Jupiter (Planet)

Jupiter (Planet)
Der Jupiter ist mit einem Äquatordurchmesser von Des Weiteren befinden sich auf der Bahn des Jupiters
rund 143.000 Kilometern der größte Planet des Trojaner, die Jupiter auf den Lagrange-Punkten L4 und
Sonnensystems. Er ist mit einer durchschnittlichen Ent- L5 begleiten.
fernung von 778 Millionen Kilometern von der Sonne
aus gesehen der fünfte Planet. Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung zählt er zu den Gasplaneten
(„Gasriesen“) und hat keine sichtbare feste Oberfläche.
1.2 Rotation
Diese Gasriesen werden nach ihm auch als jupiterähnliche (jovianische) Planeten bezeichnet, die im Sonnensystem die Gruppe der äußeren Planeten bilden. In dieser
Gruppe ist er der innerste und läuft in äußerer Nachbarschaft des Asteroidengürtels um die Sonne.
Als eines der hellsten Objekte des Nachthimmels ist
er nach dem römischen Hauptgott Jupiter benannt.
In Babylonien galt er wegen seines goldgelben Lichts
als Königsstern (siehe auch Stern von Betlehem). Sein
astronomisches Symbol ist ♃.
1
1.1
Umlaufbahn und Rotation
Umlaufbahn
Jupiter läuft auf einer annähernd kreisförmigen Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0,0489 um die Sonne.
Sein sonnennächster Punkt, das Perihel, liegt bei 4,95 AE
und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 5,46 AE.
Seine Umlaufbahn ist mit 1,305° leicht gegen die Ekliptik Die Abplattung des Jupiters zeigt sich im Vergleich zum Umgeneigt. Für einen Umlauf um die Sonne benötigt Jupiter riss (rote Linie) einer Kugel. Falschfarbenaufnahme des Hubble
Space Telescope.
11 Jahre, 315 Tage und 3 Stunden.
Wegen seiner geringen Bahnneigung (1,3°) bewegt sich
Jupiter immer nahe der Ekliptik. Die fast genau 12jährige Umlaufzeit bedeutet, dass er sich jedes Jahr im
Tierkreis um 1 Sternbild weiterbewegt und seine beste
Sichtbarkeit (Opposition) jährlich um 1 Monat später eintritt.
Jupiter ist im Sonnensystem der Planet, der sich am
schnellsten um seine Achse dreht. Seine Rotationsperiode
beträgt knapp zehn Stunden, was aufgrund der
Fliehkräfte zu einer Abflachung des Jupiters an den
Polen führt. Außerdem rotiert Jupiter als Gasplanet
nicht wie ein starrer Körper, sondern seine (visuell
beobachtbare) Oberfläche befindet sich in differentieller
Rotation. Die Äquatorregionen benötigen 9 h 50 min
30 s und die Polregionen 9 h 55 min 41 s. Die Äquatorregionen werden als System I und die Polregionen
als System II bezeichnet. Seine Rotationsachse ist dabei
nur sehr gering um 3,13° gegen die Normale seiner
Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Jupiter hat somit
im Gegensatz zu anderen Planeten keine ausgeprägten
Jahreszeiten. Die Präzessionsperiode der Rotationsachse
liegt Modellrechnungen zufolge in einer Größenordnung
von 500.000 Jahren.[3]
Jupiter hat eine wichtige Funktion im Sonnensystem. Da
er schwerer ist als alle anderen Planeten zusammen, bildet er eine wesentliche Komponente des Massengleichgewichtes im Sonnensystem. Er stabilisiert durch seine
Masse den Asteroidengürtel. Ohne Jupiter würde statistisch gesehen alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem
Asteroidengürtel die Erde treffen und Leben dadurch
vermutlich unmöglich machen. Die Existenz eines jupiterähnlichen Planeten in einem Sonnensystem könnte
darum Voraussetzung für Leben auf einem dem Stern näheren Planeten sein; jedoch teilen nicht alle Astronomen
diese Ansicht.[2]
1
2
2
PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN
Die Temperatur beträgt bei einem Druck der Gasschicht
von 100 kPa (1 bar, dies wird bei Gasplaneten allgemein
als „Oberfläche“ definiert) 165 K (−108 °C) und bei 10
kPa (0,1 bar) Druck 112 K (−161 °C).
Teide 1
Sonne
Gliese 229A
5,800 K
3,800 K
G2 Sonne
Roter Zwerg
Jupiter
Gliese 229B
2,700 K
900 K
Brauner Zwerg
180 K
Planet
Größen- und Temperaturvergleich zwischen der Sonne, Gliese
229 A + B, Teide 1 und Jupiter
2
2.1 Aufbau
Jupiter hat keine klar begrenzte Atmosphäre. Fast der
ganze Planet besteht aus Gasen, und die Gashülle geht ohne Phasenübergang mit zunehmender Tiefe in einen flüssigen Zustand über, da oberhalb der kritischen Temperatur der Druck über den kritischen Druck ansteigt.
2.1.1 Obere Schichten
Physikalische Eigenschaften
Jupiter ist der massereichste Planet im Sonnensystem. Er
ist etwa 2,5-mal so massereich wie alle anderen sieben
Planeten zusammen. Als einziger Planet des Sonnensystems liegt der gemeinsame Schwerpunkt mit der Sonne
mit etwa 1,068 Sonnenradien leicht außerhalb der Sonne.
Jupiters Masse entspricht 318 Erdmassen beziehungsweise dem 1048. Teil der Sonnenmasse.
Jupiter ist nicht nur der schwerste, sondern mit einem
Durchmesser von etwa 143.000 Kilometern auch der
größte Planet des Sonnensystems. Sein Durchmesser entspricht rund elfmal dem der Erde beziehungsweise einem
Zehntel des Sonnendurchmessers. Wie alle Gasriesen hat
er mit 1,326 g/cm³ eine geringere mittlere Dichte als erdähnliche Planeten.
