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Herzenssache, bevor es mit dem Thema los geht

Hier zwei Dinge, die mir absolut am Herzen liegen. Dafür muss zu aller Astronomie wirklich Zeit sein.

1. Eine Begleiterscheinung vieler Kriege, Hungersnöten und anderer Katastrophen sind Menschen, die von irgendwo nach woanders fliehen müssen. Sie versuchen neuen Fuß zu fassen und zu migrieren.
   Wir wissen alle, dass das nun innerhalb von Europa leider stattfindet. Ohne näher auf diese Misere eingehen zu wollen, möchte ich anmerken, dass jeder von uns etwas tun kann. Mit dem Gedanken, nichts ändern zu können in Lethargie zu verfallen, ist niemandem geholfen. Bitte überlegt euch, womit ihr euren Beitrag leisten könnt, um jenen fliehenden Menschen oder denen, die im Kriegsgebiet verharren müssen zu helfen. Welche Möglichkeiten es hier gibt, findet ihr leicht im Netz und in sonstigen Medien. Jede Hilfe zählt. Es muss nicht gleich eine Wohnung sein, die man zufällig gerade übrig hat…
2. Ein weiteres Anligen ist mir noch folgendes
   Alle wissen, dass ab Sonntag mehr oder weniger fast alle Corona-Regeln aufgehoben werden sollen. Manche Bundesländer, z. B. Baden-Württemberg rudern aber schon wieder etwas zurück, indem Teile der Maskenpflicht erhalten bleiben sollen.
   Ich für meinen Teil werde die Masken genau so konsequent tragen, wie in den letzten beiden Jahren. Ich muss nicht alles tun, was theoretisch wieder erlaubt wäre. Gerade wir Menschen mit Sehbeinträchtigung sollten uns überlegen, ob es ob der Tatsache, die Abstände richtig einhalten zu können, vernünftig ist, künftig überall, wo man darf, auf die Maske verzichten zu wollen. Das aber nur als Anmerkung. Jeder von uns muss das selbst verantworten und für sich entscheiden.
   Auf jeden Fall: Lasst euch bitte impfen, sofern noch nicht geschehen.

Vielen Dank für euer Verständnis dieser Anmerkungen.
Aber nun zum Thema der Himmelskörper mit Migrationshintergrund.

Was ist gemeint

Alles im Weltall bewegt sich irgendwie. Himmelskörper stoßen zusammen, Galaxien fliehen voneinander oder bewegen sich aufeinander zu. Alle Galaxien bewegen sich merkwürdigerweiße auf einen Punkt, den großen Attraktor zu, und, und, und.

Zum Anfang, als unser Sonnensystem vor 4,5 Milliarden Jahren entstand, gab es in unserem Sonnensystem etwas, das man die Migration von Planeten nennt. Kurz gesagt, waren die Planeten nicht immer von innen nach außen so aufgereiht, wie sie es heute sind.
Mit Migration ist daher gemeint, dass Planeten durchaus erheblich ihre Bahnen im Laufe der Zeit ändern können.

Lasst uns von dem guten alten Merksatz ausgehen, der Eselsbrücke für die Reihenfolge der Planeten:

Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten.

Seit Pluto kein Planet mehr ist, ich schrieb darüber in Der Planet, der keiner mehr sein darf, lautet der Satz:

Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unseren Nachthimmel.

Nun ist es aber so, dass die alte Version dieses Satzes nicht nur seit 2006 seine Gültigkeit verlor, sondern heute weiß man, dass er nach der Entstehung unseres Sonnensystems nicht die heutige Reihenfolge der Planeten beschrieb, und das nicht deshalb, weil man die Planeten um- oder anders benannt hätte, war ja noch niemand da, der Namen hätte geben können, sondern tatsächlich deshalb, weil sich manche Planeten auf anderen Bahnen befanden als heute. Sie sind woanders hin migriert.

Besonders die vier letzten Planeten, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun, befanden sich sehr wahrscheinlich auf anderen Bahnen in einer anderen Reihenfolge. Modelle besagen, dass sie ihre jetzigen Bahnen erst ungefähr nach siebenhundert Millionen von Jahren nach Entstehung der Sonne eingenommen haben. Wie das kam, ist eine sehr spannende Geschichte, die mit der Entstehung unseres Sonnensystems beginnt.

Exkurs über Sternen- und Planetenentstehung

Ein Stern entsteht, indem eine große Wolke aus Gas und Staub unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert. Ist die Materie, Wasserstoff, im inneren dieses Protosterns derart verdichtet, dass die Temperatur auf etwa zehn Millionen Grad ansteigt, dann beginnt Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen. Der Stern ist gestartet. Darüber werden wir in späteren Artikeln zu unserer Sonne noch genauer berichten.

