Astronomieseiten von Dr. Rainer Haas

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Jupiter

Rainer Haas

Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne aus gesehen. Er ist der größte Planet des Sonnensystems. Die wichtigsten Daten:

Äquatordurchmesser: 142.796 km

Masse: 317,9 (Erde=1); 1,90 * 10²⁷ kg

Dichte: 0,23 (Erde=1); 1,27 g/cm³

Oberflächenschwerkraft: 2,5 (Erde=1)

Oberflächentemperatur: -140°C (Wolkenobergrenze)

Rotationsdauer: 9,925 h (Wolkenobergrenze)

Äquatorneigung: 3,1°

Entweichgeschwindigkeit: 59,6 km/s

Bahnexzentrität: 0,048

Entfernung von der Sonne: 816,0 Mill. km (Aphel) bis 740,6 Mill. km (Perihel)

Umlaufzeit: 11,86 Jahre

Bahnneigung gegen die Ekliptik: 1,31°

scheinbarer Durchmesser von der Erde aus: bis 49"

scheinbare Helligkeit von der Erde aus: bis -2,3^m

Jupiter umkreist die Sonne in einer mittleren Entfernung von 778,3 Mill. km in 11,86 Jahren. Aufgrund der schnellen Rotationsperiode von 9,925 h ist er deutlich abgeplattet (Abplattung 6,4%). Sein Poldurchmesser beträgt lediglich 133.700 km.

Jupiter gelangt ca. alle 13 Monate in Opposition zur Erde. In Teleskopen ist die starke Abplattung Jupiters deutlich zu erkennen, die auf seiner schnellen Rotation beruht. Die auffälligsten Merkmale der beobachtbaren Wolkenschicht sind verschiedene Zonen und Bänder sowie der sog. "große rote Fleck". Die Ausdehnung des "großen roten Flecks" beträgt 40.000 km * 13.000 km.

Das Magnetfeld des Jupiter ist zwölfmal stärker als das irdische. Der Strahlungsgürtel reicht bis in eine Entfernung von 20 Jupiterradien. Jupiter emittiert Radiowellen. Er ist nach der Sonne die zweitstärkste extraterrestrische Quelle für Radiostrahlung.

Die Voyagersonden fanden einen schmalen Ring um Jupiter, der aus mehreren Komponenten besteht. Die hellsten Teile besitzen einen Radius von 126.000 km.

- Bilder: jupiter5.gif: Jupiter, Gesamtansicht, HST

p36063ac.gif: Jupiter, Gesamtansicht, Voyager, NASA

p48188.gif: Jupiterringe, Galileo, NASA

Der innere Aufbau des Jupiter wird wie folgt vermutet:

Der Kern Jupiters mit einem Radius von 9.000 km besitzt etwa die 30fache Erdmasse und besteht aus metallischem Wasserstoff oder Eis und Silikaten. Die Temperatur beträgt etwa 30.000 K, der Druck 100 Millionen Atmosphären. Darüber befindet sich eine ca. 40.000 km dicke Schicht aus flüssigem metallischen Wasserstoff. Die Temperatur beträgt ca. 11.000-28.000 K, der Druck 3 Millionen Atmosphären. Die nächste Schicht besteht aus molekularem Wasserstoff und Helium und ist etwa 20.000 km dick. Sie geht bei einem Druckniveau von 100 Atmosphären und einer Temperatur von 40°C vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Die Atmosphäre ist bis zur Wolkenobergrenze bei einem Druckniveau von 0,2 Atmosphären 150 km dick. Die Temperatur an der Wolkenobergrenze beträgt ca. -140°C. Die Wärmebilanz von Jupiter ist nicht ausgeglichen. Er gibt mehr Strahlung in den Weltraum ab als er von der Sonne erhält.

Die Oberschicht der Jupiteratmosphäre besteht aus 90% Wasserstoff und 10% Helium mit Spuren von Wasser, Ammoniak und Methan. Die Windgeschwindigkeiten in den einzelnen Zonen und Bändern sind unterschiedlich und erreichen bis zu 150 m/s. Die Jupiteratmosphäre enthält drei getrennte Wolkenschichten. Die oberste besteht aus Ammoniakeis, die mittlere aus Ammoniumhydrogensulfidkristallen und die unterste aus Wassereis oder flüssigem Wasser.