Er weist eine relativ starke Abplattung auf. Der scheinbare Winkeldurchmesser beträgt je nach Erdentfernung
32 bis 48″. In einer Wolkenschicht südlich des Äquators befindet sich der größte Wirbelsturm des Sonnensystems, der Große Rote Fleck (GRF), der schon vor 300
Jahren beobachtet werden konnte.[4] Außerdem besitzt
Jupiter ein kleines Ringsystem und 67 bekannte Monde, von denen die vier größten, die Galileischen Monde Ganymed, Kallisto, Europa und Io, auch mit kleinen
Fernrohren wahrgenommen werden können. Auch die bis
zu fünf Äquatorstreifen können mit einfachen Fernrohren
beobachtet werden.
Jupiter besitzt fast die Maximalausdehnung eines „kalten“, aus Wasserstoff bestehenden Körpers. „Kalt“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in dem Himmelskörper kein Wasserstoff zu Helium fusioniert und ihn
zu einem Stern aufheizt. Jupiter müsste mindestens etwa 70 mal schwerer sein, um den kleinstmöglichen Stern
mit Kernfusion, einen roten Zwerg, zu bilden. Körper aus
Wasserstoff mit einer größeren Masse als Jupiter besitzen
aufgrund ihrer stärkeren Gravitation ein kleineres Volumen. Solche Objekte nennt man ab etwa 13 Jupitermassen Braune Zwerge. Die Übergänge zwischen Sternen,
Braunen Zwergen und Planeten sind fließend.
Jupiter-Animation von Voyager 1 (Video in Vollgröße hier)
Hauptbestandteile (in Stoffmenge bzw. Anzahl der Atome) des Außenbereichs sind Wasserstoff (89,8 ± 2 Vol
%) und Helium (10,2 ± 2 Vol %) sowie in geringerer
Menge Methan (0,3 ± 0,2 Vol %) und Ammoniak (260
± 40 Vol-ppm).[1] Die Massenverteilung entspricht damit etwa 75 % Wasserstoff, 24 % Helium und 1 % andere Elemente. Da ein Heliumatom etwa die vierfache
Masse eines Wasserstoffatoms besitzt, ist der Massenanteil des Heliums entsprechend höher. Des Weiteren wurden Spuren von chemischen Verbindungen der Elemente Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel und vielen anderen
Elementen gefunden, aber auch von Edelgasen wie z. B.
vom Gas Neon. Der Außenbereich beinhaltet daher Spuren von zum Beispiel Wasser, Schwefelwasserstoff sowie
weiteren Oxiden und Sulfiden. Die äußersten Schichten
beinhalten zudem Kristalle aus gefrorenem Ammoniak,
welches in tiefer liegenden Schichten mit Schwefelwasserstoff auch zu Rauchwolken aus Ammoniumsulfid reagieren kann. Noch tiefer liegende, wärmere Schichten
enthalten vermutlich auch Spuren von organischen Verbindungen.
2.2
Wetter
Insgesamt gleicht Jupiters Zusammensetzung sehr der
Gasscheibe, aus der sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren
die Sonne entwickelt hat. Es lassen sich Ähnlichkeiten im
Aufbau zu Saturn erkennen, wobei Saturn einen geringeren Anteil an Helium hat. Die beiden anderen Gasriesen
Uranus und Neptun besitzen aufgrund ihrer geringeren
Schwerkraft wesentlich weniger Wasserstoff und Helium.
2.1.2
3
lediglich 4 %. Die Kerntemperatur beträgt 12.000 bzw.
rund 20.000 Kelvin.
2.2 Wetter
2.2.1 Großer Roter Fleck
Innerer Aufbau
Schematischer Schnitt zur Darstellung des inneren Aufbaus
Wegen des hohen Drucks geht mit zunehmender Tiefe
der Wasserstoff vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand über. Es gibt dabei keinen Phasenübergang zwischen den Aggregatzuständen, da die Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur liegt. Daher kann
auch keine Oberfläche als Grenzfläche definiert werden.
Unterhalb etwa 78 % des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosphären in eine elektrisch leitfähige Phase über, die
wegen der Leitfähigkeit metallisch genannt wird. Es wird
vermutet, dass Jupiter unterhalb etwa eines Viertels seines Radius einen Gestein-Eis-Kern hat, der aus schweren
Elementen besteht mit bis zu etwa 20 Erdmassen. Die
Massenverteilung im Inneren des Planeten entspricht etwa 71 % Wasserstoff, 24 % Helium und 5 % andere Elemente.
2.1.3
Vergleich Jupiter- und Saturnkern
Interessant ist der Vergleich zum (dem Radius nach) 10
% kleineren Saturn, der statt 318 nur 95 Erdmassen hat.
Modellrechnungen zufolge beginnt im Innern des Ringplaneten die metallische Schicht erst bei 0,47 Saturnradien. Auch darunter liegt ein Eis-Silikat-Kern, dessen Masse etwa 16 Erdmassen betragen dürfte – was bei einer
um 70 % kleineren Planetenmasse erstaunlich ist. Der Saturnkern hat somit einen Masseanteil von 25 %, Jupiter
Der Große Rote Fleck umkreist als größter Wirbelsturm des Sonnensystems ständig den Jupiter. Er wurde bereits vor 300 Jahren
auf Zeichnungen festgehalten. Damals wurde er durch einfache
Ferngläser beobachtet.
Außer den hellen und dunklen äquatorparallelen Wolkenbändern fällt an Jupiter vor allem der Große Rote Fleck
auf (GRF, oder englisch GRS für Great Red Spot). Der
Große Rote Fleck ist ein riesiger ovaler Antizyklon, der
in seiner Länge in Richtung der Rotation zwei Erddurchmesser groß ist. Er ist mit keiner festen Oberfläche verbunden, liegt aber sehr stabil zwischen zwei Wolkenbändern um etwa 22° südlicher Breite.
