Heliumregen

Saturn strahlt etwa 2,5-mal mehr Energie ab, als er von der Sonne empfängt. Die Erklärung: In seinem tiefen Inneren, wo der Druck Millionen Atmosphären erreicht, vermischen sich Wasserstoff und Helium nicht mehr vollständig. Helium bildet Tröpfchen, die wie Regen in die Tiefe sinken und dabei Gravitationsenergie in Wärme umwandeln, der sogenannte Kelvin-Helmholtz-Mechanismus.

2010 bestätigte NASAs Cassini-Mission, dass Saturns obere Atmosphäre heliumärmer ist als erwartet (etwa 7 % statt der kosmischen 24 %), der fehlende Anteil ist in die Tiefe gesunken. Auf Jupiter findet der Prozess ebenfalls statt, aber schwächer, da Jupiter heißer ist und die Helium-Entmischung bei höheren Temperaturen erst in größerer Tiefe einsetzt.

Das Verständnis von Heliumregen ist für die Exoplanetenforschung wichtig: Er beeinflusst die thermische Entwicklung aller Gasriesen im Universum und bestimmt, wie schnell sie nach ihrer Entstehung abkühlen.

Alastair Reynolds nutzt die exotische Physik von Gasriesen-Innenräumen regelmäßig in seinen Romanen. Ben Bovas Jupiter (2001) ist einer der wenigen Romane, die das Innere eines Gasriesen detailliert beschreiben.

Gerade der Heliumregen löst eines der ältesten Rätsel der Planetenforschung, nämlich warum Saturn deutlich mehr Wärme abstrahlt, als er von der Sonne empfängt. Ein junger Planet ist nach seiner Entstehung heiß und kühlt langsam aus, doch Saturn ist alt genug, dass dieser Resteffekt allein die gemessene Energie nicht erklären kann. Die in die Tiefe sinkenden Heliumtröpfchen liefern den fehlenden Beitrag, indem sie beim Fallen Gravitationsenergie in Wärme umwandeln. Damit ist der Heliumregen nicht nur ein exotisches Wetterphänomen, sondern ein zentraler Baustein im Energiehaushalt der Gasriesen. Das Phänomen verändert auch die chemische Schichtung im Inneren und beeinflusst, wie sich das Magnetfeld bildet. Da Gasriesen zu den häufigsten Planeten der Galaxis zählen, hilft das Verständnis dieser inneren Prozesse, das Alter und die Entwicklung unzähliger ferner Welten besser einzuschätzen, die man niemals direkt wird betreten können.