Planetenklassifikation

Planeten zu klassifizieren ist schwierig - einerseits kennen wir heute (Frühling 2006) "nur" rund 170 Planeten ausserhalb des Sonnensystems (sogenannte Exoplaneten) sowie 8 Planeten innerhalb des Sonnensystems. Nur die Planeten unseres Sonnensystems können wir eingehend untersuchen - und jeder ist verschieden. Definiert denn nun jeder Planet eine eigene "Klasse" von Planeten? Eine Zeit lang hatte man dies versucht: Aus extrasolaren Gasplaneten, die ihren Stern in grosser Nähe umkreisen, wurden "HotJupiters" (heisse Jupiter), wenn sie ungefähr die Masse Jupiters hatten, oder "HotNeptunes" (heisse Neptune), wenn sie die Masse des Neptuns hatten. Riesige terrestrische Planeten, die kürzlich entdeckt wurden, werden dann "Super-Erden" genannt, und so weiter. Diese Bezeichnungen, genauso wie "exzentrischer Gasriese" für Gasriesen auf stark exzentrischen Bahnen, wie wir sie in unserem Sonnensystem nicht kennen, sind kurzsichtig und unscharf definiert - so ist etwa die Grenze, ab wann ein Gasriese nicht mehr als "Hot Jupiter" gilt, gar nicht festgelegt. In einem zweiten Schritt wurde dann versucht, die Planeten unseres Sonnensystems in eine sinnvolle "chemische" Klassifizierung einzufügen.

In einer bemerkenswerten Arbeit von Sudarsky et al. wurden die bisher bekannten extrasolaren Planeten anhand ihrer Atmosphärenchemie in verschiedene Klassen (0 bis V) eingeteilt. Die Darstellung der Planeten, wie sie aus dieser Arbeit hervor geht, wurde auf dieser Webseite zur Darstellung der Planeten verwendet.

Von Felsplaneten und Gasplaneten

Diese Klassifikation kann als die "Klassische" bezeichnet werden. Sie findet sich wohl in allen Schulbüchern: Das Sonnensystem enthält demnach zwei (oder drei) Arten von Planeten: Felsplaneten, die aus Gestein bestehen (manchmal auch terrestrische (=erdähnliche) Planeten genannt) und Gasplaneten, die aus Gasen bestehen (manchmal auch jovianische (=jupiterähnliche) Planeten genannt), manchmal wird Pluto als Spezialfall eines Eisplaneten (weil er neben Gestein auch grosse Anteile an Eis enthält).



So zählen der Merkur, die Venus, die Erde, der Mars zu den Felsplaneten, während Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu den Gasplaneten (oder Gasriesen) gehören. Felsplaneten kreisen nahe um den Stern um die Sonne, Gasplaneten weiter draussen.

Jahrzehntelang war dieses einfache Schema anwendbar - die Felsplaneten und Gasplaneten unterscheiden sich in unserem Sonnensystem so eindeutig voneinander, sowohl hinsichtlich der Chemie, als auch hinsichtlich der Position, die sie Sonnensystem einnahmen, dass es klar war, dass sie zwei verschiedene Arten von Planeten darstellen.

Mit Pluto wurde es schon wieder etwas komplizierter. Dazu kamen die vielen neuen Extrasolaren Planeten, die sich nicht alle einfach in dieses Schema integrieren lassen: einige haben eine Masse, bei der es unsicher ist, ob sie über eine feste Oberfläche verfügen oder nicht. Zudem möchte man innerhalb der Felsplaneten schon etwas mehr differenzieren: warum etwa ist Merkur so dicht, und wie passen die Monde der grossen Planeten in dieses Schema?