Erstmals wurde der Große Rote Fleck 1664 von dem englischen Naturforscher Robert Hooke beschrieben. Seitdem unterlag er nur leichten Veränderungen. Zum Vergleich: Auf der Erde lösen sich Windwirbel in der Atmosphäre üblicherweise innerhalb einiger Wochen wieder auf.
Aufgrund seiner Größe ist der Große Rote Fleck bereits
in Amateurteleskopen sichtbar. Seine markante Farbe ist
4
2
PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN
zwar deutlich röter als die Umgebung, jedoch ist es kein
tiefes, leuchtendes Rot, sondern schwankt im Lauf der
Jahre um ein eher helles Orange. Für ein erfolgreiches
Auffinden können sich Beobachter an der durch ihn bedingten Einbuchtung am Südrand des dunklen südlichen
äquatorialen Gürtels orientieren; diese wird als Bucht des
Großen Roten Flecks (Red Spot Hollow) bezeichnet.
Flecks ist. Das weiße Oval hatte sich ab 1998 aus drei
seit den 1930er Jahren bekannten Stürmen entwickelt.
Im Jahre 2006 wurde durch Aufnahmen des HubbleWeltraumteleskops ein Farbwechsel hin zu Rot beobachtet, sodass möglicherweise in Zukunft dieser Struktur der
Name Zweiter Roter Fleck oder Kleiner Roter Fleck gegeben wird, auf Englisch red spot junior. Neuere Messungen
Welche chemischen Elemente für die rote Färbung ver- ermittelten in seinem Inneren Windgeschwindigkeiten bis
zu 600 km/h.
antwortlich sind, ist unbekannt. Jedoch ist Ende 2009 der
„südliche äquatoriale Gürtel“ verschwunden, sodass der Im Mai 2008 wurde ein dritter roter Fleck entdeckt, von
Große Rote Fleck jetzt noch besser sichtbar auf einem dem zuerst angenommen wurde, dass er etwa im August
sehr breiten, weißen Band liegt.[5]
mit dem Großen Roten Fleck zusammentreffen würde.
Seit 1930 und insbesondere zwischen 2012 und 2014 ist Der neue rote Fleck ging aus einem bisher weißlichen,
der Sturm kleiner und kreisförmiger geworden. Beobach- ovalen Sturmgebiet hervor. Die Änderung der Farbe deutungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop im Mai 2014 tet darauf hin, dass die Wolken in größere Höhen steiauch die Wolkenzeigten die kleinste jemals gemessene Ausdehnung mit gen. In solch einer Höhe befindet sich[8]
obergrenze
des
Großen
Roten
Flecks.
Mitte Juli 2008
etwa 16.500 Kilometern in Richtung der längeren Achse.
hat
der
größte
Wirbelsturm
des
Jupiters,
der
Große Rote
Als Ursache werden von der NASA Wechselwirkungen
Fleck,
den
dritten
roten
Fleck
verschlungen,
wie Beob[6][7]
mit anderen kleineren Stürmen vermutet.
achtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble zeigen.[9]
2.2.2
Wirbelstürme
2.3 Energiebilanz
→ Hauptartikel: Kelvin-Kontraktion
Jupiter strahlt 335 (± 26) Milliarden Megawatt mehr an
Wärme ab als die 501 (± 25) Milliarden Megawatt, die
er von der Sonne erhält. Beiträge zur Energiebilanz sind
eine langsame Abkühlung des festen Kerns um 1 K pro
Jahrmillion und gravitative Bindungsenergie durch Kontraktion der Hülle um etwa 3 cm pro Jahr.[10] Letzteres
ist der sogenannte Kelvin-Helmholtz-Mechanismus. Womöglich trägt auch die Entmischung von Wasserstoff und
Helium[11] bei.
2.4 Magnetfeld
Der Große Rote Fleck, „red spot junior“ und der im Mai
2008 aufgetauchte dritte rote Fleck, aufgenommen vom HubbleTeleskop.
Jupiter unterliegt nach neuen Forschungsergebnissen
einem 70-jährigen Klimazyklus. In diesem Zeitraum
kommt es zur Ausbildung etlicher Wirbelstürme – Zyklone und Antizyklone, die nach gewisser Zeit wieder zerfallen. Zudem verursacht das Abflauen der großen Stürme
Temperaturunterschiede zwischen den Polen und dem
Äquator von bis zu zehn Kelvin, die sonst wegen der ständigen Gasvermischung durch die Stürme verhindert werden.
Neben dem auffälligen roten Fleck ist seit längerem auch
eine Struktur mit der Bezeichnung weißes Oval (englisch oval BA) bekannt, deren Ausdehnung (etwa ein
Erddurchmesser) allerdings geringer als die des roten
Magnetosphäre des Jupiters. Um die Umlaufbahnen von Io
(grün) und Europa (blau) existiert je ein Torus aus Plasma. Mit
ENA ist die Abstrahlung von hochenergetischen neutralen Atomen (engl. energetic neutral atoms[12] ) angedeutet.
5
Jupiter besitzt das größte Magnetfeld aller Planeten des
Sonnensystems. An der Oberfläche beträgt die Stärke des
Feldes äquatorial circa 400 Mikrotesla und an den Polen zwischen 1040 und 1400 Mikrotesla.[13] Es ist somit
10- bis 20-mal so stark wie das Erdmagnetfeld (ca. 30
µT am Äquator und ca. 60 µT an den Polen) und wesentlich größer. Der magnetische Nordpol des Jupiters liegt in
der Nähe seines geographischen Südpols. Die Achse des
magnetischen Nordpols ist um circa 10° gegen die Rotationsachse geneigt.[14] Die fiktive Achse zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen Südpol geht
nicht direkt durch das Zentrum des Planeten, sondern
leicht daran vorbei, ähnlich wie es bei der Erde der Fall
ist.
