Gasplanet

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Die vier Gasplaneten unseres Sonnensystems (von unten nach oben): Jupiter, Saturn , Uranus und Neptun

Gasplanet beziehungsweise Gasriese ist in der Astronomie ein gebräuchlicher Ausdruck für große Planeten, die vorwiegend aus leichten Elementen wie Wasserstoff und Helium bestehen. Sie weisen nur einen geringen Anteil an schwererem Material (Gestein, Metalle) und meist eine rasche Rotation auf.

Ihr Gegenstück sind die terrestrischen oder Gesteins-Planeten, die eine relativ hohe Dichte, eine feste Gesteinskruste und eine langsame Rotation aufweisen. In unserem Sonnensystem sind dies die 4 inneren Planeten (Merkur bis Mars), während die 4 Gasplaneten (Jupiter bis Neptun) die Sonne viel weiter außen umkreisen. Ob dies auch bei anderen Sternen und ihren Exoplaneten zutrifft, ist noch ungeklärt.

[Bearbeiten] Allgemeines

Gasplaneten haben keine feste Oberfläche, denn ihr gasförmiges Material wird mit zunehmender Tiefe nur deshalb dichter, weil es durch die darüber befindlichen Schichten komprimiert wird. Dennoch können diese Planeten einen festen Kern haben – und vermutlich ist solch ein Kern für ihre Entstehung sogar notwendig. Der Großteil der Planetenmasse besteht jedoch aus leichten Gasen, die im Innern aufgrund des hohen Drucks und niedriger Temperaturen in flüssigem oder festem Aggregatzustand vorliegen.

In unserem Sonnensystem gibt es vier Gasplaneten, die alle zu den äußeren Planeten zählen: Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Wegen ihrer grundsätzlichen Ähnlichkeit zu Jupiter werden Gasriesen häufig auch als jupiterähnliche oder iovianische Planeten bezeichnet. Über die ähnliche Zusammensetzung hinaus haben die 4 Riesenplaneten des Sonnensystems – im Unterschied zu den kleineren, terrestrischen Planeten aus Gestein und Metallen – alle ein mehr oder weniger ausgeprägtes Ringsystem und zahlreiche Satelliten.

Das Fehlen einer festen Oberfläche macht es zunächst schwierig, die Radien bzw. Durchmesser von Gasplaneten anzugeben. Wegen der nach unten kontinuierlich zunehmenden Dichte kann man aber jene Höhe berechnen, in der ein Luftdruck wie an der Erdoberfläche herrscht (im Meeresniveau 1 atm oder 1013 mbar). Denn was wir bei einem Blick auf Jupiter oder Saturn sehen, ist nur die Oberseite der Wolken hoch in ihren Atmosphären (knapp oberhalb der 1-atm-Höhe).

[Bearbeiten] Aufbau von Gasplaneten

Die Bezeichnung Gasriese ist ein wenig irreführend. Der Jupiter zum Beispiel hat eine dicke Atmosphäre, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, aber auch Spuren anderer Chemikalien wie Ammoniak enthält.

Der meiste Wasserstoff ist jedoch in flüssiger Form vorhanden, was die Hauptmasse des Planeten ausmacht. Die Zusammensetzung der anderen Gasriesen ist ähnlich, doch haben Uranus und Neptun mehr Anteile an Wasser (bzw. Eis), Ammoniak und Methan. Die tieferen Schichten des flüssigen Wasserstoffs stehen oft unter so starkem Druck, dass er metallische Eigenschaften bekommt. Metallischer Wasserstoff ist nur unter solch extremem Druck stabil.

[Bearbeiten] Exoplaneten und Zwergsterne

Viele der Exoplaneten, die in den letzten Jahren bei anderen Sternen entdeckt wurden, scheinen Gasriesen zu sein. Daher liegt die Vermutung nahe, dass diese Art von Planeten im Universum recht häufig ist. Allerdings konnte man bisher aufgrund der schwierigen Beobachtungstechnik ohnehin nur große Exoplaneten entdecken, sodass die vorhandenen Daten nicht repräsentativ sind.

Oberhalb von etwa der 13-fachen Masse des Jupiter, was 1,2 % der Sonnenmasse entspricht, setzen wegen der großen Hitze und des enormen Drucks im Inneren bereits erste Kernfusionsprozesse ein. Dies sind im wesentlichen

die Deuteriumfusion, bei der ab 13 Jupitermassen ein Deuteriumkern und ein Proton zu einem ³Heliumkern verschmelzen, sowie
die Lithiumfusion, bei der ab etwa 65 Jupitermassen bzw. Kerntemperaturen über 2 Millionen Kelvin ein ⁷Lithiumkern mit einem Proton reagiert.

Himmelskörper über 13 Jupitermassen (M_J) sind jedoch noch keine Sterne, sondern so genannte Braune Zwerge. In ihnen findet noch keine Wasserstoff-Helium-Fusion statt, die erst ab etwa 75 Jupitermassen einsetzt und die Hauptenergiequelle eines normalen Sterns ist. Nach der neueren Definition für Braune Zwerge durch Fusionsprozesse beträgt die Obergrenze für einen Planeten also 13 Jupitermassen. Hat ein Gasriese eine Masse über 13 M_J, beginnt die Gaskugel - im Gegensatz zu einem Planeten - aus sich heraus zu strahlen und wird bis etwa 70 M_J (7% der Sonnenmasse) als Brauner Zwerg bezeichnet. Noch massereichere Himmelskörper sind Sterne.