Das übrige Material der Gas- und Staubwolke sammelt sich nun wegen seiner Rotation allmählich als protoplanetare Scheibe um den neuen Stern herum. Nun hat man also außen in einer Ebene eine Scheibe aus Staub und Gas, in deren Inneren der neue Stern sitzt, der entweder noch ein Protostern ist, bzw. sich schon langsam anschickt, sein Fusionskraftwerk zu zünden.
Mikro kleine Staubpartikel stoßen nun durch die Bewegung der Scheibe aneinander und verbacken und verkleben zu größeren „Bröckchen“. Sie halten entweder durch Ladung oder sonstige chemischen Prozesse zusammen. Dieses setzt sich nun mit den größeren Teilchenverbünden fort, die nun etwa zentimetergroß sind und mit der Gaswolke mit schwimmen.

Diese Teilchen stoßen nun ihrerseits wieder zusammen und verbinden sich zu größeren Körpern.
Ab einer Größe von etwa 10 m, entkoppeln diese Körper vom Gas der Wolke und besitzen nun derart viel Gravitation, und Trägheit dass sie sich selbstständig auf Kepler-Umlaufbahnenum den Stern bewegen können.

Desto weiter außen die Brocken sich befinden, desto langsamer bewegen sie sich um ihren Stern. Und nun nimmt die „Heimliche Herrscherin“, die Gravitation die Sache in die Hand. Diese Planetesimale können mit ihrer Schwerkraft nun wieder kleine Partikel an sich binden und noch wachsen. Als Planetesimale bezeichnet man diese Brocken ab etwa einer Größe von einem Kilometer Durchmesser. Diese stoßen nun ihrerseits zusammen und bilden Planeten aus Eis und Staub.

Somit räumen die massereicheren Brocken langsam in der Scheibe auf, ziehen die kleineren zu sich und bilden dann quasi einen „leeren“ streifen ohne Brocken. Mit dem verbleibenden Gas verhält es sich anders. Planeten mit weniger als ungefähr zehn Erdmassen haben eine zu geringe Gravitation, um das verbliebene Gas der Wolke an sich zu binden. Das dem so ist, können wir im Alltag erleben. Unsere mit Helium gefüllten Ballons würden nicht in die Höhe steigen, könnte die Erde mit ihrer Gravitation das Helium festhalten. Somit gibt es in unserer Atmosphäre quasi kein Helium, und den leichteren Wasserstoff auch höchstens in Spuren chemischer Reaktionen hier auf Erden. Die anderen Bestandteile unserer Atmosphäre sind deutlich schwerer als Helium und Wasserstoff. Deshalb kann diese unsere Erde festhalten.

Die Entwicklung derartiger Stein- und Eisplaneten ist somit erst mal abgeschlossen. Ob sich nachher Leben darauf bildet, ob sie Vulkanismus besitzen werden oder sonst was, spielt sich danach auf ihrer Oberfläche ab und hat im wesentlichen nichts mehr mit ihrer Entstehungsgeschichte, man könnte es auch Geburt nennen, zu tun.

Schwerere Planeten, also mehr als 10 Erdmassen können aber im Laufe der Zeit ob ihrer Gravitation bis zu einem vielfachen ihres eigenen Gewichtes Gas aus der verbliebenen Scheibe dauerhaft an sich binden. Auf diese Weise entstehen riesige Gasplaneten, die alle einen festen Kern besitzen. Beim größten Planeten des Sonnensystems, dem Jupiter entfallen etwa 95 % seiner Masse auf seine riesige Gashülle, bestehend aus Wasserstoff und Helium.

Nahm vorher die Dichte des Gases der Scheibe von innen nach außen ab, so ist sie nun dort, wo die Planeten ihre Bahnen ziehen stark ausgedünnt, vielleicht sogar leer. Außerdem befinden sich neben und um die Planeten herum noch diejenigen Brocken, die bisher noch nicht eingefangen wurden, bzw zu klein waren, um es zu erwachsenen Planeten geschafft zu haben. Das sind dann vor allem Asteroiden und Kometen. Nach zehn bis zwanzig Millionen Jahren ist nun das Gas der Scheibe aufgebraucht. Entweder es befindet sich in den Gasplaneten, oder es wurde vom Sternwind in den Raum gepustet. Es gibt auch noch andere Mechanismen, wie das Gas verloren gehen kann. Alle Phänomene der Planetenentstehung können aber so noch nicht erklärt werden.

Modellierungsprobleme

Somit wurden zunächst Modelle entwickelt, die die Masse und Elementverteilung im Sonnensystem oder sonstigen prä sstelaren Gaswolken zu erklären versuchen. Dabei geht man z. B. vom heutigen Zustand des Sonnensystems aus, und versucht mit all diesen Parametern so zu rechnen, damit man über Simulationen das Sonnensystem erhält, wie es damals gewesen sein könnte. Derartige Modelle setzen natürlich voraus, dass die Naturgesetze damals vor 4,5 Milliarden Jahren schon dieselben waren, wie wir sie heute kennen. Bisher spricht nichts dagegen. Das Universum bestand somit auch damals nicht aus einer Harry-Potter-Insel, auf welcher andere Gesetze gegolten haben.