Die genaue Entstehung des Magnetfeldes ist bei Jupiter
noch ungeklärt, jedoch gilt als gesichert, dass der metallische Wasserstoff sowie die schnelle Rotationsperiode
Jupiters eine entscheidende Rolle spielen.
JOVE) oder im Dezimeterwellenbereich gemessen werden und führt auch zur Wasserverdampfung auf Europas
Oberfläche.
Das Magnetfeld lässt sich grob in drei Teile einteilen:
Der innere Bereich ist ringförmig und erstreckt sich etwa
10 Jupiterradien weit. Innerhalb dieses Teiles lassen sich
unterschiedliche Regionen unterscheiden, die durch verschiedene Elektronen- und Protonenkonzentrationen definiert sind. Der mittlere Teil des Magnetfeldes erstreckt
sich von 10 bis etwa 40 Jupiterradien.[15] Dieser Teil
ist scheibenförmig abgeplattet. Die äußere Region des
Magnetfeldes ist vor allem durch die Wechselwirkung
des Magnetfeldes mit dem Sonnenwind geprägt, und ihre
Form damit abhängig von dessen Stärke.
3 Ringsystem
Auf der sonnenzugewandten Seite erstreckt sich das Magnetfeld etwa 5 bis 7 Mio. Kilometer weit in das Weltall.
Auf der sonnenabgewandten Seite ragt es gut 700 Mio.
Kilometer ins Weltall und reicht damit fast bis in die
Saturnbahn. Der Grund für diese Asymmetrie ist der
Sonnenwind, der eine Stoßfront bildet. Dadurch wird von
der Sonne aus gesehen das Magnetfeld vor dem Planeten
gestaucht und dahinter gedehnt. Die ständige Wechselwirkung mit dem Sonnenwind führt dazu, dass die genauen Ausmaße des Magnetfeldes stark schwanken können. Besonders stark können etwaige Fluktuationen auf
der sonnenzugewandten Seite sein. Bei schwachem Sonnenwind kann das Magnetfeld dort bis zu 16 Mio. Kilometer weit ins All reichen. Die Fluktuationen des Magnetfeldes wurden unter anderem von den beiden Sonden
Ringe des Jupiters
Voyager 1 und 2 untersucht.[15]
Den vom Magnetfeld eingenommenen Raum nennt man
Magnetosphäre. Die Magnetosphäre Jupiters ist derart
groß, dass wenn man sie von der Erde aus sehen könnte,
die fünffache Fläche des Vollmondes einnehmen würde.
Abgesehen von der Magnetosphäre der Sonne, ist sie mit
Abstand das größte Objekt im Sonnensystem.
Das starke Magnetfeld fängt beständig geladene Teilchen
ein, sodass sich Ringe und Scheiben aus geladenen Teilchen um Jupiter bilden. Diese geladenen Teilchen stammen zum einen aus dem Sonnenwind – ein vergleichbarer Effekt findet sich auf der Erde in Form des VanAllen-Gürtels –, zum anderen – in größerer Menge – von
den Monden des Jupiters, besonders Io. So findet man
beispielsweise einen Torus aus geladenen Schwefel- und
Sauerstoffatomen um die Umlaufbahn von Io herum sowie um die Umlaufbahn von Europa, wobei die Herkunft
der geladenen Teilchen des Plasmas dieses Torus noch
nicht geklärt ist.[16]
Jupiter hat ein sehr schwach ausgeprägtes Ringsystem,
das schon seit der Pioneer-11-Mission 1974 vermutet
wurde und 1979 von Voyager 1 erstmals fotografiert werden konnte. Als die Sonde am 5. März 1979 in den Jupiterschatten eintauchte, waren die Ringe im Gegenlicht zu
erkennen.
Lange Zeit blieb die Herkunft der Ringe unbekannt, und
eine erdgebundene Beobachtung erwies sich als außerordentlich schwierig, da die Ringe aus Staubkörnchen bestehen, die zum Großteil nicht größer sind als die Partikel des Rauches einer Zigarette. Hinzu kommt, dass die
Staubteilchen nahezu schwarz und daher kaum sichtbar
sind: Sie haben eine Albedo von lediglich 5 %, verschlucken also 95 % des auftreffenden, dort ohnehin schon
schwachen Sonnenlichts.
Ein weiterer Grund für die geringen Ausmaße der Ringe
ist die Tatsache, dass sich die Ringe langsam spiralförmig
auf Jupiter zu bewegen und in ferner Zukunft schließDurch Fluktuationen im Magnetfeld entsteht ständig
lich von ihm aufgesaugt werden. Die spiralförmige RoStrahlung, die von Jupiter ausgeht. Diese so genannte
tation hat unterschiedliche Ursachen. Zum einen bewirkt
Synchrotronstrahlung kann als Jupiter-Bursts auf Kurzdas starke Magnetfeld Jupiters ein elektrisches Aufladen
welle (beispielsweise im Rahmen des Projekts Radio
der Staubteilchen. Diese stoßen mit anderen geladenen
6
4
MONDE
Teilchen zusammen, die Jupiter zum Beispiel aus dem
Sonnenwind einfängt, was schließlich zu einer Abbremsung der Teilchen führt. Ein zweiter Effekt, der ebenfalls eine Abbremsung der Staubpartikel bewirkt, ist die
Absorption und anschließende Remission von Licht. Dabei verlieren die Staubpartikel Bahndrehimpuls. Diesen
Effekt nennt man Poynting-Robertson-Effekt. Beide Effekte zusammen bewirken, dass der Staub innerhalb eines
Zeitraumes von etwa 100.000 Jahren aus den Ringen verschwindet.
