Im Inneren des Gasplaneten Jupiter entwickelt nicht nur das Element Wasserstoff, sondern auch das Edelgas Helium metallische Eigenschaften. Anders als bislang gedacht erleichtern die hohen Temperaturen im Zentrum von Jupiter den Übergang zum metallischen Zustand, ergaben Computersimulationen von Lars Stixrude und Raymond Jeanloz.
Die physikalischen Bedingungen im Zentrum von Gasriesen wie Jupiter oder Saturn sind extrem: Der Druck dort ist 70-millionenmal so hoch wie der Atmosphärendruck, die Temperaturen liegen bei 10.000 bis 20.000 Grad Celsius. Das Element Wasserstoff, der Hauptbestandteil der Gasplaneten, verhält sich unter diesen Bedingungen wie ein flüssiges Metall, das den elektrischen Strom gut leitet. “Man kann sich solch eine Flüssigkeit so ähnlich wie Quecksilber vorstellen, bloß nicht so glänzend”, erläutert Raymond Jeanloz. Bislang gingen Physiker davon aus, dass sich der Übergang zum Metall bei Helium, dem zweithäufigsten Element, erst bei einem wesentlich höheren Druck vollzieht, als er im Zentrum von Jupiter erreicht wird.
Stixrude und Jeanloz stellten nun aber fest, dass hohe Temperaturen die Beweglichkeit der Elektronen nicht etwa behindern, sondern begünstigen. “Hohe Temperaturen lassen die Atome herumwackeln”, erläutert Jeanloz, “deshalb dachte man, dass erhöhte Temperaturen die Elektronen abstoßen würden, so dass sie sich innerhalb der Flüssigkeit nicht leicht bewegen können.” Die Berechnungen der Forscher ergaben aber, dass die Atombewegungen neue Wege für die Elektronen eröffnen.
Das hat vor allem Auswirkungen auf das Bild, das sich Forscher vom Kern der Riesenplaneten machen. Helium galt bisher als elektrischer Isolator, und außerdem als mögliche Energiequelle. Jupiter strahlt mehr Energie in Form von Wärme ab, als er von der Sonne aufnimmt. Durch welchen Prozess der Planet selbst Energie erzeugt, ist unklar. Einer Theorie zufolge könnte Helium in der äußeren Atmosphäre Jupiters kondensieren. Wenn die entstehenden Regentropfen wieder zum Kern hinabfallen, würde dabei potenzielle Energie frei.
Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen nun aber, dass sich die beiden flüssigen Metalle mischen und eine Art Legierung bilden könnten. Stixrude kommentiert: “Nun müssen wir woanders nach der Energiequelle suchen.”
Lars Stixrude und Raymond Jeanloz (University College London, Großbritannien): PNAS, Online-Vorabveröffentlichung Ute Kehse
