ganymed

Zusammensetzung und Aufbau der Planeten und einiger Monde
MOND (Erdmond)
Innerer Aufbau des Mondes
Schematischer Aufbau des Mondes (links: Vorderseite, rechts: Rückseite)
Aufbau der äußeren Schichten des Mondes; KREEP: Kalium, Rare Earth Elements (d. h. Seltene Erden), Phosphor
Unser Wissen über den Aufbau des Mondes beruht im Wesentlichen auf den Daten der vier
von den Apollo-Missionen zurückgelassenen Seismometer, die diverse Mondbeben und
Erschütterungen durch Meteoriteneinschläge aufzeichneten, sowie den Kartierungen der
Oberfläche, des Gravitationsfeldes und der mineralischen Zusammensetzung durch die
Clementine- und die Lunar Prospector-Mission.
Der Mond besitzt eine 70 (an der Mondvorderseite) bis 150 km (Rückseite) dicke Kruste, die
von einer mehrere Meter dicken Regolithschicht bedeckt ist. Darunter liegt ein fester Mantel
aus Basaltgesteinen. Es gibt Anzeichen für eine Unstetigkeitsfläche in 500 Kilometer Tiefe,
an der ein Wechsel der Gesteinszusammensetzung vorliegen könnte. Der 200 bis 400
Kilometer große eisenhaltige Kern dürfte Temperaturen um 1600 Grad Celsius aufweisen.
Die gebundene Rotation des Mondes hat auch Einflüsse auf Form und inneren Aufbau. Der
Mond ist in Richtung Erde lang gezogen und sein Massenschwerpunkt liegt etwa 2 Kilometer
näher zur Erde als sein geometrischer Mittelpunkt.
Mondbeben
Passives Seismisches Element (PSE) (Apollo 11, NASA)
Die zurückgelassenen Seismometer der Apollomissionen registrieren etwa 500 Mondbeben
pro Jahr. Die Beben sind im Vergleich zu irdischen Beben sehr schwach, das stärkste
erreichte eine Stärke von knapp 5 auf der Richterskala, die meisten liegen aber bei einer
Stärke von 2. Die seismischen Wellen der Beben können ein bis vier Stunden lang verfolgt
werden, sie werden im Mondinneren also nur sehr schwach gedämpft.
Mehr als die Hälfte der Beben entstehen in einer Tiefe von 800 bis 1000 Kilometer und
weisen Häufigkeitsspitzen beim Apogäum- und Perigäum-Durchgang auf, das heißt alle 14
Tage. Auch sind Beben aus der oberflächennahen Region des Mondes bekannt. Die Ursache
liegt darin, dass sich der Aufbau des Mondes dem Mittelwert der durch die Erde verursachten
Gravitation angepasst hat. Durch die Beben werden die inneren Spannungen abgebaut, die am
erdnächsten und erdfernsten Punkt der Mondbahn ihr Maximum erreichen. Der Ursprung der
Beben verteilt sich nicht gleichmäßig über eine komplette Mantelschale, sondern die meisten
Beben entstehen an nur etwa 100 Stellen, die jeweils nur wenige Kilometer groß sind. Der
Grund für diese Konzentration ist noch nicht bekannt.
Die terrestrischen (erdähnlichen Planeten): Merkur, Venus, Mars
MERKUR
Innerer Aufbau: Kern, Mantel und Kruste
Merkur gehört zu den terrestrischen Planeten, wie auch Erde, Venus, Mars sowie die größeren
Monde des Sonnensystems ( Erdmond, die galileischen Monde des Jupiter und die größeren
Saturnmonde.Das Innere des Merkur wird von einem Eisenkern beherrscht, der mit einem
Durchmesser von etwa 1900 km für die relativ hohe Dichte des Planeten verantwortlich ist.
Darüber befindet sich ein lediglich 500 bis 600 km dicker Mantel sowie eine dünne (einige 10
km) Kruste aus Silikatgestein.
Das von der Sonde Mariner 10 entdeckte Magnetfeld hat eine Stärke von etwa 1% der
Erdfeldstärke. Dies ist ein eindeutiger Hinweis auf die Existenz eines noch nicht erkalteten
Kerns des Merkur. Merkur ist der zweitkleinste Planet unseres Sonnensystems. Sein
Durchmesser beträgt nur rund 40% des Erddurchmessers und er ist sogar noch kleiner als der
Jupitermond Ganymed und der Saturnmond Titan. Nur der äußerste Planet Pluto ist noch
kleiner.