Hauptring fotografiert am 9. November 1996 von Galileo
Der Ursprung der Ringe konnte erst durch die GalileoMission geklärt werden. Der feine Staub stammt wahrscheinlich von den kleinen felsigen Monden Jupiters. Die
Monde werden ständig von kleinen Meteoriten bombar- Die vier Galileischen Monde maßstabsgetreu in Fotomontage vor
dem Großen Roten Fleck (von oben: Io, Europa, Ganymed und
diert. Durch die geringe Schwerkraft der Monde wird
Kallisto).
ein Großteil des Auswurfs in die Jupiterumlaufbahn geschleudert und füllt damit die Ringe ständig wieder auf.
Der Hauptring (Main Ring) zum Beispiel besteht aus
dem Staub der Monde Adrastea und Metis. Zwei weitere
schwächere Ringe (Gossamer-Ringe) schließen sich nach
außen hin an. Das Material für diese Ringe stammt hauptsächlich von Thebe und Amalthea. Außerdem konnte
noch ein extrem dünner Ring in einer äußeren Umlaufbahn entdeckt werden, der einen Durchmesser von über
640.000 km hat und dessen Teilchen sich bis zu 20°
außerhalb der Äquatorebene des Jupiters bewegen. Dieser Ring umkreist Jupiter in gegenläufiger Richtung. Der
Ursprung dieses Ringes ist noch nicht geklärt. Es wird
jedoch vermutet, dass er sich aus interplanetarem Staub
zusammensetzt.
Innerhalb des Hauptringes befindet sich ein Halo aus
Staubkörnern, der sich in einem Gebiet von 92.000 bis
122.500 km, gemessen vom Zentrum Jupiters, erstreckt.
Der Hauptring reicht von oberhalb der Halogrenze ab
130.000 km bis etwa an die Umlaufbahn von Adrastea
heran. Oberhalb der Umlaufbahn von Metis nimmt die
Stärke des Hauptrings merklich ab. Die Dicke des Hauptrings ist geringer als 30 km.
Der von Amalthea gespeiste innere Gossamer-Ring reicht
von der äußeren Grenze des Hauptrings bis zu Amaltheas
Umlaufbahn bei etwa 181.000 km vom Jupiterzentrum.
Der äußere Gossamer-Ring reicht von 181.000 km bis
etwa 221.000 km und liegt damit zwischen den Umlaufbahnen von Amalthea und Thebe.
4 Monde
Siehe auch: Liste der Jupitermonde
Jupiter besitzt 67 bekannte Monde (Stand: 26. November 2012).[17] Sie können in mehrere Gruppen unterteilt
werden:
Die Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto mit Durchmessern zwischen 3122 und 5262 km
(Erddurchmesser 12.740 km) wurden 1610 unabhängig
voneinander durch Galileo Galilei und Simon Marius entdeckt. Alle anderen Monde, mit Ausnahme der 1892 entdeckten Amalthea, wurden erst im 20. oder 21. Jahrhundert gefunden. Die Galileischen Monde sind die größten Jupitermonde und haben planetennahe, nur wenig geneigte Bahnen. Die erste mathematische Berechnung der
Bahnen der Jupitermonde wurde 1945 von Pedro Elias
Zadunaisky in seiner Dissertationsschrift bei Beppo Levi
durchgeführt.
• Io hat einen Durchmesser von 3643 km und umkreist Jupiter in einem Abstand von 421.600 km. Sie
besteht aus einem Eisenkern und einem Mantel. Io
besitzt eine sehr dünne Atmosphäre, hauptsächlich
bestehend aus Schwefeldioxid. Da in ihrem Inneren
geologische Prozesse ablaufen, befinden sich auf ihrer Oberfläche zahlreiche Vulkane.
7
• Europa besitzt einen Eisenkern und einen Steinmantel, über dem ein wahrscheinlich 100 km tiefer
Ozean aus Wasser liegt, dessen Oberfläche 10 bis 20
km zu einer Eiskruste gefroren ist. Ihr Durchmesser beträgt 3122 km, ihre Entfernung zum Jupiter
670.900 km.
• Ganymed befindet sich in einer Entfernung von
1.070.000 km. Sein Durchmesser liegt bei 5262 km.
Damit ist er der größte Mond im Sonnensystem. Er
besteht aus einem Eisenkern, einem Felsmantel und
einem Eismantel. Außerdem besitzt er ein eigenes
Magnetfeld.
• Kallisto hat einen Durchmesser von 4821 km und
einen Abstand von 1.883.000 km zu Jupiter. Sie
besteht aus einem Eisen-Stein-Gemisch und einer
Eiskruste. Forscher fanden auf ihr Anzeichen für
Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, die zu den
Grundvoraussetzungen für Leben gehören. Auch im
Innern von Kallisto gibt es wahrscheinlich Schichten
aus flüssigem Wasser.
Neben den Galileischen Monden gibt es vier weitere
Monde auf planetennahen und nur wenig geneigten Bahnen: Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe. Diese sind
aber mit Durchmessern von 20 bis 131 km wesentlich
kleiner als die Galileischen Monde. Man vermutet, dass
diese acht inneren Monde gleichzeitig mit dem Jupiter
entstanden sind.
Jupiter mit Monden auf einer astronomischen Zeichnung des 19.
Jahrhunderts (Trouvelot, 1881)
se vier Monde werden daher heute noch als Galileische
Monde bezeichnet.
6 Erforschung mit Raumsonden
Jupiter wurde bereits von mehreren Raumsonden besucht, wobei einige Missionen den Planeten als eine
Art Sprungbrett nutzten, um mit Hilfe eines Swing-byManövers am Jupiter zu ihren eigentlichen Zielen zu gelangen.
Die restlichen Monde sind kleine bis kleinste Objek- 6.1
te mit Radien zwischen 1 und 85 km und wurden vermutlich von Jupiter eingefangen. Sie tragen teilweise
noch Zahlencodes als vorläufige Namen, bis sie von der
Internationalen Astronomischen Union (IAU) endgültig
benannt sind.