Kometeneinschlag auf Jupiter

In der Zeit vom 16.7. und 22.7.1994 stürzen ca. 20 Bruchstücke des Kometen Shoemaker-Levy 9 (SL 9) in die Atmosphäre des Jupiter. SL 9 war bei einer nahen Jupiterpassage im Jahr 1992 auseinandergebrochen. Kurz vor dem Einschlag waren 20 bis 25 Trümmerstücke mit Durchmessern von 100 m bis zu einigen 100 m über eine Strecke von 4,9 Mill. km verteilt.

Die Bruchstücke drangen mit einer Geschwindigkeit von ca. 60 km/s in die Atmosphäre ein. Die Bolidenphase (Meteorphänomen) ließ sich bei keinem der Bruchstücke beobachten. Gewaltige Explosionen der Trümmer in der tieferen Jupiteratmosphäre erzeugten sog. Plumes (Feuerbälle) mit Temperaturen von bis zu 10.000 K. Nach einer halben Stunde kühlten die Plumes soweit ab, daß sie nur noch im reflektierten Sonnenlicht hell erschienen. Die resultierenden dunklen Flecken (Spots) waren wochenlang stabil und konnten selbst mit kleinen Teleskopen von der Erde aus erkannt werden.

Durch Spektraluntersuchungen (erdgebunden, Hubble-Teleskop, verschiedene Sonden) wurden Erkenntnisse über die Jupiteratmosphäre und die Zusammensetzung von SL 9 gewonnen.

- Bild: gal_p445.gif: SL9-Plume, Galileo, NASA

Jupitermonde

Bisher wurden 16 Monde des Jupiter entdeckt. Das Satellitensystem kann in vier Gruppen unterteilt werden:

1) die innere Gruppe; ihr mittlerer Abstand (vom Jupiterzentrum) liegt bei 128.200 km (Metis), 128.500 km (Adrastea). 181.300 km (Amalthea) und 223.000 km (Thebe). Mit Ausnahme von Amalthea (Durchmesser 155 * 270 km), die bereits 1892 entdeckt wurde, handelt es sich bei den übrigen Monden um kleine Körper (Durchmesser 35-70 km), die 1979 durch erdgestützte Beobachtungen sowie von den Voyager-Raumsonden entdeckt wurden. Ihre Umlaufzeiten um Jupiter liegen zwischen 7h und 16h.

- Bilder:

- amalthe3.gif: Jupitermond Amalthea, Voyager, NASA

- pia 01076.jpg: Bilder der vier inneren Jupitermonde; vlnr: Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe. Galileo, NASA 1997

2) die Galileischen Monde; siehe unten

3) die Monde Leda, Himalia, Lysithea und Elara; sie besitzen Durchmesser von 8 km (Leda), 19 km (Lysithea), 80 km (Elara) und 170 km (Himalia). Ihre Exzentritäten liegen zwischen 0,11 und 0,21, die Neigung ihrer Bahnen zwischen 27° und 29°, ihre Umlaufszeiten zwischen 239 und 260 Tagen und ihre Abstände von Jupiter zwischen 11,1 und 11,7 Millionen km.

4) die Monde Ananke, Carme, Pasiphae und Sinope; sie besitzen Durchmesser von 17 bis 27 km. Ihre Exzentritäten liegen zwischen 0,17 und 0,41, ihre Bahnneigungen zwischen 147° und 163°. Sie umkreisen Jupiter retograd in Entfernungen zwischen 20,7 und 23,7 Millionen km.

Im Jahr 1613 wurde von Galilei bei Beobachtungen des Jupiter-Satellitensystems ein Vorübergang von Neptun beobachtet, der jedoch von ihm nicht als Planet erkannt wurde. 1795 wurde Neptun erneut von Lalande beobachtet, aber ebenfalls nicht als Planet erkannt.

Die Galileischen Monde

Die vier großen Monde des Jupiters wurden 1610 von Galilei entdeckt, sie werden die "Galileischen Monde" genannt. Die wesentlichen Erkenntnisse wurden 1979 durch die Voyagermissionen sowie durch die zur Zeit laufende Untersuchung der Galileischen Monde durch die amerikanische Sonde "Galileo" gewonnen.