MARS
Der innere Aufbau
Der Mars besitzt einen ähnlichen
Schalenbau wie die Erde (Abbildung
6). Der innere Kern besteht aus einem
etwa 1500 Kilometer durchmessenden
Metallkern. Darum legt sich der
silikatische, 1800 Kilometer mächtige
Gesteinsmantel. Als der Mars noch
geologisch aktiv war, bildete sich die
abschließende, vielleicht 100
Kilometer dünne Kruste.
Abbildung 6: Der Anschnitt illustriert den
schematischen Aufbau des Mars.
Um etwas über die geodynamische
Entwicklung des Mars zu erfahren,
sind besonders die chemischen
Analysen der Marsgesteine
interessant, die mit dem APXS
gemessen wurden. Diese zeigten
einen differenzierten Charakter der
Marsgesteine. Das war eine
Überraschung, nachdem die meisten
Marsmeteorite einen undifferenzierten, basaltischen Charakter haben. Basalte sind
die Gesteine der ozeanischen Erdkruste. Sie sind magnesium- und eisenreich,
aber siliziumarm und entstehen, wenn Mantelgestein schmilzt, diese Schmelze
zügig durch eine dünne Kruste nach oben steigt und dort vulkanisch eruptiert.
Dagegen sind die Gesteine der kontinentalen Erdkruste differenziert. Sie
entstehen, wenn Mantelschmelzen in eine dicke Kruste intrudieren, dort
differenzieren und als magnesium- und eisenarme, aber siliziumreiche Laven
eruptieren. Die Überraschung war, dass die uralten, differenzierten Marsgesteine
der jungen, kontinentalen Erdkruste gleichen. Denn das widerspricht den heutigen
Theorien der Planetenevolution.
VENUS
Über den inneren Aufbau der Venus weiß man bis heute eigentlich nur recht wenig. Aus ihrer
Masse und ihrer Dichte schließt man aber auf einen ähnlichen Aufbau wie denjenigen der
Erde.
Das Bild zeigt uns den
vermutlichen Aufbau der
Venus. Die Darstellung der
Atmosphäre stammt von
Mariner 10- Bildern, die der
Oberfläche von der
Magellan- Sonde. Im Innern
vermutet man einen
eisenreichen Kern, der etwa
20% der Gesamtmasse
(entsprechend etwa 3000 km
Durchmesser) des Planeten
ausmacht. Daran schließt
sich ein Mantel an, der
wahrscheinlich wie
derjenige der Erde aus
Silikatmineralien besteht.
Darüber befindet sich die
dünne Kruste, die je nach Lage zwischen 25 und 40 km, oder auch bis zu 60 km dick sein
kann. Die Wissenschaftler rätseln, ob der Kern noch teilweise flüssig ist, oder bereits fest,
zumindest wird er sich aber in der Phase der Verfestigung befinden.
Die Oberflächentemperatur unterschreitet nie 440 °C. Die Atmosphäre besteht aus einer
Mischung von ätzender Schwefelsäure, Ar, O, H, CO2.
Die Gasplaneten: Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun (hauptsächlich aus
Wasserstoff und Helium aufgebaut).
JUPITER
Der Aufbau des Planeten Jupiter ist natürlich nur wenig bekannt, doch kann man aus
vielen Beobachtungen gewisse Schlüsse ziehen: die geringe mittlere Dichte von 1,33
g/cm3 weist auf Wasserstoff als Hauptbestandteil hin. Die Abplattung lässt auf eine
große Zentralmasse schließen, denn bei einer gleichmäßigen Dichteverteilung
müsste die Abplattung deutlich größer sein. Zudem weist Jupiter ein starkes
Magnetfeld auf, es muss also im Innern einen wie auch immer gearteten
Dynamomechanismus geben.
