heliumatmosphären trotz der Sternestrahlung und trotz eigenen inneren Wärme festzuhalten!

00:10:31: ihre atmosphärischen Hüllen überleben und so kriegen wir auf einer Seite eben genau diese Subniptune- und Eisriesen, und auf der anderen Seite Supererden- und Gesteinsplaneten wie die Erde.

00:10:44: Und dazwischen bleibt kaum was übrig – und genau das ist der Grund für die Lücke!

00:10:50: Ein junger Planet muss mit einer gewissen Grundmasse an Atmosphäre starten und es braucht dazu auch einen ausreichenden massereichen Kern um die festhalten zu können.

00:11:00: Dann schafft das auch, diese Atmosphäre zu behalten.

00:11:04: Ist die Grundmasse an Atmosphere aber zu gering?

00:11:07: Dann sorgen die gerade beschriebenen Prozesse dafür, dass er sie im Laufe der Zeit komplett verliert!

00:11:13: Viele der Supererden, die wir heute überall in der Milchstraße beobachten – die haben als Mini-Neptune begonnen – es aber nicht geschafft diesen Zustand aufrecht zu erhalten.

00:11:24: Wir wissen noch nicht genau welcher der beiden Prozisse Sternstrahlung bzw… Foto-Evaporation, wie es korrekt heißt oder die eigene innere Wärme der Planeten.

00:11:33: Welche der Prozesse wirklich für die Planetenlücke verantwortlich ist?

00:11:36: Vermutlich spielen beide eine Rolle.

00:11:38: Es ist auch noch nicht sicher ob die Subneptune, die ihre Atmosphäre verlieren am Ende wirklich zu Supererden werden Also großen Gesteinsplaneten mit fester Oberfläche Oder ob sich da doch was ganz anderes draus entwickelt das nur so groß wäre in der Super Erde aber ganz anders aufgebaut ist.

00:11:56: Wir müssen noch mehr Planeten, noch genauer beobachten und noch mehr Daten sammeln.

00:12:00: Es wird noch ein bisschen dauern bis wir wirklich verstanden haben was in der Planetenlücke passiert ist.

00:12:07: War allein aus der Tatsache ihrer Existenz wissen wir schon dass sehr viele Planeten eine sehr dramatische Jugend gehabt haben müssen.