Die wichtigsten Daten sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1: Daten der Galileischen Monde

Io

Io ist der innerste der Galileischen Monde. Im Inneren von Io befindet sich wahrscheinlich ein Silikatkern (Radius: 500 km), es folgt eine Schicht aus geschmolzenen Silikaten. Die ca. 20 km dicke Kruste des Io besteht hauptsächlich aus Schwefel und Schwefeldioxid. Auf Io existiert aktiver Vulkanismus auf der Basis von Schwefel und Schwefeldioxid. Dieser ist auf Gezeitenkräfte zurückzuführen. Aufgrund des aktiven Vulkanismus besitzt Io praktisch keine Meteoritenkrater, die Oberfläche von Io ist extrem jung. Die ausgeworfenen Laven reichen aus, um Io jährlich komplett mit einer 10 mm dicken Schicht zu überziehen. Der Vergleich der Voyager-Bilder mit Bildern der Galileo-Sonde zeigt deutliche Veränderungen der sichtbaren Oberfläche. Im Bereich vulkanischer Gebiete wurden Oberflächentemperaturen von 300 K gemessen. Im Zentrum des aktiven Vulkans Pele betrug die gemessene Temperatur sogar 500 K.

o besitzt eine dünne Atmosphäre, deren Hauptbestandteil Schwefeldioxid ist. Sie wird ständig durch Vulkanismus erneuert.

- Bilder:

- iolamb.gif: Jupitermond Io, beide Hemisphären, Galileo, NASA

- iov01.jpg: Vulkanausbruch auf Io im Juni 1997. Galileo, NASA 1997

Europa

Europa ist der kleinste der Galileischen Monde. Er ist der einzige, der eine geringere Größe und Masse als der Erdmond besitzt. Im Inneren von Europa befindet sich ein Silikatkern (Radius 1.400 km), der vermutlich im Kern geschmolzen ist, darüber eine ca. 100 km dicke Schicht aus Wasser-Eis-Matsch. Die Oberfläche besteht aus einer Wassereiskruste, vermischt mit Silikaten. Die sichtbare Oberfläche ist jung, arm an Meteoritenkratern und mit Linien überzogen.

Akutelle hochaufgelöste Bilder (54 m) der Raumsonde Galileo zeigen Eisschollen, die ca. 100-200 m über die Oberfläche ragen. Dies läßt die Möglichkeit offen, das unter Europas Eiskruste ein globales Meer vorhanden ist. Die 1997 verlängerte Galileo-Mission dient hauptsächlich der näheren Erkundung von Europa. 1997 konnte die Raumsonde Galileo eine sehr dünne Atmosphäre nachweisen.

- Bilder:

- eurmap.jpg: Jupitermond Europa in Mercatordarstellung, Galileo, NASA

- pia00746.jpg: Europa-Landschaften, Galileo, NASA 1997

Ganymed

Ganymed ist der größte der Galileischen Monde, er ist größer als der Planet Merkur. Es wird angenommen, daß er eine 100 km mächtige Eiskruste besitzt. Darunter befindet sich ein ca. 400-800 km dicker konvektiver Mantel aus Wasser und weichem Eis, im Inneren ein ca. 1.800-2.000 km dicker Silikatkern.

Ganymed besitzt ein Magnetfeld, das ca. 1/40 der Stärke des irdischen Magnetfeldes beträgt und eine dünne Atmosphäre. Über den Polen wurde mit dem Hubble Space Teleskope ein schwaches Leuchten festgestellt, das auf Polarlichter zurückzuführen ist.

Die sichtbare Oberfläche ist geprägt von Streifen und Furchen, die von Meteoritenkratern unterbrochen werden. Hochaufgelöste Bilder (70-80 m) der Raumsonde Galileo zeigen, daß sich die Detailfülle der Krater und Furchen bis in kleine Dimensionen fortsetzt.

- Bild: ganymede.gif: Jupitermond Ganymed, Galileo, NASA

Kallisto

Kallisto ist der äußerste der galileischen Monde. Im Inneren von Kallisto befindet sich vermutlich ein Silikatkern (Radius 1.200 km) darüber befindet sich eine ca. 1.000 km dicke konvektive Schicht aus Wasser und weichem Eis. Er besitzt eine ca. 200-300 km dicke Kruste aus Wassereis und Silikaten.

Callisto besitz kein Magnetfeld, also auch keinen dichten, metallischen Kern. Er besteht zu 60% aus Silikatgestein und zu 40% aus Eis. Galileo-Daten geben jedoch Hinweise auf eine sehr dünne Atmosphäre.

