Abenteuer Astronomie

Der differenzierte Aufbau der Erde ist kein Geheimnis. Der Erdkörper ist, idealisiert betrachtet, aus konzentrischen Kugelschalen aufgebaut, die jeweils aus Materialien deutlich unterschiedlicher Dichte bestehen. Die Kugelschale mit der geringsten Dichte liegt am weitesten außen und wird als Erdkruste bezeichnet. Die Kugelschale mit der größten Dichte, eigentlich eine Vollkugel, liegt im Zentrum des Erdkörpers und wird Erdkern genannt. Im Schwerefeld sind die Grenzflächen dieser Schalen leicht abgeplattet.

Die Dichteschichtung im Erdkörper geht einher mit einer chemischen Differenzierung, d.h., jede Kugelschale zeigt eine charakteristische chemische Zusammensetzung. Der Kern besitzt einen Radius von etwa 3450 km und erreicht damit etwa Marsgröße. Er besteht hauptsächlich aus Eisen und Nickel. Daran schließt sich nach außen der 2900 km mächtige Erdmantel aus Silikaten und -oxiden mit insgesamt hohem Anteil an Eisen und Magnesium an. Die äußere Hülle des Erdkörpers wird gebildet von der relativ dünnen (ca. 5–70 km) Kruste. Diese besteht ebenfalls vorwiegend aus Silikaten und Oxiden, jedoch mit geringerem Eisen- und Magnesium-Anteil sowie einem erhöhten Anteil an Aluminium und Elementen, die im Mantelgestein „unlöslich“ sind (sogenannte inkompatible Elemente). Mit ihrem Aufbau aus silikatischer Kruste und silikatischem Mantel sowie einem Eisenkern ist die Erde der Prototyp der vier terrestrischen Planeten des inneren Sonnensystems.

Doch gilt dieser Grundsatz auch für Erdgeschwister außerhalb des Sonnensystems? Besitzen erdähnliche Exoplaneten auch erdähnliche Kerne bzw. einen erdähnlichen inneren Aufbau? Massenabschätzungen von Elementen wie Silizium, Eisen oder auch Sauerstoff in nahen Sternsystemen deuten darauf hin, dass wenigstens gleichartig vergleichbares Baumaterial für die Planetenbildung in extrasolaren Systemen Verwendung findet.

Eine solche Grundannahme vorausgesetzt, zeigen numerische Simulationen eines Computermodells, welches ursprünglich zur Modulation von Berechnungen des Erdkerns entwickelt wurde, dass extrasolare Gesteinsplaneten, trotz ihrer Unterschiede von der Erde, zumindest in näherer Umgebung zum Sonnensystem zu einem überwiegenden Teil einen Kern aus Nickel und Eisen haben sollten, der rund 30 Prozent der Planetenmasse ausmacht, was der Größenordnung des Erdkerns entspricht. Alle Planeten sollten darüber hinaus auch über Mantel- und Krustenstrukturen verfügen. Als Kalkulationsgrundlagen dienten gut dokumentierte Fakten wie Größe und Masse von sechs Exogesteinsplaneten.

Die Ergebnisse allerdings müssen nicht auch genauso für Planeten anderer Galaxien gelten. Über deren Elementenverteilung gibt es derzeit noch zu wenig gesicherte Einschätzungen.  So könnte sich durchaus die Häufigkeit schwererer Elemente deutlich von den Bedingungen in unserer Nachbarschaft unterscheiden. Diese Fragen werden Gegenstand zukünftiger Untersuchungen werden.

Lars-C. Depka

Bericht: https://www.cfa.harvard.edu/news/2016-03