Pioneer 10 und 11
Vermutlich während der 1960er-Jahre geriet der Komet
Shoemaker-Levy 9 unter die Gravitationskräfte des Planeten und wurde in eine stark elliptische Umlaufbahn
(Exzentrizität > 0,99, Apojovium bis zu 0,33 AE) gezwungen. Im Juli 1992 passierte der Quasisatellit Jupiter innerhalb der Roche-Grenze und zerbrach in 21 Fragmente, die zwei Jahre später auf den Planeten stürzten.
5
Beobachtung
→ Hauptartikel: Jupiterpositionen
Jupiter ist nachts von der Erde aus mit bloßem Auge zu
erkennen. An seiner maximalen Helligkeit gemessen ist
Jupiter – nach Sonne, Mond und Venus – das vierthellste
Objekt am Himmel, das bei entsprechender Planetenkonstellation sogar heller leuchten kann als die Venus. Daher
war er bereits in der Antike bekannt. Eine der ersten Personen, die Jupiter mit einem Fernrohr beobachteten, war
1610 Galileo Galilei. Dabei entdeckte er die vier größten
Jupitermonde Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Die-
Jupiter, aufgenommen von einer der Pioneer-Sonden
Pioneer 10 war die erste Raumsonde, die am 3. Dezember 1973 in einer Entfernung von etwa 130.000 km am
Jupiter vorbeiflog. Exakt ein Jahr später, am 3. Dezember
1974, folgte Pioneer 11, die bis auf etwa 43.000 km an
8
6
die Wolkenobergrenze des Planeten herankam. Die beiden Pioneer-Raumsonden lieferten wichtige Daten über
die Magnetosphäre des Jupiters und fertigten die ersten,
noch relativ niedrig aufgelösten Nahaufnahmen des Planeten an.
6.2
Voyager 1 und 2
Voyager 1 flog im März 1979 durch das Jupiter-System,
gefolgt von Voyager 2 im Juli 1979. Die VoyagerRaumsonden lieferten neue Erkenntnisse über die Galileischen Monde, konnten erstmals vulkanische Aktivitäten auf Io nachweisen und entdeckten die Ringe des Jupiters. Auch fertigten sie die ersten Nahaufnahmen der
Planetenatmosphäre an.
6.3
ERFORSCHUNG MIT RAUMSONDEN
den Planeten einschwenkte. Bereits auf dem Weg zum
Jupiter konnte Galileo 1994 beobachten, wie der Komet
Shoemaker-Levy 9 auf dem von der Sonde noch 238 Mio.
Kilometer entfernten Jupiter einschlug und Explosionen
von der Größe der Erde in der Atmosphäre des Planeten auslöste. Trotz der Distanz konnte Galileo Bilder von
den direkten Einschlägen aufnehmen, die auf der erdabgewandten Seite stattfanden.
Galileo umkreiste Jupiter über sieben Jahre lang und
führte mehrfach Vorbeiflüge an den Galileischen Monden aus. Unter anderem beobachtete Galileo Vulkanausbrüche auf Io, lieferte Hinweise auf einen verborgenen
Ozean auf Europa und untersuchte die Wolkenbewegungen in Jupiters Atmosphäre. Allerdings konnte aufgrund
des Ausfalls der primären Antenne der Raumsonde nur
ein Bruchteil der ursprünglich geplanten Menge wissenschaftlicher Daten zur Erde übertragen werden.
Ulysses
Im Februar 1992 flog die Sonnensonde Ulysses in einer Entfernung von etwa 450.000 km (6,3 Jupiterradien) am Jupiter vorbei. Dabei wurde die Sonde aus der
Ekliptikebene geschleudert und trat in eine polare Sonnenumlaufbahn ein. Ulysses untersuchte die Magnetosphäre des Jupiters, konnte jedoch keine Bilder des Planeten liefern, da keine Kamera an Bord war.
6.4
Galileo
Künstlerische Darstellung des Eintritts der Atmosphärenkapsel
Neben dem Orbiter umfasste die Mission von Galileo
auch das Aussetzen einer Eintrittskapsel, die in Jupiters Atmosphäre eindringen und verschiedene Daten über
Temperatur, Druck, Windgeschwindigkeit und chemische Zusammensetzung liefern sollte. In 82 Mio. Kilometern Entfernung zum Jupiter trennte sich im Juli
1995 die Kapsel von der Muttersonde. Am 7. Dezember 1995 tauchte die Kapsel mit einer Geschwindigkeit
von 170.000 km/h in einem Winkel von ca. 9° in die Atmosphäre des Jupiters ein, wurde mit Hilfe eines Hitzeschildes abgebremst und entfaltete einige Minuten später
einen Fallschirm. Anschließend lieferte die Kapsel 57,6
Minuten lang Daten, während sie sich am Fallschirm hängend etwa 160 km tief in die Atmosphäre fortbewegte,
bevor sie vom Außendruck zerstört wurde. In den letzten
Sekunden registrierte die Sonde einen Druck von 22 bar
und eine Temperatur von +152 °C.
Die primäre Mission bei Jupiter war ursprünglich nur
für 23 Monate bis Dezember 1997 geplant, wurde aber
dann insgesamt dreimal verlängert, da Geräte und AnDie einzige Raumsonde, die bisher Jupiter umkreiste, war trieb noch funktionsfähig waren und gute Ergebnisse erdie NASA-Sonde Galileo, die am 7. Dezember 1995 nach warten ließen. Am 21. September 2003 wurde Galileo
etwas mehr als sechs Jahren Flugzeit in einen Orbit um schließlich in die Jupiteratmosphäre gelenkt, da die SonGalileo wird für den Start vorbereitet
6.6
Aktuelle und künftige Missionen
9
de wegen Treibstoffmangels und Ausfällen der Elektro- Februar 2007 bei etwa 32 Jupiterradien Entfernung. Dies
nik, bedingt durch die von der Sonde während der letzten ist ungefähr ein Drittel des Abstands, in dem CassiniJahre erhaltene hohe Strahlungsdosis, später nicht mehr Huygens den Jupiter passierte.
lenkbar gewesen wäre. Es bestand die Gefahr, dass Galileo auf den Jupitermond Europa stürzen und ihn mit
terrestrischen Bakterien verunreinigen könnte. Dies hätte künftige Missionen zur Erforschung von Lebensspuren
auf den Jupitermonden erschwert.
