Saturn: Mit dem Enterprise-Warpcore Planeten erforschen

Der Warpcore des Raumschiffs Enterprise ist zwar eine Erfindung von Gene Roddenberry, doch zumindest der Warpcore der Enterprise-Inkarnation im Film Into Darkness ist real. Die meisten Szenen, die im Maschinenraum der Enterprise spielen, wurden in der National Ignition Facility (NIF) des Lawrence Livermore Laboratorie gedreht. Die NIF ist eigentlich dazu gedacht, mit Hilfe eines riesigen Lasers das Zünden einer Kernfusionsreaktion zu erforschen. Jetzt haben Wissenschaftler die Anlage, wie sie im Wissenschaftsmagazin Nature berichten, zur Erforschung der Verhältnisse im Inneren eines Planeten eingesetzt: des Saturn.

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Die Zielkammer der NIF mit verschiedenen diagnostischen Instrumenten (Foto: Matt Swisher)

Der Herr der Ringe hat ein Herz aus Stein. Wer es geschafft hat, die 1.000 Kilometer dicke Atmosphäre des Ringplaneten Saturn zu durchdringen, muss sich durch einen mit jedem Kilometer dichteren Mantel aus Wasserstoff kämpfen, der mit zunehmender Tiefe in seine metallische Form übergeht. Wenn das Thermometer über 11.000 Grad Celsius zeigt, trifft der fiktive Besucher irgendwann auf den steinernen Kern des Saturn.

Die Wissenschaft weiß noch wenig darüber. Er ist zwischen 9 und 20 Erdmassen schwer. Vielleicht schrumpft er allmählich unter der Gravitationskraft seiner eigenen Masse und produziert dabei Wärme (der Saturn gibt 2,5-mal mehr Energie ab, als er von der Sonne empfängt). Vielleicht ist er aber auch stabil und stattdessen kommt die zusätzliche Wärmemenge aus einer Art Heliumregen: Heliumtropfen aus der Atmosphäre könnten sich allmählich zum Kern bewegen und dabei Reibungshitze produzieren.

Dadurch könnte sich oberhalb des Kerns eine Heliumschicht gebildet haben. Aber das ist Spekulation. Noch weniger wissen die Forscher, wie es innerhalb des Gesteinskerns aussieht. Wie beeinflussen die riesigen Drücke den Aufbau des Gesteins? Kommt es zu ganz anderen chemischen Reaktionen, als wir uns vorstellen können?

Verschiedene Modelle, verschiedene Ergebnisse

Eine normale Druckkammer ist nicht dafür geeignet, Antworten zu geben, denn sie hat einen Nachteil: Mit steigendem Druck erwärmt sich das komprimierte Material - den Effekt kennen viele, die schon mal eine Luftmatratze aufgepustet haben. Will man auf diese Weise Verhältnisse wie im Kern der Erde erreichen, steigt die Temperatur viel zu sehr.

Der Laser der NIF ist da die bessere Alternative. Im Alltag merkt man es zwar nicht, aber auch Lichtteilchen, die auf eine Oberfläche auftreffen, üben einen gewissen Druck aus. Um messbare Effekte zu erreichen, braucht man nur die Teilchenzahl zu erhöhen. In der NIF sorgen insgesamt 176 Laser mit einer Gesamtleistung von 2,2 Terawatt dafür. Das entspricht etwa der mittleren weltweit benötigten elektrischen Leistung - aber die Laser müssen auch nur 0,2 Nanosekunden lange Impulse abgeben. Mit der richtigen Taktung bringen sie das Ziel, einen etwa 150 Mikrometer kleinen künstlichen Diamanten, in insgesamt 20 Nanosekunden auf einen Druck von 5 Terapascal.

Die Forscher interessiert, was dabei mit dem Material passiert. Bisherige Modelle machen dazu nämlich durchaus unterschiedliche Aussagen. Ein Modell geht zum Beispiel davon aus, dass Kohlenstoff - aus dem Diamant besteht - bei sehr hohem Druck flüssig ist. Solche Phasenübergänge haben die Forscher im Experiment nicht beobachtet. Beim Maximaldruck erreichte die Probe (Diamant gilt wegen seiner Struktur als das am schwersten komprimierbare Material überhaupt) eine Dichte von 12 Gramm pro Kubikzentimeter, das ist schwerer als Blei. Die Forscher hoffen nun, mit ihren Daten die Kosmologen weiterzubringen, die sich mit der Entstehung von Planeten beschäftigen. Vor allem unter den Gesteinsplaneten gibt es nämlich einige, bei denen ein hoher Kohlenstoffanteil vermutet wird.