Eine Frage von Eisen, Silikaten, Wasser und Wasserstoff

Bei diesem Klassifikationsschema blendet man die äussere Erscheinung des Planeten völlig aus und konzentriert sich nur auf seine chemische Zusammensetzung. Man benützt dazu dreieckige Diagramme - die Position eines Planeten innerhalb des Diagramms gibt Auskunft darüber, aus welchen Stoffen er zusammengesetzt ist. Je näher er zu einer mit einem Stoff bezeichneten Ecke liegt, desto mehr dieses Stoffes hat er in sich. Je näher ein Planet beim gegenüberliegenden Rand des Stoffes liegt, desto weniger dieses Stoffes hat er in sich. So ist etwa auf dem Diagramm für die terrestrischen Planeten zu erkennen, dass Merkur zu einem grösseren Teil aus Eisen zusammengesetzt ist als die Erde oder gar der Mars. Aber alle drei enthalten relativ wenig Wasser (oder Wassereis), verglichen mit den grossen Monden der Gasriesen oder gar dem Saturnmond Enceladus, der fast nur aus Eis besteht.



Gemäss dieser Tabelle werden dann verschiedene Typen von Planetaren Körpern (Planeten und Monde) definiert:

1. Metallische Planeten: Dies wären Planeten, die in der Nähe der Eisen-Ecke liegen. Wir kennen kein solches Beispiel, der Planet Merkur kommt diesen aber noch am nächsten.

2. Metallosilikatische Planeten: Dies sind Planeten, die grosse Anteile an Eisen haben, aber die Silikate (Gesteine) überwiegen. Dies trifft auf Merkur, die Venus und die Erde zu.

3. Silikatische Planeten: Dies sind Planeten oder Monde, die fast nur aus Silikaten bestehen und kaum einen Eisenkern oder grosse Mengen an Wasser aufweisen. Beispiele wären der Mars oder der Erdmond, aber auch die inneren Jupitermonde Europa und Io.

4. Hydrosilikatische Planeten: Diese Planeten oder Monde haben grosse Anteile an Wasser, aber fast kein Eisen. Dazu gehören etwa die eisigen grossen Monde des Jupiters Ganymed und Kallisto, aber auch der Saturnmond Titan und der "Planet" Pluto.

5. Eisplaneten: Diese Objekte haben nur geringe Anteile an Silikaten - ihre Dichte liegt nahe an jener von Wassereis, etwa 1 g/cm^3. Ein Beispiel wäre der Saturnmond Enceladus.

Offenbar gibt es keine "hydrometallischen Planeten", da diese Kombination bei der Bildung des Sonnensystems wenig wahrscheinlich ist.

Dieses Schema gilt aber nur für die Objekte, die nur geringe Mengen an Wasserstoff aufweisen - also für die kleinen Körper. Bei grossen Objekten muss man den molekularen Wasserstoff als wichtigen Bestandteil des Planeten ansehen. Deshalb gibt es für die Gasriesen ein ähnliches Diagramm:



Auf diesem Diagramm ist ersichtlich, dass Jupiter und Saturn vor allem aus Wasserstoff bestehen, während Uranus und Neptun auch grosse Anteile an Eis (nicht nur Wassereis, sondern auch Ammoniakeis, Methaneis und weitere Eise flüchtiger Stoffe) enthalten. Die Objekte im oberen Bereich werden deshalb oft auch als Gasriesen bezeichnet, während jene im unteren linken Bereich als Eisriesen bezeichnet werden. Felsriesen, die auch grosse Anteile an Silikaten haben, gibt es in unserem Sonnensystem nicht, aber einige Exoplaneten würden wohl in diese Klasse fallen, etwa Gliese876_d.