Die äußeren Schichten des Jupiter
bestehen aus molekularem Wasserstoff
(H2). In größeren Tiefen geht dieses
gasförmige Element in den flüssigen
Zustand über. Etwa 10 000 km unterhalb
Jupiters Wolkendecke steht der Wasserstoff
unter einem Druck von etwa 1 bis 4
Millionen bar und erreicht eine Temperatur
von 6000 K. In diesem Zustand geht
Wasserstoff in eine andere Phase über: er
ist flüssig und spaltet sich in einzelne Atome
auf und verliert seine Elektronen. Diesen ionisierten Wasserstoff, der nur noch aus
Protonen und Elektronen besteht nennt man metallisch, da er durch die nun frei
beweglichen Teilchen metallische Eigenschaften annimmt (z.B. elektrische
Leitfähigkeit). Unterhalb dieser Sphäre werden wir wohl auf eine suppenähnliche
"Eis-" Mixtur von Wasser, Ammoniak und Methan stoßen, die unter extrem hohem
Druck steht (etwa 5 × 1012 Pa bei 20 000 K). Dieses Eis ist vermutlich eine
Mischphase zwischen flüssigem und festem Zustand. Im Zentrum befindet sich
möglicherweise ein Kern aus Gestein bzw. einer kometenartigen Mischung aus Eis
und Gesteinen von mindestens 10 bis 15 Erdmassen.
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Magnetfeld
Sehr interessant ist das ausgeprägte Magnetfeld des Jupiter, das mit 1,2 × 10 -3 Tesla
fast zehnmal stärker als das der Erde ist. Genau bekannt ist der Mechanismus nicht,
welcher das Magnetfeld erzeugt. Der metallische Wasserstoff dürfte hier allerdings
eine tragende Rolle spielen. Denn planetare Magnetfelder entstehen allgemein dann,
wenn plastische, elektrisch leitende Massen unterschiedlich zum übrigen
Planetenkörper rotieren. Die Zone des metallischen Wasserstoffs rotiert in rund 9
Stunden. Die in ihr fließenden hohen elektrischen Ströme spannen das riesige
Magnetfeld auf, und da es fest im Jupiterinnern verankert ist, wird es mit gleicher
Geschwindigkeit mitgeschleppt.
Die Galiläischen Monde des Jupiter
Der Gasriese Jupiter ist von einem umfassenden System von aktuell (Februar 2004)
62 Satelliten umgeben, welches sicherlich künftig noch erweitert wird.
Der erste, der sich rühmen kann Jupitermonde gesehen zu haben, war wohl Galileo
Galilei (1564 - 1642). Nachdem er es gelernt hatte, selbst Linsen zu schleifen, hielt
er im August 1609 sein erstes eigenes Teleskop mit 9- facher Vergrößerung in der
Hand. Zunächst dachte er nur an militärische und seemännische Verwendung, doch
im Dezember richtete er es gegen den Nachthimmel. Innerhalb von nur 2 Monaten
entdeckte er mehr am Firmament, als jemals ein Mensch vor ihm. Er sah, dass die
Milchstrasse aus Myriaden von Sternen besteht, Krater auf dem Mond und eben die
ersten Monde Jupiters. Er taufte sie zu Ehren der Medici Sterne der Medici.
Heute bezeichnen wir die vier größten Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto,
die Galilei seinerzeit entdeckte, als Galileische Monde.
IO
Von ihrer Dichte her gesehen, 3,53 g/cm3, muss man die Io zu den erdartigen,
planetaren Körpern zählen.
Den inneren Aufbau der Io kann man
in etwa ableiten aus seinem
Gravitationsfeld und den Messungen
ihres Magnetfeldes durch die GalileoRaumsonde. Im Zentrum sehen wir
einen Kern, der aus einer EisenNickel- Legierung bestehen dürfte. Der
Kern ist umgeben von einer Schale
aus silikatischem Gestein, welche die
Hauptmasse des Mondes darstellt. Die
vom Vulkanismus gezeichnete Kruste
hat vermutlich längst flüchtige
Verbindungen wie z.B. Wasser,
Kohlendioxid oder Stickstoff verloren.
EUROPA
Als nächster Nachbar der Io umkreist die Europa den Jupiter auf eine Ellipsenbahn,
deren großer Halbmesser 670 900 km misst und die eine Exzentrizität von nur 0,01
hat. Für einen Umlauf benötigt sie 3 Tage, 13 Stunden und 13,7 Minuten. Wie die Io
weist auch Europa eine gebundene Rotation auf. Mit ihrem Durchmesser von 3138
km ist sie etwas mehr als 300 km kleiner als unser Mond, auch ihre Masse von 4,87
× 1022 kg und ihre Dichte von 3,01 g/cm3 liegen ein wenig darunter. Aufgrund dieser
Daten zählt Europa zu den erdartigen Himmelskörpern.
