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Was verrät Argon auf Uranus und Neptun über die Herkunft der Eisriesen?
Was im Inneren von Uranus und Neptun steckt, ist nach wie vor unklar. Neue Modellrechnungen legen nahe, dass Argon-40 in ihren Atmosphären überwiegend aus der Entstehungszeit der Planeten stammen könnte und die Signatur ihres Gesteinsanteils überdeckt. Künftige Messungen könnten daher vor allem verraten, unter welchen Bedingungen ihre Bausteine entstanden.
Boulder (U.S.A.). Uranus und Neptun gelten als Eisriesen, doch ihr genauer Aufbau ist schwer zu bestimmen. Unter den dichten Atmosphären könnten sich andere Anteile von Gestein, Eis und Gas verbergen, als die geläufige Bezeichnung vermuten lässt.
Ein möglicher Schlüssel liegt in Edelgasen, die chemisch kaum reagieren und Spuren aus der frühen Planetenbildung bewahren können. Besonders das Isotop Argon-40 schien geeignet, Rückschlüsse auf radioaktive Prozesse im Gestein und damit auf die verborgene Gesteinsmasse zu ermöglichen.
Forscher des Southwest Research Institute (SwRI) um Dr. Olivier Mousis in Boulder haben nun untersucht, welche Herkunft des Argon-40 in beiden Planetenatmosphären überwiegen könnte. Dazu verband das Team Berechnungen der radioaktiven Argonproduktion mit einer Simulation der Gas- und Staubscheibe, aus der das Sonnensystem vor rund 4,6 Milliarden Jahren entstand.
Ein Teil des Argon-40 könnte schon bei der Entstehung der Planeten mit ihren Bausteinen eingelagert worden sein. Ein weiterer Anteil entsteht über Milliarden Jahre durch den Zerfall von Kalium-40 in Gestein und könnte aus dem Inneren in die Atmosphäre gelangen.
Als Maßstab für die Gesteinsmenge wäre Argon-40 nur dann zuverlässig, wenn sich beide Beiträge voneinander unterscheiden lassen. Wie viel ursprüngliches Argon ein Planet einsammelt, hängt aber auch von Temperatur, Entstehungsort und Transport der eisigen Partikel in der jungen Sonnenscheibe ab.
Der Modellvergleich spricht gegen eine einfache Deutung. Demnach gelangte bei der Entstehung möglicherweise so viel ursprüngliches Argon-40 in Uranus und Neptun, dass es den später durch radioaktiven Zerfall erzeugten Anteil deutlich überlagern würde.
Die Gesamtmenge des Edelgases wäre somit nur eingeschränkt geeignet, den Gesteinsanteil im Planeteninneren abzuschätzen. Auch zwei Planeten mit unterschiedlichen Gesteinsmassen könnten ähnliche Argonwerte aufweisen, wenn sie anfangs verschieden große Mengen des Gases aufgenommen haben.
„Wenn wir dies berücksichtigen, kommen wir zu dem Schluss, dass Messungen des atmosphärischen Argon-40 uns wahrscheinlich mehr über die Entstehungsbedingungen und die Geschichte der Planeten verraten als über ihr Gesteins- oder Eisinneres“, erklärt Dr. Olivier Mousis.
Eine frühere Modellüberlegung hatte dagegen hervorgehoben, dass aus dem Gestein freigesetztes Argon-40 einen Hinweis auf den inneren Aufbau liefern könnte. Die neue Auswertung zeigt, warum die ursprüngliche Beimischung bei einer solchen Interpretation nicht vernachlässigt werden darf.