Die Sudarsky-Klassifikation

Angesichts der Probleme, Planeten, die man nicht aus der Nähe untersuchen kann (wie die Exoplaneten) irgendwie sinnvoll zusammenzufügen, wurden in den letzten Jahren viele Versuche unternommen, die beobachteten Planeten in ein sinnvolles System einzubinden, das auch die Planeten des Sonnensystem vernünftig beschreibt. Dies wurde zuerst von David Sudarsky et al. versucht, der in einer wissenschaftlichen Publikation das modellierte Aussehen und die Albedo von extrasolaren Planeten in Abhängigkeit ihrer Temperatur vorgestellt hatte. Diese Klassifikation lässt sich allerdings nur für Planeten von der Grösse Saturns oder Jupiters anwenden, für kleinere Planeten ergibt sie nicht die korrekten Ergebnisse:

Klasse 0: Methan-Wolken: Diese nachträglich hinzugefügte Klasse von Objekten umkreist ihren Stern in so grosser Entfernung, dass sich Methanwolken bilden können, die dem Gasplaneten eine bläuliche Farbe verpassen. Ihre Temperatur liegt unter 80 Kelvin, bei höheren Temperaturen findet der Ãœbergang zur Klasse I statt.

Klasse I: Ammoniak-Wolken: Diese Gasriesen sehen ähnlich aus wie Jupiter oder Saturn, ihre braun-beige-weissen Atmosphären sind von Ammoniak-Wolken dominiert. Diese Planeten werfen nach den Berechnungen rund 57% des Sonnenlichtes zurück (dieser Wert dürfte aber zu hoch gegriffen sein, da Jupiter und Saturn nur rund 34% des Lichtes zurückwerfen) Ihre Temperatur liegt unter 150 Kelvin, bei höheren Temperaturen verschwinden die Ammonika-Wolken, und der Ãœbergang zur Klasse II findet statt.

Klasse II: Wasserdampf-Wolken: Liegt die Temperatur ungefähr zwischen 150 und 350 Kelvin (-120 bis 60 ° Celsius), so sind weisse Wasserdampfwolken zu beobachten. Diese Planeten dürften strahlend weiss erscheinen - sie werfen bis zu 81% des einfallenden Lichtes zurück.

Klasse III: Klar: Diese Planeten haben keine globale Wolkenschicht und erscheinen tief Dunkelblau. Sie werfen nur gerade 12% des einfallenden Sonnenlichtes zurück und haben Oberflächentemperaturen zwischen 350 und 900 Kelvin. Bei höheren Temperaturen findet der Ãœbergang zur Klasse der "heissen Jupiter" (den Hot Jupiters) statt.

Klasse IV: Alkali-Absorption: In diesen Planeten spielt die Absorption durch Alkalimetalle in der Atmosphäre eine wichtige Rolle. Diese Planeten wirken deshalb dunkelbraun bis fast schwarz (sie werfen nur gerade 3% des Lichtes zurück). Die Temperatur liegt zwischen 900 und 1500 Kelvin. Diese Planeten werden manchmal auch als HotJupiters bezeichnet.

Klasse V: Silizium-Wolken: Auf diesen Planeten bildet das Silizum weisse Wolken über dem tieferen Alkali-Untergrund. Diese Planeten werfen wieder bis zu 55% des Sonnenlichtes zurück. Die Temepratur liegt über 1500 Kelvin, ein solcher Planet würde vermutlich aufgrund seiner gewaltigen Hitze glühen.

Diese sogenannte Sudarsky-Klassifikation lässt sich nur auf Gasriesen anwenden, deshalb beschränkt man sich bei den wenigen terrestrischen Planeten, die man bisher ausserhalb des Sonnensystems entdeckt hat, darauf, sie in "heisse" und "kalte" superterrestrische Welten einzuteilen.

Beide Objekte haben sehr geringe Masse von bis zu 10 Erdmassen. Darüber hätten hätten sie bei ihrer Bildung so viel Gas eingefangen, dass sie sich vermutlich zu Gasplaneten weiterentwickelt hätten.

Die perfekte Planetenklassifikation existiert bis heute nicht, auch deswegen, weil wir ausser den Planeten des Sonnensystems kaum kleine Planeten im Orbit um ferne Sterne kennen. Diese beiden Klassifikationsschemen geben aber bis auf weiteres den Weg vor.