6.5
Cassini
Computersimulation der Raumsonde Juno vor dem Jupiter
Am 5. August 2011 startete die NASA-Sonde Juno zum
Jupiter. Sie soll etwa fünf Jahre nach dem Start in einen polaren Orbit um Jupiter einschwenken, der sie bis
5000 Kilometer an die Wolkenobergrenze führt, bei einer Umlaufzeit von elf Tagen pro Orbit. Die Primärmission der Sonde soll etwa ein Jahr lang dauern und 33 solcher Orbits beinhalten. Juno soll der Erforschung des Magnetfelds sowie der Atmosphäre dienen, die Galileischen
Monde wird die Sonde höchstens aus einer größeren Entfernung beobachten können. Eine Besonderheit der SonProjektion der Südhalbkugel des Jupiters mit Hilfe von Cassini
de ist ihre Energieversorgung: Als erste Mission zu eiDie Raumsonde Cassini-Huygens, die sich auf dem Weg nem der äußeren Planeten wird sie vollständig durch Sozum Saturn befand, passierte Ende 2000/Anfang 2001 larenergie betrieben werden.
das Jupiter-System und machte dabei zahlreiche Mes- Nach der Entdeckung eines Wasserozeans auf dem Mond
sungen und Aufnahmen. Zeitgleich operierte Galileo im Europa stieg das Interesse der Planetenforscher am deJupiter-System, sodass es zum ersten Mal möglich war, taillierten Studium der Eismonde des Jupiters. Für dieden Planeten und seine Magnetosphäre gleichzeitig mit sen Zweck wurde bei der NASA die Mission Jupiter Icy
zwei Raumsonden zu untersuchen. Cassini flog am 30. Moons Orbiter (JIMO) entworfen. Geplant war eine 2017
Dezember 2000 in einer Entfernung von etwa 10 Mio. startende große Raumsonde, die einen Atomreaktor als
Kilometern am Jupiter vorbei und lieferte unter anderem Energiequelle für ihre Ionentriebwerke und Instrumente
einige der höchstaufgelösten Globalaufnahmen des Pla- nutzen sollte. JIMO sollte die drei großen Eismonde des
neten.
Jupiters – Kallisto, Ganymed und Europa – nacheinander
6.6
Aktuelle und künftige Missionen
Die am 19. Januar 2006 gestartete Raumsonde New Horizons, die zum Pluto unterwegs ist, sammelte bei ihrem
Vorbeiflug am Jupiter im Februar und März 2007 Daten
über den Riesenplaneten. Die Raumsonde sollte Wolkenbewegungen auf Jupiter beobachten, die Magnetosphäre
des Planeten untersuchen sowie nach Polarlichtern und
Blitzen in Jupiters Atmosphäre Ausschau halten. Über die
vier großen Galileischen Monde konnten allerdings nur
wenige wissenschaftliche Daten gewonnen werden, da die
Sonde diese in großer Entfernung passierte. New Horizons erreichte die größte Annäherung an Jupiter am 28.
umkreisen und mit Hilfe eines starken Radars und vieler anderer Instrumente untersuchen. Im Jahr 2005 wurde
die Finanzierung von JIMO aufgrund seiner Komplexität
und vieler technischer Schwierigkeiten gestoppt.
Für das Jahr 2020 haben NASA und ESA die gemeinsame Europa Jupiter System Mission/Laplace vorgeschlagen, welche mindestens zwei Orbiter vorsieht, die jeweils in einen Orbit um Europa und Ganymed eintreten
sollen und das gesamte Jupitersystem mit einem revolutionären Tiefgang erforschen sollen.[18] Nachdem die
Verwirklichung des Projekts durch Budgetkürzungen bei
der NASA infrage gestellt wurde, entschied sich die
ESA zur Durchführung einer selbstständig durchgeführten Mission.[19] Der JUpiter ICy moon Explorer soll im
10
11
Juni 2022 mit einer Ariane-5-ECA-Rakete starten, den
Jupiter im Januar 2030 erreichen, in eine Jupiterumlaufbahn und nach zwei Jahren und mehreren Vorbeiflügen
an Europa und Kallisto 2032 in eine Umlaufbahn um
Ganymed eintreten.[20]
EINZELNACHWEISE
8 Siehe auch
• Liste der besuchten Körper im Sonnensystem
9 Literatur
7
Kulturgeschichte
• Fran Bagenal (Hrsg.): Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere. Cambridge University Press,
2004, ISBN 0-521-81808-7.
• Guillaume Cannat, Didier Jamet: Jupiter und Saturn – die schönsten Bilder der Raumsonden Galileo
und Cassini. Aus dem Franz. von Gottfried Riekert.
Delius Klasing, Bielefeld 2007, ISBN 978-3-76881877-3.
• Alexander J. Dessler: Physics of the Jovian magnetosphere. Cambridge University Press, 1983, ISBN
0-521-24558-3.
• John W. McAnally: Jupiter and how to observe it.
Springer, London 2008, ISBN 978-1-85233-750-6.
10 Weblinks
Commons: Jupiter – Album mit Bildern, Videos
und Audiodateien
Wikibooks: Jupiter – Lern- und Lehrmaterialien
• Was nützt uns Jupiter? aus der Fernseh-Sendereihe
alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 2. Jan. 2000.
