Wenn ich irgendwo einen populärwissenschaftlichen Vortrag über Astronomie halte und dabei über die Planeten unseres Sonnensystems spreche, erwähne ich natürlich auch immer den fundamentalen Unterschied zwischen den beiden Planetenarten. Es gibt die “erdähnlichen” Himmelskörper die einen metallischen Kern und eine feste Oberfläche aus Gestein haben (Merkur, Venus, Erde, Mars) und die “Gasriesen”, die deutlich größer sind, fast komplett aus Gasen bestehen und keine feste Oberfläche haben (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun). Eine Frage, die mir dann sehr oft gestellt wird lautet: “Ist Jupiter wirklich nur eine große Kugel aus Gas oder ist da irgendwo unter den riesigen Gasschichten vielleicht doch noch eine feste Oberfläche?”
Es ist eine gute Frage und die Antwort darauf kennen wir noch nicht. Man darf nicht den Fehler machen und sich Gasriesen wie Jupiter oder Saturn einfach nur als Planeten vorstellen, die halt eine richtig dicke Atmosphäre haben. Das funktioniert bei kleinen Planeten wie der Erde oder der Venus. Aber Jupiter hat einen Radius von knapp 70.000 Kilometer! Er besteht zu ungefähr drei Viertel aus Wasserstoff; ein Viertel ist Helium und andere Elemente sind nur in Spuren vertreten. Aber all das Gas aus dem er besteht ist nicht einfach nur “Atmosphäre”. Je tiefer man in die Gasschichten von Jupiter eindringt, desto stärker wird der Druck, der auf einem lastet. Irgendwann wird der Druck so hoch, dass der Wasserstoff vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergeht. Auch das darf man sich nicht so vorstellen wie ein “Ozean” aus flüssigem Wasserstoff über dem eine dichte Schicht aus Wasserstoffwolken liegt. An einem gewissen kritischen Punkt gibt es keinen Unterschied zwischen “flüssig” und “gasförmig” und im Inneren des Jupiters gibt es keine klar definierte Grenzfläche an der Gase auf Flüssigkeiten treffen.
Was wirklich im Inneren der Gasplaneten vorgeht, wissen wir noch nicht… (Bild: Lunar and Planetary Institute)
Noch näher am Zentrum von Jupiter wird der Druck so hoch, dass der Wasserstoff “metallisch” wird. Das heißt aber nicht, dass der Wasserstoff sich jetzt plötzlich in ein eisenähnliches und eisenhartes Material verwandelt. Wasserstoff steht zwar im Periodensystem der Elemente in der gleichen Gruppe wie die Alkalimetall Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium – ist aber selbst weit davon entfernt ein Alkalimetall zu sein. 1935 hat allerdings der Chemiker Eugene Wigner vorhergesagt, dass Wasserstoffatome unter enorm großen Druck (bei ungefähr 30 Gigapascal) die Kontrolle über ihr einziges Hüllenelektron verlieren. In diesem Zustand können sich die Elektronen des Wasserstoffs dann frei bewegen und er wird elektrisch leitfähig. Das nennt man dann “metallischen Wasserstoff”. Bis jetzt ist es noch nicht gelungen, so einen Zustand im Labor zu erzeugen (eventuell gelang es im Jahr 2011; aber da streiten die Wissenschaftler noch ob es wirklich geklappt hat) – aber im Inneren des Jupiters müssten die Bedingungen eigentlich genau diesen metallischen Wasserstoff erzeugen.
Was darunter liegt ist aber noch viel spekulativer. Ein Kern aus Metall; ein Kern aus Gestein; ein Kern aus einer Mischung verschiedenster schwerer Elemente… es gibt viele Möglichkeiten und wir wissen es derzeit noch nicht genau. Aber das könnte sich ändern, wenn die Raumsonde Juno im Jahr 2016 den Jupiter erreicht (Juno hat sich ja erst kürzlich bei der Erde Schwung für die letzte Etappe der Reise geholt). Wie genau Juno dann das Innere des Jupiters erforschen wird, erklärt der wunderbare Bill Nye in diesem wunderbaren Video:
P.S. Ich bin leider nicht wirklich musikalisch – aber wenn, dann würde ich definitiv eine Band namens “Christian Doppler and the Effects” gründen!
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