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

56 III. Wissenschaftliche Arbeiten
heiß, wenn es auf den Stern trifft, noch heißer als es die
Sternenoberfläche sowieso schon ist. Dieses überheiße
Gas kann nun in machen jungen Sternen mit Scheiben
durch einen Überschuss an ultravioletter Strahlung beobachtet
werden, und für diese Objekte liegt es nahe,
dass zumindest der innere Teil der Scheibe turbulent ist.
Im äußeren Teil der Scheibe sind wir jedoch auf eine
Modellierung mit dem Computer angewiesen. Auch
hier konnte noch keine klare abschließende Antwort
über die Wetterbedingungen in der protoplanetaren
Scheibe gefunden werden. Derzeit denkt man an ähnliche
Verhältnisse wie auf der Erde. Manchmal ist es
windstill, und dann stürmt es wieder. Und wenn in
Florida ein Hurrikan wütet, dann kann in Heidelberg
zum gleichen Zeitpunkt sehr wohl die Sonne scheinen
und ein lindes Lüftchen wehen.
Abb. III.2.3: Diffusion von Staub in der magnetisch getriebenen
Turbulenz einer Protoplanetaren Scheibe (Gelb = hohe Staubdichte,
blau = niedrige Staubdichte). Dargestellt wird ein kleiner
würfelförmiger Ausschnitt aus der Akkretionsscheibe. Aus solchen
aufwendigen dreidimensionalen Turbulenzsimulationen
lässt sich die Verteilung von Staub in echten zirkumstellaren
Scheiben ableiten.
Die Turbulenz hat nicht nur Einfluss darauf, ob Staub
sedimentiert oder nicht, sie beeinflusst auch den
Wachstumsprozess selbst. So, wie die größten Hagelkörner
aus den stärksten Gewitterstürmen stammen, werden
die Staubklumpen, welche im solaren Nebel zur
Mittelebene sinken, größer sein, wenn die Scheibe
turbulent ist. Brocken sinken nicht nur zur Mittelebene
der Scheibe, sondern sie driften auch radial nach innen
auf den Stern zu. Man stößt in einer laminaren
Scheibe auf ein regelrechtes Ausregnen metergroßer
Objekte in den Mutterstern. Der Grund dafür liegt darin,
dass die Scheibe eine vertikale und radiale atmosphärische
Schichtung im Druck besitzt. Diese Schichtung
bestimmt die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe,
welche somit leicht langsamer als der Keplersche
Wert ist. So spüren die auf Keplerbahnen laufenden
Gesteinsbrocken einen Gegenwind, der sie nach innen
spiralisieren lässt, bis sie auf den Stern hernieder regnen.
Auch hier kann, ähnlich wie im Bild der Entstehung
von Hagelkörnern, die Turbulenz für eine derartige
Verzögerung im Niederschlag führen, dass die Brocken
bereits zu größeren Körpern gewachsen sind, das heißt zu
einer Größe, wo Gegenwind und Ausregnen keine Rolle
mehr spielen. All diese Untersuchungen sind natürlich
nur im Computer möglich. In Heidelberg untersuchen
wir derzeit, wie Staub in magnetischen Stürmen verwirbelt
wird (Abb. III.2.3). Unsere Simulationen lösen
die magneto-hydrodynamischen Gleichungen auf einem
Gitter und berechnen gleichzeitig die Bewegung der
Staubteilchen in der Turbulenz. Als Ergebnis erhalten wir
die Transporteigenschaften der Turbulenz für den Staub
in Form von Diffusionskoeffizienten. Solche Rechnungen
benötigen schon einige Wochen auf den schnellsten uns
zur Verfügung stehenden Großrechenanlagen.
Das Wachstum von Metern zu Kilometern und zu
Planetenkernen wird noch lange auf theoretische Modelle
beschränkt sein, denn alle diese Objekte entziehen sich
der Beobachtung. Erst das Ergebnis, nämlich ein junger
Planet, lässt sich wieder beobachten und kann als Test für
die Entwicklungsmodelle, die seine Entstehung beschreiben,
herangezogen werden.
Bilder neugeborener Planeten. Auf der Suche nach Planeten
in zirkumstellaren Scheiben
Ist es möglich, neugeborene oder auch ältere Planeten
in zirkumstellaren Gas- und Staubscheiben aufzuspüren?
Wie wir gesehen haben, werden zirkumstellare Scheiben
als eine natürliche Begleiterscheinung der Sternentstehung
angesehen – zumindest im Falle der Sterne
geringer und mittlerer Masse, der sogenannten T-Tauri-
und Herbig-Ae/Be-Sterne. Diese Scheiben stellen das
Material und die Umgebung zur Verfügung, aus dem und
in der sich Planeten bilden können.
Wenn man nun Strategien entwickeln möchte, um nach
Planeten am Ursprungsort ihrer Entstehung zu suchen,
muss man berücksichtigen, dass sowohl die zirkum-