Europa war die Tochter des phoenizischen Königs Agenor. Als Zeus sich in sie verliebte, verwandelte
er sich wegen seiner Gattin Hera in einen Stier und ließ sich mit einer Herde vom Götterboten Hermes
in die Nähe der Europa treiben. Er entführte sie auf seinem Rücken und brachte sie, übers Meer
schwimmend, nach Kreta, wo er wieder seine Gestalt annahm.
Betrachtet man die Oberfläche der Europa, gewinnt man den Eindruck als schaue
man auf gesprungenes Glas:Das ist auch kein Wunder, ist doch die gesamte Europa
von einer 10 bis 30 km dicken Kruste aus Wassereis überzogen. Am auffälligsten
sind jedoch die langen, dunklen Streifen. Sie können sich bis über 3000 km weit
erstrecken. Die braun erscheinenden Gebiete deuten auf gesteinsartiges Material
hin, das entweder aus dem Mondinnern aufgeschwemmt wurde
(Schlammausflüsse?) oder von eingesammelten Kleinkörpern stammt. Insgesamt ist
Europa topografisch gesehen eher langweilig. Gebirge oder Täler sucht man hier
vergebens. Lediglich 3 größere Einschlagkrater bieten ein wenig Abwechslung. Die
Ursache für die relativ ebene Oberfläche ist darin zu suchen, dass der Eispanzer in
der Vergangenheit mindestens einmal geschmolzen war, das Wasser hat dabei alle
Bodenformationen überdeckt. Die Energie für die Eisschmelze lieferten wieder die
Gezeitenkräfte: Jupiter und die Nachbarmonde Io und Ganymed pressen und
entspannen Europa ständig durch ihre Gravitationskräfte.
Mit freundlicher Genehmigung der NASA
Wie ein großer Eiskristall sieht die Oberfläche Europas aus, hier die so genannte
Conamara- Region. Die weißen und blauen Farben stellen Zonen dar, die mit einer
dünnen Staubschicht aus Eiskristallen bedeckt sind. Astrobiologen halten es für
möglich, dass tief unterhalb des Eispanzers Ozeane aus flüssigem Wasser
vorhanden sind, in denen sich sogar Leben entwickelt haben könnte. Ähnliches
vermutet man in der Antarktis, wo man tief unter dem ewigen Eis einen See aus
flüssigem Wasser nachgewiesen hat. Dieser See ist vor langer Zeit völlig von der
Außenwelt abgeschnitten worden, jedoch könnten darin Mikroben aus der Frühzeit
der Erdgeschichte überlebt haben. Die NASA plant, durch absolut sterile Bohrungen
an den See zu gelangen und Proben des Wassers nach oben zu befördern. Sollte
das eines Tages gelingen, so wird womöglich einmal eine Sonde auf Europa landen,
die einen ähnlichen Versuch durchführen wird.
Bis dahin gilt es allerdings noch einiges zu überdenken. Die Galileo- Sonde hat zum
Schluss ihrer Mission ermittelt, dass möglicherweise auf Europa Wasserstoffperoxid
(H2O2) und Schwefelsäure (H2SO4) in hohen Konzentrationen vorkommen könnten.
Diese beiden Substanzen sind jedoch pures Gift für lebende Organismen. Zwar wird
das Wasserstoffperoxid nur direkt auf der Eisoberfläche durch Reaktion des Wassers
mit der intensiven Bestrahlung aus dem Jupitermagnetfeld erzeugt, so dass
unterhalb des Eispanzers doch freundlichere Bedingungen für Mikroben herrschen
könnten. Die Schwefelsäure stammt wohl aus Reaktionen von
Schwefeldioxidemissionen (SO2) der (früheren?) Vulkane mit Wasser und könnte
vielleicht auch in gößeren Tiefen vorkommen. Oder aus Reaktionen des reichlich
vorhandenen Magnesiumsulfats (MgSO4).
Aus den Messungen der Galileo- Sonde konnte man auch einige Schlüsse ziehen
über den inneren Aufbau der Europa:
Demnach schlägt man zwei Modelle für das innere
geologische Gefüge vor. Beiden gemeinsam ist ein
metallischer Kern, dessen Hauptbestandteil Eisen
und Nickel sein dürften. Darüber schließt sich ein
dicker Gesteinsmantel an. Wesentlich Unterschiede
bestehen aber bei der möglichen Gestaltung der
äußeren Schichten.
