Planetenkern: Aufbau, Größe und Zusammensetzung der Planetenkerne

Planetenkern: Aufbau, Größe und Zusammensetzung verständlich erklärt — von Eisenerdkernen der Gesteinsplaneten bis zu massiven Kernen der Gasriesen. Fakten & Vergleiche.

Der Planetenkern ist die innerste Schicht eines Planeten. Bei den terrestrischen Planeten (Planeten mit felsiger Oberfläche) besteht der Kern überwiegend aus Eisen, oft mit Nickel und leichteren Beimischungen wie Schwefel, Silizium oder Sauerstoff. Kerne können in feste und flüssige Schichten gegliedert sein (etwa ein fester innerer und ein flüssiger äußerer Kern) oder weitgehend flüssig bzw. fest vorliegen; ihr Zustand hängt von Druck, Temperatur und chemischer Zusammensetzung ab. Der Erdkern ist ein typisches Beispiel: er besitzt einen flüssigen äußeren Kern und einen festen inneren Kern. Bei anderen Gesteinsplaneten zeigen sich unterschiedliche Zustände: die Datenlage hat sich in den letzten Jahren verbessert—so deuten seismische Messungen und Modellierungen darauf hin, dass der Kern des Mars größtenteils flüssig ist, während der Kern der Venus vermutlich ebenfalls teilweise geschmolzen sein könnte, aber kein globales Magnetfeld wie die Erde erzeugt (mögliche Gründe sind langsame Rotation oder fehlende konvektive Strömungen im Kern).

Aufbau und Zusammensetzung

Typischerweise bestehen Kerne terrestrischer Planeten hauptsächlich aus Eisen und Nickel, ergänzt durch leichtere Elemente (z. B. Schwefel, Kohlenstoff, Silizium, Sauerstoff), die den Schmelzpunkt und die Dichte beeinflussen. Unter den enormen Drücken im Inneren bilden sich besondere Phasen und Legierungen; beim Erdinneren führen hohe Drücke und Temperaturen zu einer festen Kristallisation im inneren Kern. Bei sehr massereichen Planeten entstehen zusätzlich Bereiche mit metallischem Wasserstoff (bei den Gasriesen) oder stark ionisierten „Eis“-Mischschichten (bei den Uranus- und Neptun-ähnlichen Planeten).

Größe und Beispiele

Die relative Größe des Kerns variiert stark mit der Planetengröße und -geschichte. Beispiele:

• Der Mond besitzt einen vergleichsweise kleinen Kern mit etwa 20 % seines Radius.
• Merkur hat einen ungewöhnlich großen Eisenkern – rund 75 % seines Radius – was ihn im Verhältnis zum gesamten Planetenkern sehr kernreich macht und vermutlich die Entstehungsgeschichte (z. B. starke Einschläge oder Mantelverlust) widerspiegelt.
• Der Erdkern reicht bis zu etwa 55 % des Erdradius (Kernradius ~3 480 km).
• Die Kerne des Mars und der Venus liegen in ähnlichen Größenordnungen relativ zur Planetengröße, mit Unsicherheiten je nach Messmethode.

Bei den Gasriesen ist die Kernmasse im Verhältnis zum Planetenradius sehr klein, die absolute Masse kann aber deutlich größer sein als die der Erde. Für den Jupiter (Hinweis: verschiedene Modelle liefern unterschiedliche Werte) liegen Schätzungen der Kernmasse in der Literatur oft im Bereich weniger bis einigen zehn Erdmassen; neuere Messungen (z. B. durch die Juno-Mission) deuten auf einen „verdünnten“ oder aufgeweichten Kern mit einer effektiven Masse von einigen bis ~20 Erdmassen hin. Damit kann ein Gasriesenkern zwar relativ klein im Radius erscheinen, aber dennoch mehrere Erdmassen umfassen.

Wie wir die Kerne untersuchen

Direkte Proben sind nur für die Erdkruste möglich. Die inneren Strukturen der anderen Körper werden indirekt bestimmt durch:

• Seismische Messungen (bei der Erde sehr detailliert, bei Mond und Mars durch Landersonden wie InSight eingeschränkt möglich)
• Gravitationsfeld- und Rotationsmessungen (Raumsonden liefern Informationen zur Massenverteilung und zum Trägheitsmoment)
• Magnetfeldbeobachtungen (zeigen, ob ein dynamoaktiver, konvektiver, leitfähiger Kern vorhanden ist)
• Laborexperimente und theoretische Modelle der Hochdruckphysik (um Verhalten von Eisen und anderen Materialien bei extremen Bedingungen zu verstehen)

Funktionen und Dynamik

Der Kern spielt eine zentrale Rolle für viele planetare Eigenschaften:

• Geodynamo und Magnetfeld: Konvektive Bewegungen in elektrisch leitfähigen, flüssigen Kernsitzungen erzeugen Magnetfelder (z. B. das Erdmagnetsfeld). Fehlt die nötige Konvektion oder Rotation, kann ein Planet trotz flüssigem Kern kein globales Magnetfeld haben.
• Wärmehaushalt: Abkühlung und Kristallisation im Kern liefern Wärme und beeinflussen Mantelkonvektion und Vulkanismus.
• Innerer Aufbau und Evolution: Das Wachstum eines festen inneren Kerns (wie bei der Erde) verändert chemische Zusammensetzung und Energiehaushalt und beeinflusst langfristig die Dynamik des Planeten.

Entstehung und kosmische Vielfalt

Planetkerne entstehen früh in der Planetenbildung durch Differentiation: dichtere metallische Bestandteile sinken zum Zentrum, leichtere Silikate verbleiben darüber. Kleinere Körper (Planetesimales, Asteroiden) können je nach Heizhistorie vollständig differenziert sein (mit einem metallischen Kern) oder undifferenziert bleiben. Meteoriten vom Typ der Eisenmeteoriten stammen meist aus freigelegten Kernen zerbrochener Planetesimale.

Zusammenfassend sind Planetkerne fundamental für die physikalische und magnetische Beschaffenheit von Planeten. Ihre genaue Größe, Zusammensetzung und ihr Zustand sind von Planet zu Planet sehr verschieden und werden mithilfe vieler Messmethoden und Modelle rekonstruiert.

Fragen und Antworten

F: Was ist der Planetenkern?

F: Was sind die terrestrischen Planeten?

F: Woraus bestehen die Kerne der terrestrischen Planeten hauptsächlich?

F: Sind die Kerne von Mars und Venus vermutlich vollständig fest oder teilweise flüssig?

F: Was sind die Gasriesen?

F: Haben Gasriesen einen Eisenkern?

F: Wie ist die Größe eines Planetenkerns im Vergleich zu anderen Planeten?

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