Saturn: Helium-Regen im Inneren des Ringplaneten?

astronews.com Redaktion

Registriertes Mitglied
Im Inneren der großen Gasriesen kann Wasserstoff aufgrund des extremen Drucks in einem exotischen Zustand, nämlich als metallischer Wasserstoff, vorkommen. Bei Experimenten konnten Physiker diesen theoretisch vorhergesagten Zustand nun bestätigen. Sie fanden auch eine Erklärung dafür, warum der Saturn etwas wärmer ist, als er eigentlich sein sollte: Grund könnte Helium-Regen sein. (6. Juli 2015)

Weiterlesen...
 

Martin H.

Registriertes Mitglied
Es wäre noch interessant zu wissen, inwiefern Heliumregen Energie erzeugen könne.

Mir als Laien kommt das vor wie eine Art perpetuum mobile:
Ich verstehe nicht kommt die Energie herkommt, welche der Heliumregen erzeuge.
 

Bernhard

Registriertes Mitglied
Es wäre noch interessant zu wissen, inwiefern Heliumregen Energie erzeugen könne.
Hallo Martin,

wie aus der Meteorologie bekannt, wird beim Übergang von einer gasförmigen zu einer flüssigen Phase (z.B. Wasserdampf zu Nebel) die Verdampfungswärme wieder frei. Ich vermute mal, dass im Artikel diese Energie gemeint ist.
 

Martin H.

Registriertes Mitglied
Hallo Martin,

wie aus der Meteorologie bekannt, wird beim Übergang von einer gasförmigen zu einer flüssigen Phase (z.B. Wasserdampf zu Nebel) die Verdampfungswärme wieder frei. Ich vermute mal, dass im Artikel diese Energie gemeint ist.
Aber umgekehrt ist doch dann auch bei der Verdampfung der Umwelt die Wärme entzogen worden.
Es ist mir dann immer noch nicht plausibel,
inwieweit das den Saturn aufheizen sollte.

Einzige Möglichkeit (wie es mir erscheint):
Es müsste bereits flüssiges Helium aus den Weltall auf den Saturn geregnet sein. Und das kann wiederum nicht sein.

Mir bleibt das schleierhaft.
Oder wo liegt mein Denkfehler?
 

Bynaus

Registriertes Mitglied
Helium und Wasserstoff sind aus der Entstehungszeit des Saturn gemischt. Das Helium-Regen-Phänomen sorgt nun - in tiefen Schichten - für eine langsame Entmischung der beiden Elemente und damit zu einer Konzentration des schwereren Heliums in den tieferen Schichten der Saturnatmosphäre. Diese Entmischung / Konzentration setzt Energie frei (so ähnlich muss das gewesen sein, als sich der Erdkern entmischte/konzentrierte: die daraus entstehende Wärme (die übrigens beträchtlich ist) heizte die Erde zusätzlich auf). Die Energiefreisetzung hat also nichts mit der Verdampfungsenthalpie zu tun, sondern damit, dass potentielle Energie (Höhe im Gravitationsfeld) in thermische umgewandelt wird.
 

Bernhard

Registriertes Mitglied
Die Energiefreisetzung hat also nichts mit der Verdampfungsenthalpie zu tun, sondern damit, dass potentielle Energie (Höhe im Gravitationsfeld) in thermische umgewandelt wird.
Interessant und siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Saturn#Internal_structure .

Ich frage mich dabei allerdings, wie eine so dünne Schicht über einen langen Zeitraum (Milliarden Jahre?) Wärme erzeugen kann. Über eine längere Zeit geht das doch nur, wenn Helium auch immer wieder als Dampf aufsteigt, um dann wieder zu kondensieren. Die Ursache für den Energieüberschuss läge dann (im wahrsten Sinne der Wortbedeutung) tiefer.
 

Bynaus

Registriertes Mitglied
Ich frage mich dabei allerdings, wie eine so dünne Schicht über einen langen Zeitraum (Milliarden Jahre?) Wärme erzeugen kann.

Warum nicht? Hast du nachgerechent? So ganz grob überschlagsmässig: Die H/He-Hülle von Saturn hat eine mittlere Höhe von ca. 35'000 km (60'000 - 10'000 / 2), der Kern einen Radius von 10'000 km. Nehmen wir mal an, dass Helium von 35'000 km Höhe auf 10'000 km Höhe hinunter fällt, und die Gravitation ca. 0.5 Ge beträgt (sie beträgt 1 Ge an der Oberfläche, und in homogenen Körpern nimmt sie im Inneren linear mit dem Radius ab). Die potentielle Energie beträgt E_pot = m * g * h. Die Masse bei ca. 95 Erdmassen totale Masse und 3% Massenanteil von Helium beträgt also 3 Erdmassen. Also gilt: E_pot = 3 * 6e24 kg * 5 m/s^2 * 25'000'000 m = 2.3e33 Joule. Gleichmässig verteilt über 4.5 Mrd Jahre (a jeweils Pi * 10^7 Sekunden) entspricht das einer permanenten Leistung von 1.6e16 Watt. Von der Sonne erhält Saturn eine Leistung von Pi * (55'000'000 m)^2 * 0.65 (1 minus Albedo) * (1367/9.5^2) = 9.4e16 Watt. Der Helium-Regen trägt also ganz grob 20% zur gesamten beim Saturn verfügbaren Energie bei (natürlich kann es sein, dass ich mich hier um ein paar Faktoren vertan habe, schliesslich war alles sehr näherungsweise gerechnet - insofern ist es umso erstaunlicher, dass eine so ähnliche Zahl herauskommt).
 

Martin H.

Registriertes Mitglied
Danke für die Antworten.
Nun habe ich es verstanden.
Wenn ich mit meiner Arbeit fertig bin,
dann lese ich noch bei Wiki nach.
 

Bernhard

Registriertes Mitglied
@Bynaus: Der wesentliche Punkt ist also nicht die dünne Regenzone, sondern die große Masse des Heliums, das von der äußeren Schicht in die Innere fällt. Vielen Dank für diesen Hinweis.
 
Zuletzt bearbeitet:
Oben