Das erste Modell geht von einer "warmen"
Eisschicht aus, in der Bewegungen durch
Konvektion möglich sind. Obenauf befindet sich eine
Kruste aus kaltem, spröden Eis.
Das zweite, vielleicht interessantere Modell vermutet
einen 100 km tiefen (!) Ozean aus flüssigem
Wasser, auf dem die etwa 15 bis 30 km dicke
Eiskruste liegt. Insgesamt dürfte Europa in beiden
Fällen mehr als doppelt so viel Wasser aufweisen
wie die Erde. So wie die Ozeane der Erde gelöstes
Natriumchlorid (Kochsalz) enthalten, ist in Europas
Ozean und Eispanzer Magnesiumsulfat enthalten.
Unter diesen unwirtlichen Bedingungen erscheint es
doch eher unwahrscheinlich, dass sich selbst primitivstes Leben entwickeln könnte.
GANYMED
Der nächste zu betrachtende Mond des Jupiter ist Ganymed, der zugleich größter
Trabant im gesamten Sonnensystem ist. Mit einem Durchmesser von 5262 km
übertrifft er sogar den Merkur. Würde er die Sonne umkreisen, müsste man ihn zu
den Planeten zählen. Aufgrund seiner geringen Dichte von nur 1,93 g/cm 3 ist seine
Masse mit 1,49 × 1023 kg nicht einmal halb so groß. Sein Muttergestirn umkreist
Ganymed auf einer elliptischen Bahn mit einer großen Halbachse von 1 070 000 km
und einer geringen Exzentrizität von 0,001. Wie seine beiden Geschwistermonde
weist auch er eine gebundene Rotation auf, das heißt in 7 Tagen, 3 Stunden und
42½ Minuten umläuft er Jupiter und dreht sich dabei einmal um seine Achse. Das
bedeutet, wie wir wissen, dass er dem Planeten stets die selbe Seite zuwendet.
Ganymed war ein jugendlicher, trojanischer Schönling. Er fiel Zeus auf, welcher ihn in Gestalt eines
Adlers entführte, zu seinem Geliebten und Mundschenk der Götter machte.
Erst seit den Besuchen von Voyager 1 und 2 wissen wir etwas über die Beschaffenheit der Oberfläche Ganymeds.
Auf den ersten Blick sieht Ganymed der Oberfläche unseres Mondes recht ähnlich.
Man findet Gebirge und Täler, Einschlagkrater, Rillen und lavaüberschwemmte
Gebiete. Insgesamt ergibt sich eine komplexe Oberflächenstruktur, die im Schnitt
einige hundert Meter Höhendifferenz aufweist. Die Oberflächentemperatur ist nicht
sehr einladend, sie liegt nur zwischen 90 und 160 K (-113 bis -183°C).
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Die geringe Dichte des Ganymed sowie Untersuchungen der Raumsonde Galileo
weisen darauf hin, dass die Oberfläche aus einer Gesteins- Wassereismischung
beschaffen ist. Zudem folgt daraus, dass der Kern des Mondes mindestens 50% des
Durchmessers ausmachen wird. Sicher ist, dass Ganymed keine nennenswerte
Atmosphäre besitzt. Allerdings wurde durch Untersuchungen des HubbleWeltraumteleskops Ozon auf der Mondoberfläche entdeckt, in viel geringerer
Konzentration als auf der Erde. Diese energiereiche Sauerstoffverbindung entsteht
durch den andauernden Beschuss mit den vom Jupitermagnetfeld eingefangenen
geladenen Teilchen. Sie brechen die Moleküle des Wassereises auf und es entsteht
eine sehr dünne Atmosphäre, wie man sie auch auf der Europa nachgewisen hat.
Auf Ganymed werden längst nicht solche Höhen wie auf dem Erdmond erreicht. Wir
sehen ein Detail der südlichen Galileo- Region. Die meisten der Krater erscheinen
recht flach und befinden sich in unterschiedlichen Erosionsstadien. Allerdings handelt
es sich hier nicht um eine Erosion durch Wind und Wasser wie auf der Erde, sondern
durch Bewegungen innerhalb der stark eishaltigen Kruste
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Ganymeds innerer Aufbau besteht möglicherweise aus 4 Teilen. Weil der eisige
Mond ein Magnetfeld besitzt, wird in seinem Zentrum ein sehr dichter Kern versteckt
sein, vermutlich aus Eisen, welcher in der Verganheit sicher einmal heiß war.
