DFG Sonderforschungsbereich
SFB 963 - CRC 963
Die Erde ist einer der vier Gesteinsplaneten im Inneren unseres Sonnensystems, neben den äußeren Gas- und Eisplaneten. Solche Gesteinsplaneten sind recht häufig zu finden, in etwa jedem 5. bis 6. Sonnensystem. Deren Entstehung lässt sich gut in vier Abschnitten beschreiben - dazu hat Prof. Dr. Jürgen Blum eine sehr anschauliche, gut verständliche Vorlesung gehalten - vor einem interessierten jungen Publikum. Im Rahmen der Kinder-Uni an der TU Braunschweig ist diese 2013 aufgezeichnet worden.
Von Staubkörnern zu Staubklumpen
Zuerst brauchen wir viele (1040) kleine (1/1000 mm) Staubteilchen.
Diese haften aneinander, d. h. es gibt Anziehungskräfte zwischen Staubkörnern. Damit wachsen sie an. Theorie und Praxis (Simulation und Experiment im Film) zeigen dies gut.
Werden die Staubklumpen aber etwa 1 cm groß, prallen sie bloß leider voneinander ab, im gezeigten Experiment ist dies gut zu sehen. Damit lassen sich Staubklumpen mit maximaler Größe von 1 cm bilden. Ist dies geschehen, gibt es etwa 1028 davon.
Von Staubklumpen zu Planetesimalen
Nun ist die Erde aber größer als 1 cm - wie wachsen jetzt die 1 cm großen Staubklumpen weiter an? In ihrer aktuellen Größe würden sie durch den "Gegenwind" der anderen Teilchen abgebremst werden und spiralförmig ins Zentrum fallen.
Bildet sich aber zufällig ein Haufen, vermindert dies den "Gegenwind" den die einzelnen Teilchen spüren, und dadurch werden die Teilchen weniger abgebremst. Damit bleiben die Gruppenmitglieder besser auf einer Kreisbahn um ihre Sonne - und wachsen an, indem sie alle einzeln wandernden Staubklumpen aufsammeln.
Wenn die Haufen dann sehr groß geworden sind, werden sie durch die Schwerkraft zusammengehalten und bilden Planetesimale der Größe 1-10 km - davon gibt es jetzt etwa 1 Milliarde.
Video: Prof. Dr. J. Blum
Im Luftballon-Experiment ist gut zu sehen, dass der Haufen Luftballons schneller fällt als der einzelne mit Vorsprung. Dieser wird eingeholt und schließt sich der Gruppe an.
Siehe dazu auch Streaming Instability and Planet Formation
Von Planetesimalen zu planetaren Embryos
Jetzt laufen etwa 1 Milliarde Planetesimale um die Sonne, auf fast identischen Umlaufbahnen. Dabei kommt es zu Stößen, bei denen sie zu größeren Körpern verschmelzen - verstärkt durch Gravitationsfokussierung. Im Film ist dazu eine schöne Simulation mit 10 km-Würfeln zu sehen, die Gravitationswirkung wird durch ein kleines Experiment veranschaulicht.
Damit entsteht ein planetarer Embryo von etwa die Größe des Mondes bzw. 1/100 der Erdgröße daraus - etwa 2500 km. Davon existieren jetzt nur noch etwa 100 - Stöße gibt es jetzt kaum noch.
Von planetaren Embryos zu Planeten
Die Sonne ist jetzt schon vorhanden, das Gas (und damit der Gegenwind) ist weg. Langreichweitige Schwerkrafteinflüsse vergrößern die Exzentrizitäten der Umlaufbahnen, damit kommt es wieder zu Stößen und Verschmelzen der Körper. Am Ende dieses Prozesses ist ein erdähnlicher Planet entstanden.
Experimente zum Selbermachen
Einen vielfältigen Einblick in die Welt der TU Braunschweig gewährte der Tag der offenen Tür 2014. Neben Campusführungen und vielen Aktionen beteiligter Institute fanden auch unsere
Experimente zum Selbermachen einen würdigen Platz. Impressionen vom Tag finden Sie hier.