Allegorische Darstellung Jupiters als Herrscher der
Tierkreiszeichen Fische und Schütze; von Sebald Beham,
16. Jahrhundert.
• Cassini- und Galileo-Aufnahmen von Jupiter eine Bildergalerie der Fachrichtung Planetologie und
Fernerkundung an der FU Berlin unter Leitung von
Cassini Team Member Gerhard Neukum
• NASA: Jovian Satellite Fact Sheet (englisch)
Durch seine große Helligkeit war der Planet Jupiter schon
im Altertum in der ersten Hälfte des dritten Jahrtausends v. Chr. im Alten Ägypten unter Hor-wepeschtaui bekannt; in Mesopotamien als Sag-me-gar; von den
Babyloniern später als mul bab-bar (Weißer Stern) mit dem
Gott Marduk identifiziert.
• Beschreibung Jupiters
Der Name „Jupiter“ geht auf das urindogermanische *dyeu ph2 ter zurück, was „Gott-Vater“ bedeutet.[21] In der
Astrologie steht Jupiter unter anderem für Expansion,
Glück, Religion und Philosophie. Jupiter wird dem
Element Feuer, den Tierkreiszeichen Schütze und Fische
und dem 9. Haus zugeordnet.
• Die vier größten Jupitermonde
Wegen der Zuordnung Jupiters zu Glück und Heiterkeit
wurde aus dem lateinischen Wort iovialis („zu Jupiter gehörend“) das Wort Jovialität abgeleitet.[22]
• Jupiter’s New Red Spot
• Offizielle NASA Seite der Juno-Mission. (englisch)
• Jupiter Map and Central Meridian (englisch)
11 Einzelnachweise
[1] David R. Williams: Jupiter Fact Sheet. In: NASA.gov. 2.
November 2007, abgerufen am 14. Mai 2010 (englisch).
[2] Jupiter: Friend or Foe?
11
[3] Ignacio Mosqueira, Paul Estrada: Jupiter’s Obliquity and
a Long-lived Circumplanetary Disk. In: arxiv.org. 7. Juni
2005, abgerufen am 12. September 2010.
[4] Auch als “Auge des Jupiters” bekannt.
[5] NASA Solar System Exploration: Jupiter Loses a Stripe.
Mai 2010. Abgerufen: 12. Juni 2010.
[22] Friedrich Kluge, Elmar Seebold: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 24. Auflage. de Gruyter, Berlin 2002, ISBN 3-11-017473-1.
Das Sonnensystem
0Monde der Planeten und Zwergplaneten
[6] Jupiters roter Fleck schrumpft. Der Standard, 16. Mai
2014, abgerufen am 18. Mai 2014.
Liste der Monde von Planeten und Zwergplaneten • Liste
der Monde von Asteroiden
[7] Jupiter’s Great Red Spot is Shrinking. NASA, 15. Mai
2014, abgerufen am 18. Mai 2014.
Normdaten (Geografikum): GND: 4162926-7 | VIAF:
246142201
[8] Arnold Barmettler: Neuer Roter Fleck auf Jupiter. In: astro!nfo. Abgerufen am 27. Mai 2008.
[9] Tilmann Althaus: Großer Roter Fleck frisst Wirbelsturm.
In: Astronomie heute. Abgerufen am 17. Juli 2008.
[10] Tristan Guillot, David J. Stevenson, William B. Hubbard, Didier Saumon: The interior of Jupiter. In: Fran Bagenal (Hrsg.): Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere. Cambridge University Press, 2004, ISBN 0-52181808-7, S. 35–57.
[11] M. A. Moralesa, E. Schweglerb, D. Ceperleya, C. Pierleonid, S. Hamelb, K. Caspersenb: Phase separation in
hydrogen–helium mixtures at Mbar pressures. In: PNAS.
Vol. 106, No. 5, 3. Februar 2009, S. 1324–1329,
doi:10.1073/pnas.0812581106 (PDF)
[12] Energetic neutral atom in der engl. Wikipedia, abgerufen
am 26. Oktober 2012.
[13] Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Wilhelm Raith:
Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd.7, Erde und Planeten. 2. Auflage. De Gruyter, Berlin/ New York 2001,
ISBN 3-11-016837-5, S. 573–576.
[14] Alexander J. Dessler: Physics of the Jovian magnetosphere.
Cambridge University Press, 1983, ISBN 0-521-24558-3,
S. 1–5.
[15] Krishan K. Khurana u. a.: The Configuration of Jupiter’s
Magnetosphere. In: Fran Bagenal (Hrsg.): Jupiter: The
Planet, Satellites and Magnetosphere. Cambridge University Press, 2004, ISBN 0-521-81808-7, S. 593–616.
(PDF)
[16] David Wilcock und Richard Hoagland: Dramatische Veränderungen in unserem Sonnensystem, Teil 2. NEXUS Magazin 17, 2008, abgerufen am 25. Oktober 2012.
[17] Scott S. Sheppard: The Jupiter Satellite Page. Abgerufen
am 26. November 2012 (englisch).
[18] EJSM NASA/ESA joint summary report. In: ESA.int. 20.
Januar 2009, abgerufen am 14. Mai 2010 (englisch).
[19] ESA: JUICE is Europe’s next large science mission, vom
2. Mai 2012 (englisch)
[20] JUICE Assessment Study Report, vom Dezember 2011
(Yellow Book) (PDF; 37,8 MB)
[21] Douglas Harper: Jupiter. In: Online Etymology Dictionary.
November 2001, abgerufen am 23. Februar 2007.
12
12 TEXT- UND BILDQUELLEN, AUTOREN UND LIZENZEN
12
12.1
Text- und Bildquellen, Autoren und Lizenzen
Text
• Jupiter (Planet) Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter%20(Planet)?oldid=134500813 Autoren: Wst, Ben-Zin, RobertLechner,
Koethnig, Blauer elephant, Jed, Aka, Ulrich.fuchs, Extrawurst, TomK32, Magnus, Mikue, Fschoenm, Head, Rivi, Mathias Schindler,
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12.2
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12.3
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13
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12.3
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