Darüber könnte sich ein Gesteinsmantel befinden, über dem eine Schale "warmen"
Eises liegt. Die äußere Kruste ist eine Gesteins- Wassereismischung. Der Kern
könnte einem anderen Modell zufolge allerdings auch aus einer undifferenzierten
Eis- Gesteinsmischung bestehen und von einer Schicht warmen, weichen Eises
umgeben sein, auf der wiederum die Kruste ruht. Ganymed zählt man zu den
eisartigen Körpern des Sonnensystems.
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KALLISTO
Als zweitgrößter Mond umkreist die Kallisto auf einer elliptischen Bahn den Jupiter.
Die große Halbachse der Bahn misst 1 883 000 km, die Exzentrizität liegt bei 0,007
und die Umlaufzeit beträgt 16 Tage, 16 Stunden und 32,2 Minuten. Auch Kallisto hat
eine gebundene Rotation, mit einem Durchmesser von 4800 km ist sie fast so groß
wie der Merkur. Die geringe Dichte von 1,86 g/cm3 weist darauf hin, dass wir es auch
hier mit einem eisartigen Körper zu tun haben. Rund 40% seiner Masse besteht aus
Eis.
Die Kallisto war einst, der griechischen Mythologie
zufolge, eine von Zeus geliebte Nympfe, die ihm den
Sohn Arkas gebar. Hera entdeckte natürlich das
Verhältnis und hat Kallisto daraufhin in eine Bärin
verwandelt. Zeus verewigte sie dann am Himmel in
Form des Sternbildes Ursa Major, den Großen
Bären.
Die auffälligste Erscheinung auf Kallistos Oberfläche ist die
ungeheure Anzahl von Kratern. Im gesamten Sonnensystem ist
kein Körper mit einer vergleichbaren Kraterdichte bekannt.
Die Oberfläche der Kallisto ist sehr alt, etwa
4 Milliarden Jahre. Strukturen wie größere Gebirge wird man hier vergeblich suchen.
Der Mond ist eine kalte, seit Urzeiten tote Welt, auf dessen Oberfläche im Laufe der
Jahrmilliarden kaum Veränderungen stattfanden. Neben den unzähligen
Einschlagkratern aller Größen findet man zwei markante Strukturen, die auf den
Einschlag von Körpern mit mehr als 30 km Durchmesser schließen lassen. Doch sind
auch hier, wie auf dem Nachbarmond Ganymed, einige der alten Krater inzwischen
mehr oder weniger eingeebnet. Auf Kallisto werden daher ähnliche, langsame
Oberflächenprozesse der zäh- viskosen Kruste stattfinden.
Mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL/DLR(German Aerospace Center)
Diese Nahaufnahme von Kallisto zeigt uns die kraterübersähte Oberfläche und eine
der beiden riesigen Ringstrukturen mit Namen Walhalla. Die helle Zentralregion um
die Einschlagstelle hat einen Durchmesser von 300 km, während sich die
konzentrischen Ringe bis zu Distanzen von 1500 km finden lassen. Wahrscheinlich
waren die Erhebungen der Ringe früher viel ausgeprägter, die langsamen
Kriechvorgänge der Kruste haben sie inzwischen jedoch eingeebnet.
SATURN
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Aufbau
Da wir Saturn auch nur aus der Ferne beobachten können und einige Messungen
durch Raumsonden weitere Daten lieferten, ist nur eine vorsichtige Abschätzung des
inneren Aufbaus möglich. Aufgrund der sehr geringen Dichte wird Wasserstoff als
leichtestes Element den Hauptanteil der Planetenmasse ausmachen. Schneiden wir
den Planeten nun einfach auf:
Die äußere Schale des Saturn besteht überwiegend aus molekularem Wasserstoff
(H2). Tauchen wir tiefer ein, so nimmt das Gas ab einem Druck von etwa 100 000 bar
einen merkwürdigen Zustand ein, der eher einer heißen Flüssigkeit ähnelt. Man kann
nicht mehr exakt zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand unterscheiden. Steigt
der Druck noch weiter nach innen auf 1 Million bar, wird der Wasserstoff jedoch
gänzlich flüssig und metallisch: er verliert seine Elektronen und wird dadurch
elektrisch leitfähig. Dieser metallische Wasserstoff ist letzten Endes auch für das
Magnetfeld des Saturn verantwortlich.