Seine sichtbare Oberfläche ist alt und durch Meteoritenkrater sowie Rillen und Furchen geprägt. Der größte Krater, das Walhalla-Becken, hat einen Durchmesser von 2.000 km. Hochaufgelöste Galileo-Aufnahmen zeigen bei alten Kratern einen Erosionsprozeß, der vermutlich durch Mikrometeoriten bewirkt wird.

- Bild: callist1.gif: Jupitermond Callisto, Galileo, NASA

Jupiter-Missionen

Am 4.12.1972 passiert nach nur 9 Monaten Flugzeit Pioneer 10 Jupiter in 130.300 km Abstand. Die Sonde übermittelt mehr als 3.000 Bilder von Jupiter sowie physikalische Daten und entdeckt das Magnetfeld.

Pioneer 11 passiert Jupiter am 2.12.1974 in 42.800 km Abstand und übermittelt mehrere tausend Bilder sowie physikalische Daten von Jupiter und seiner Umgebung.

Voyager 1 und 2 fliegen am 5.5. bzw. 9.7.1979 in 286.000 bzw. 647.000 km Entfernung an Jupiter vorbei und übertragen ca. 30.000 Bilder und viele physikalische Daten von Jupiter und den Galileischen Monden. Voyager 1 entdeckt das Ringsystem des Jupiter. Die beiden Sonden entdecken drei neue Monde.

Pioneer 11, Voyager 1 und Voyager 2 passieren 1979 und 1980 Saturn, Voyager 2 erreicht 1986 Uranus und 1989 Neptun. Zur Zeit verlassen diese Sonden, wie Pioneer 10, unser Sonnensystem. 1992 befanden sie sich in Sonnenentfernungen von 35-50 astronomischen Einheiten (AE: Entfernung Sonne-Erde, ca. 150 Mill. km).

Die Sonnensonde Ulysses, die die Sonne in hohen heliosphärischen Breiten außerhalb der Ekliptik erkunden soll, umrundet in einem Swing-By-Manöver am 8.2.1992 Jupiter. Wechselwirkungen des Sonnenwindes mit dem Jupiter-Magnetfeld werden untersucht.

Die Jupitersonde Galileo wird am 12.10.1989 gestartet. Nach Venus- und Erdpassagen passiert sie die beiden Asteroiden Gaspra und Ida und schwenkt am 7.12.1995 in einen Jupiterorbit ein. Mehrere Jahre lang sollen Untersuchungen von Jupiter und den Galileischen Monden durchgeführt werden. Die Atmosphärensonde liefert erstmals Daten aus tieferen Atmosphärenschichten. Im September 1997 wird die Mission bis Ende 1999 verlängert, der Schwerpunkt der weiteren Erkundung dient der näheren Untersuchung der Jupitermonde Europa und Io.

Die Saturnsonde Cassini soll im Jahr 2000 Jupiter bei einem Swing-By-Manöver in 10 Mill. km Entfernung passieren. Bei der Passage sollen wissenschaftliche Messungen vorgenommen werden.

Quellen:

Hamilton, C.J. (1997): Views of the Solar System. http://bang.lanl.gov/solarsys

Arnett, B. (1997): The Nine Planets. http://seds.arizona.edu/nineplanets

National Space Science Data Center (1997): Planetary Fact Sheets. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet

National Space Science Data Center (1997): NSSDC Master Catalog Spacecraft. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/database

Rükl, A. (1996): Bildatlas des Weltraums. Bechtermünz Verlag, Augsburg

Beatty, J.K.; O'Leary, B.; Chaikin, A. (1985): Die Sonne und ihre Planeten. Physik-Verlag, Weinheim

Hunt, G.; Moore, P. (1982): Jupiter. Herder-Verlag, Freiburg

Abbildungen sind in diesem Beitrag nicht enthalten. Sie können unter den angegebenen Quellen heruntergeladen werden.

Dies ist eine Leseprobe. Dieser Beitrag (mit Bildern) erscheint in der Enzyclopädie für Naturwissenschaft und Technik; copyright: Rainer Haas, 1998.

Herausgeber der Enzyclopädie für Naturwissenschaft und Technik (EN&T) ist der ecomed-Verlag, Rudolf-Diesel-Str. 3, D-8689 Landsberg (http://www.ecomed.de/journals.htm)

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