Probleme bereiten aber bei diesen Modellen u. A. die Entstehung der Planeten Uranus und Neptun. Obwohl ihre festen Kerne größer als zehn Erdmassen sind, konnten sie so viel Wasserstoff und Helium an sich binden, das mindestens einer Erdmasse entspricht. Nach den Modellen können die beiden Planeten nicht so weit draußen entstanden sein, wo sie sich momentan befinden. Die Dichte der Gasscheibe wäre zu gering, damit die beiden überhaupt genügend Gas hätten ansammeln können. Selbst Jupiter, der deutlich näher an der Sonne ist, hätte auf dieser Bahn zu lange gebraucht, um zu dem zu werden, was er heute ist. Kurz um. Die Planeten können nicht dort entstanden sein, wo sie sich heute befinden. Die Planeten müssen viel näher an der Sonne herangewachsen sein. Dort, wo die Dichte der Gasscheibe deutlich höher war, und sie mehr Gas hätten einsammeln können. Danach muss es dann eine Umordnung der Planeten gegeben haben, Migration eben.

Das Nizza-Modell

2005 haben Wissenschaftler anhand des sog. Nizza-Modells versucht zu erklären, welche Ordnung das Sonnensystem früher hatte, und wie es sich zur heutigen Anordnung umsortiert hat. Ja, Astronomen machen manchmal schöne Dienstreisen. Außer dem Modell, dürften sie es auch sonst in Nizza schön gehabt haben.
Das Nizza-Modell nimmt an, dass die vier Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun ursprünglich auf nahezu kreisförmigen, kompakten Bahnorbits liefen. Außerdem geht es davon aus, dass bei der Planetenentstehung eine Scheibe von Planetesimalen entstand, die von außerhalb der Planetenorbits bis hinaus zu einer Entfernung von 35 AU (1 AU = Abstand Erde-sonne =150 Mio Kilometer))
reichte und eine Gesamtmasse von etwa 35 Erdmassen hatte.
Die Riesenplaneten des Sonnensystems streuten nun zunächst vereinzelt Planetesimale aus der Scheibe, indem sie diese Brocken durch ihre Schwerkraft heraus warfen.
Dabei wurde Drehimpuls übertragen, und die Bahnen der Planeten änderten sich leicht. Mit numerischen Simulationen kann gezeigt werden, dass dadurch Saturn, Uranus und Neptun langsam nach außen wanderten und Jupiter nach innen.
Nach ein paar hundert Millionen Jahren (500–800 Mio. nach Entstehung der Sonne) kam es zu einer 2:1-Resonanz zwischen Jupiter und Saturn. Das bedeutet, dass der innere der beiden die Sonne in der Zeit zweimal umrundet, die der äußere für einen Umlauf benötigt. Dadurch störten sich die beiden gravitativ derart, dass sich die Sache aufschaukelte.

Dadurch stiegen die Exzentrizitäten, und das System destabilisierte sich.
Die Exzentrität ist ein Maß dafür, wie stark die elliptische bahn von einer normalen Kreisbahn abweicht.

Die Planeten Saturn, Uranus und Neptun kamen einander und der Scheibe aus Planetesimalen nahe. Dadurch wurden die Planetesimale praktisch schlagartig zerstreut, ein Teil der Planetesimale flog in das innere Planetensystem und löste dort das Große Bombardement aus. Davon zeugen die Krater der Planeten Merkur, Venus und Mars. Auch die Erde besitzt derartige Krater, z. B. das Nördlinger Ries oder den Chicxulub-Krater, dessen Einschlag die Klima-Katastrophe ausgelöst haben soll, die für das Ende der Dinosaurier verantwortlich zeichnet.
In etwa 50 Prozent der simulierten Modelle kommt es dabei auch zu einem Platzwechsel zwischen den zwei äußersten Gasplaneten Uranus und Neptun
Nach etwa hundert Millionen Jahren erreichten die Planeten schließlich ihre heutigen Entfernungen, ihre Exzentrizitäten wurden gedämpft und das System stabilisierte sich wieder.
Neben den Positionen, Exzentrizitäten und Inklinationen der Riesenplaneten und dem großen Bombardement erklärt das Modell noch eine Reihe weitere Eigenschaften des heutigen Sonnensystems . So kann man beispielsweise die Bahnen und Herkunft von Monden erklären.
Unter Inklination versteht man den Winkel, in welchem die Planetenbahn zur Ekliptik gekippt ist.
Auch der Kuipergürtel wird mit diesem Modell plausibel. Er beschert uns immer wieder Kometen und befindet sich jenseits der Neptun-Bahn. Er enthält u. A. den Rest, der bei der Entstehung des Sonnensystems in keine Planeten eingebaut wurde.

Weitere Erklärungen des Modells waren spontan auf den ersten Blick auch für mich nicht ganz verständlich, weshalb ich hier mal darauf verzichte. Ist eh schon wieder zu lang geworden.

Auf jeden Fall wisst ihr jetzt, was Migration im All bedeutet. Und denkt doch bitte an meine Herzenssachen zum Anfang des Artikels.