In der äußeren Schale ist die Heliumhäufigkeit mit 3,25% deutlich geringer als in der
Sonne. Im metallischen Wasserstoff ist das Helium nicht gänzlich gelöst, sondern
ballt sich zu Tropfen zusammen, die unter dem Schwerkrafteinfluss langsam nach
innen sinken. Wir erhalten somit im Außenbereich eine heliumverarmte Atmosphäre,
während die Konzentration nach innen zunimmt. Zusätzlich wird bei diesem Vorgang
potentielle Energie freigesetzt, die Saturn mehr Wärme abstrahlen lässt, als er von
der Sonne aufnimmt. Unterstützt wird dieses Geschehen wahrscheinlich durch den
so genannten Kelvin- Helmholtz- Mechanismus. Darunter versteht man eine
langsam voranschreitende Kontraktion des Planeten, wobei Gravitationsenergie in
Wärme umgewandelt wird (wie dies auch bei Jupiter der Fall ist).
Unterhalb des metallischen Wasserstoffs stoßen wir auf eine weitere Schale, die
noch exotischer anmutet, denn sie besteht aus "Eis". Allerdings ist dieses unter
extrem hohen Drucken und Temperaturen stehende Eis eher eine suppenähnliche
Mischung aus Wasser, Ammoniak und Methan. Tief im Innern des Saturn befindet
sich ein vielleicht 12 000 K heißer Kern aus Gestein oder einer Gesteins- EisMischung.
Magnetfeld
Saturn weist ebenfalls, wie bereits erwähnt, ein Magnetfeld auf. Es erreicht allerdings
nicht die Stärke desjenigen von Jupiter, an der Wolkenobergrenze misst man mit 2,1
× 10-5 Tesla in etwa die Stärke des Erdmagnetfeldes. Weil aber Saturn deutlich
größer wie die Erde ist, muss das magnetische Feld 550- mal kräftiger sein.
URANUS
Aufbau
Eine Besonderheit bei Uranus ist seine Achsenneigung von fast 90°. Die Folge
dieser extremen Neigung ist, dass während eines Teils des Umlaufs ein Pol ständig
der Sonne zugewandt ist, während der andere ständig von der Sonne abgewandt ist.
Deshalb erhalten die Pole mehr Energie von der Sonne als der Äquator. Trotzdem
ist der Äquator wärmer als die Pole; die Ursache dafür ist noch unbekannt. Die
Ursache der starken Achsenneigung ist ebenfalls unbekannt. Man nimmt an, dass
Uranus zur Zeit seiner Entstehung mit einem großen Protoplaneten kollidierte,
wodurch seine Achse kippte. Anscheinend sorgt die extreme Bahnneigung auch für
starke jahreszeitliche Wetterunterschiede. Während des Vorbeiflugs von Voyager 2
waren die Wolkenbänder sehr schwach ausgeprägt. Neuere Aufnahmen des
Hubble-Teleskops zeigen viel stärker ausgeprägtere Bänder. Als Voyager 2 am
Uranus vorbeiflog, zeigte sein Südpol fast genau in Richtung der Sonne. 2007 wird
sie senkrecht darüber stehen. Auch das Magnetfeld von Uranus ist ungewöhnlich.
Sein Ursprung ist nicht im Zentrum des Planeten und es ist um fast 60° gegenüber
der Achse geneigt. Vermutlich wird es durch Bewegungen in nicht allzu großer Tiefe
erzeugt. Neptun hat ein ähnlich verschobenes Magnetfeld, was darauf hindeutet,
dass es nichts mit der großen Achsenneigung von Uranus zu tun hat. Die
Magnetosphäre hinter dem Planeten ist durch die Rotation korkenzieherartig
verwirbelt. Es wird vermutet, daß ionisiertes Wasser die Quelle des Magnetfelds ist.
Die hellblaue Farbe von Uranus entsteht durch die Absorption von rotem Licht durch
seine Methan-Atmosphäre. Darunter besteht Uranus hauptsächlich aus Fels und
Eis, mit nur etwa 15% Wasserstoff und wenig Helium (im Gegensatz zu Jupiter und
Saturn, die zum größten Teil aus Wasserstoff bestehen). Uranus und Neptun ähneln
dem Kern von Jupiter und Saturn, nur ohne die massive Hülle aus flüssigem
metallischem Wasserstoff. Man vermutet, daß seine Materie einigermaßen
gleichmäßig verteilt ist, d.h. Uranus besteht aus einem großen Ozean aus Wasser
und geschmolzenem Gestein.
