V Menschen und Ereignisse - Max-Planck-Institut für Astronomie

1.3mm 2.7mm
h (100AU) =15AU
h (100AU) =20AU
h (100AU) =25AU h (100AU) =25AU
b)
c)
h (100AU) =15AU
h (100AU) =20AU
III.2 Staub im Computer: Numerisches zur Entstehung von Planeten 55
Im Falle des Schmetterlingssterns (Abb. III.2.2) konnte
gezeigt werden, dass der Staub in der zirkumstellaren
Hülle und an der Scheibenoberfläche noch dem
interstellaren Staub gleicht, also keine Veränderung
erfahren hat. Dagegen sind die Staubteilchen in den dichten
Regionen im Scheibeninneren bereits um mehrere
Größenordnungen gewachsen – genau wie wir dies in der
ersten Phase der Planetenentstehung erwartet haben!
Computermodelle zur Verwirbelung des Staubes in einer
turbulenten Scheibe.
Das Erscheinungsbild der protoplanetaren Scheiben
hängt, wie wir nun wissen, von der Verteilung des
Staubes ab. Die Verteilung der Staubkörner wiederum
wird durch zwei Effekte beeinflusst. Zunächst sind das:
Wachstum und Transport.
Wachstum tritt auf, wenn zwei mikroskopische Staubkörner,
durch die Brownsche Bewegung angetrieben, miteinander
kollidieren. Die Körner haften dann sehr leicht
aneinander und bilden ein etwas größeres Staubkorn. Dabei
ändern sich die optischen Eigenschaften. Vereinfacht
gesagt, wird der Staub mit zunehmender Größe immer
schwerer nachweisbar. Einerseits spielt Streuung nur
eine Rolle, solange die Größe der Staubkörner nahe bei
der Größe der Lichtwellenlänge liegt, und zum anderen
nimmt die Opazität, das ist die schattenwerfende Fläche
eines Staubkorns im Vergleich zu seiner Masse, mit zunehmender
Partikelgröße ab. Große Staubteilchen bieten
bei gleicher Masse weniger Fläche, um Strahlung zu
absorbieren. Wenn der Staub von den photographischen
Aufnahmen verschwindet, so kann dies als Wachstum
interpretiert werden.
Eine zweite Erklärung für das Verschwinden des Staubes
ist jedoch das Sedimentieren zur Scheibenmittelebene
(Transport). In der windstillen Studierstube sinkt der
Hausstaub schnell herab und sammelt sich auf Tisch
und Büchern. Ein Orkan kann jedoch bewirken, dass
Sand über das Mittelmeer geblasen wird, dass Bäume
entwurzelt und Dächer abgedeckt werden. Staub kann
sich schon gar nicht mehr ablagern. Man sieht leicht,
dass es einen großen Unterschied für die Verteilung
des Staubes und auch größerer Brocken im protoplanetaren
Nebel macht, je nachdem, ob es in der Scheibe
ruhig (laminar) oder stürmisch (turbulent) hergeht. Die
Turbulenz in einer Scheibe lässt sich leider noch nicht
aus Beobachtungen ablesen. Es gibt nur einen sehr indirekten
Hinweis auf das Auftreten von Turbulenz, nämlich
den beobachteten Massenfluss aus der Scheibe auf den
Stern. Dieser wird in einer laminaren Scheibe durch das
fundamentale Prinzip der Drehimpulserhaltung verhindert.
So wie uns der Mond jahrein und jahraus umkreist,
kann auch das Scheibengas nicht einfach auf den Stern
fallen. Nur wenn das Scheibengas hochgradig turbulent
ist, dann kann der Drehimpuls durch die turbulente
Viskosität nach außen transportiert werden, und das Gas
fällt nach innen auf den Stern. Das Gas wird nun extrem