NEPTUN
Aufbau
Neptun kann nicht mit bloßem Auge beobachtet werden. In einem Teleskop
erscheint er als blaugrüne Scheibe, ähnlich wie der Uranus. Die blaugrüne Farbe
kommt vom Methan in seiner Atmosphäre. Wegen seiner großen Entfernung zur
Sonne erreicht den Neptun nur wenig Wärme. Seine Oberflächentemperatur liegt bei
minus 218° Celsius. Der Planet scheint jedoch eine innere Wärmequelle zu besitzen.
Man vermutet, dass es sich dabei noch um Restwärme aus seiner Entstehungszeit
handelt. Die Atmosphäre von Neptun hat mit bis zu 2000 km/h die höchsten
Windgeschwindigkeiten im Sonnensystem, die vermutlich durch diese innere
Wärmequelle zustande kommen. Der innere Aufbau von Neptun ähnelt dem des
Uranus: Ein felsiger Kern, bedeckt von einer Eisschicht, darüber die dicke
Atmosphäre. Wie bei Uranus, aber anders als bei Jupiter und Saturn, hat Neptun
vermutlich klar unterscheidbare Schichten. Wie auch bei Uranus ist das Magnetfeld
von Neptun gegenüber der Rotationsachse geneigt, und zwar um 47°.
PLUTO
Über Pluto selber ist nur wenig bekannt, auch weil keine Aufnahmen aus der Nähe
existieren, wie sie für erdnähere Planeten vorliegen. Mit seinen lediglich 2400 km ist
Pluto deutlich kleiner als die 7 größeren Monde im Sonnensystem. Seine
Atmosphäre ist sehr dünn. Die Annahme, dass sie im sonnenfernsten Bahnabschnitt
ausfrieren würde, konnte bislang nicht bestätigt werden. Aus dem Vergleich von
spektroskopischen Messungen, die 1988 und 2002 durchgeführt wurden, wäre sogar
eine geringe Ausdehnung der Atmosphäre abzuleiten. Pluto hat als einziger Planet
im Sonnensystem eine satellitengebundene Rotation (Hantelrotation), d. h. Charon
(Mond) umkreist Pluto in der gleichen Zeit, die der Planet für eine Eigenumdrehung
benötigt. Aufgrund der stark exzentrischen Bahn und der Kleinheit von Pluto und
Charon nahmen viele früheren Astronomen an, sie seien einst Monde des Neptun
gewesen; seine große Bahnneigung von 17° sei ebenfalls Hinweis auf ein
astronomisches Ereignis, das den Pluto "befreit" habe. Heute wird eher die These
bevorzugt, Pluto sei der größte - jedenfalls der hellste - Vertreter der Transneptune.
Es sind dies tausende Asteroiden (Kleinplaneten und Kometenkerne) jenseits der
Neptunbahn im sogenannten Kuipergürtel. Viele von ihnen wurden offenbar durch
den äußersten Riesenplaneten Neptun in eine 3:2-Bahnresonanz "eingefangen".
Wegen ihrer dem Pluto ähnlichen Bahnen nennt man sie Plutinos. Mit Methoden der
Himmelsmechanik kann man zeigen, dass diese langgestreckten, mit Neptun halbsynchronen Umlaufbahnen über Millionen von Jahren stabil sind. Demnach wäre
Pluto kein wirklicher Planet. Auch der Neptunmond Triton sei ein ehemaliges
Mitglied des Kuipergürtels, das vom Neptun eingefangen wurde. Überhaupt sind sich
Pluto und Triton (der noch kälter ist) auch vom Aufbau her wahrscheinlich sehr
ähnlich. Somit wäre Pluto (wie Triton) von einer eher rötlichen Färbung, hat
wahrscheinlich Polkappen und in Richtung des Äquators dunkler gefärbte Gebiete.
Dies würde auch die schwankende Helligkeit erklären. Im Inneren hat Pluto einen
von einer Eisschicht überzogenen Gesteinskern, der ca. 80 Prozent der Masse
ausmacht.