Jupiter (Planet)

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Jupiter (Planet)
Jupiter  Astronomisches Symbol des Jupiters
Jupiter in nat√ľrlichen Farben mit Schatten des Mondes Europa, fotografiert von der Raumsonde Cassini
Jupiter in nat√ľrlichen Farben mit Schatten des Mondes Europa, aus Fotos der Telekamera der Raumsonde Cassini vom 7. Dezember 2000
Eigenschaften des Orbits [1]
Gro√üe Halbachse 5,203 AE
(778,36 Mio. km)
Perihel ‚Äď Aphel 4,95 ‚Äď 5,46 AE
Exzentrizität 0,0484
Neigung der Bahnebene 1,305¬į
Siderische Umlaufzeit 11,86 Jahre
Synodische Umlaufzeit 398,88 Tage
Mittlere Orbitalgeschwindigkeit 13,07 km/s
Kleinster ‚Äď gr√∂√üter Erdabstand 3,934 ‚Äď 6,471 AE
Physikalische Eigenschaften [1]
√Ąquator- ‚Äď Poldurchmesser* 142.984 ‚Äď 133.708 km
Masse 1,899 ¬∑ 1027 kg
Mittlere Dichte 1,326 g/cm3
Hauptbestandteile
(Stoffanteil der oberen Schichten)
Fallbeschleunigung* 24,79 m/s2
Fluchtgeschwindigkeit 59,54 km/s
Rotationsperiode 9 h 55 min 30 s
Neigung der Rotationsachse 3,13¬į
Geometrische Albedo 0,52
Max. scheinbare Helligkeit ‚ąí2,94m
Temperatur*
Min. ‚Äď Mittel ‚Äď Max.
165 K (‚ąí108 ¬įC)
*bezogen auf das Nullniveau des Planeten
Sonstiges
Monde 63
Jupiter Earth Comparison.png
Größenvergleich zwischen Erde (links) und Jupiter

Jupiter ist mit einem √Ąquatordurchmesser von 142.800 Kilometern der gr√∂√üte Planet des Sonnensystems. Er ist mit einer durchschnittlichen Entfernung von 778 Millionen Kilometern von der Sonne aus gesehen der f√ľnfte Planet. Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung z√§hlt er zu den Gasplaneten (‚ÄěGasriesen‚Äú) und hat keine sichtbare feste Oberfl√§che.

Diese Gasriesen werden nach ihm auch als jupiter√§hnliche (jovianische) Planeten bezeichnet, die im Sonnensystem die Gruppe der √§u√üeren Planeten bilden. In dieser Gruppe ist er der innerste und l√§uft in √§u√üerer Nachbarschaft des Asteroideng√ľrtels 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 ♃.

Inhaltsverzeichnis

Umlaufbahn und Rotation

Umlaufbahn

Jupiter l√§uft auf einer ann√§hernd kreisf√∂rmigen Umlaufbahn mit einer Exzentrizit√§t von 0,0489 um die Sonne. Sein sonnenn√§chster Punkt, das Perihel, liegt bei 4,95 AE und sein sonnenfernster Punkt, das Aphel, bei 5,46 AE. Seine Umlaufbahn ist mit 1,305¬į leicht gegen die Ekliptik geneigt. F√ľr einen Umlauf um die Sonne ben√∂tigt Jupiter 11 Jahre, 315 Tage und 3 Stunden.

Jupiter hat eine wichtige Funktion in unserem 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 Asteroideng√ľrtel. Ohne Jupiter w√ľrde statistisch gesehen alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem Asteroideng√ľrtel die Erde treffen und Leben dadurch vermutlich unm√∂glich machen. Die Existenz eines jupiter√§hnlichen Planeten in einem Sonnensystem k√∂nnte darum Voraussetzung f√ľr Leben auf einem dem Stern n√§heren Planeten sein; jedoch teilen nicht alle Astronomen diese Ansicht.[2]

Des Weiteren befinden sich auf der Bahn des Jupiters Trojaner, die Jupiter auf den Lagrange-Punkten L4 und L5 begleiten.

Rotation

Die Abplattung des Jupiters zeigt sich im Vergleich zum Umriss (rote Linie) einer Kugel. Aufnahme des Hubble Space Telescope.

Jupiter ist in unserem Sonnensystem der Planet, der sich am schnellsten um seine Achse dreht. Seine Rotationsperiode betr√§gt knapp zehn Stunden, was auf Grund der Fliehkr√§fte zu einer Abflachung des Jupiters an den Polen f√ľhrt. Au√üerdem rotiert Jupiter als Gasplanet nicht wie ein starrer K√∂rper, sondern seine (visuell beobachtbare) Oberfl√§che befindet sich in differentieller Rotation. Die √Ąquatorregionen ben√∂tigen 9 h 50 min 30 s und die Polregionen 9 h 55 min 41 s. Die √Ąquatorregionen werden als System I und die Polregionen als System II bezeichnet. Seine Rotationsachse ist dabei nur sehr gering um 3,13¬į gegen seine Umlaufbahn um die Sonne geneigt. Jupiter hat somit im Gegensatz zu anderen Planeten keine ausgepr√§gten Jahreszeiten. Die Pr√§zessionsperiode der Rotationsachse liegt Modellrechnungen zufolge in einer Gr√∂√üenordnung von 500.000 Jahren.[3]

Physikalische Eigenschaften

Größen- und Temperaturvergleich zwischen der Sonne, Gliese 229 A + B, Teide 1 und Jupiter

Jupiter ist der massereichste Planet in unserem Sonnensystem. Er besitzt 2,5-mal so viel Masse wie alle sieben anderen Planeten zusammen. Dadurch liegt bei ihm als einzigem Planeten unseres Sonnensystems der gemeinsame Schwerpunkt mit der Sonne außerhalb der Sonne, etwa 1,068 Sonnenradien vom Sonnenzentrum entfernt. Die Masse Jupiters 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 gr√∂√üte Planet unseres Sonnensystems. Sein Durchmesser entspricht rund elf mal dem der Erde beziehungsweise einem Zehntel des Sonnendurchmessers. Er hat mit 1,326 g/cm¬≥, wie alle Gasriesen, eine geringe mittlere Dichte.

Er weist eine relativ starke Abplattung auf. Der scheinbare Winkeldurchmesser betr√§gt je nach Erdentfernung 32‚Äď48‚Ä≥. In einer Wolkenschicht s√ľdlich des √Ąquators befindet sich der gr√∂√üte Wirbelsturm des Sonnensystems, der Gro√üe Rote Fleck (GRF), der schon vor 300 Jahren beobachtet werden konnte. Au√üerdem besitzt Jupiter ein kleines Ringsystem und 63 bekannte Monde, von denen die vier gr√∂√üten, die Galileischen Monde Ganymed, Kallisto, Europa und Io, auch mit kleinen Fernrohren wahrgenommen werden k√∂nnen. Auch die bis zu f√ľnf √Ąquatorstreifen k√∂nnen mit einfachen Fernrohren beobachtet werden.

Jupiter besitzt fast die Maximalausdehnung eines ‚Äěkalten‚Äú, aus Wasserstoff bestehenden K√∂rpers. ‚ÄěKalt‚Äú bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in dem Himmelsk√∂rper kein Wasserstoff zu Helium fusioniert und ihn zu einem Stern aufheizt. Jupiter m√ľsste mindestens etwa 70-mal schwerer sein, um den kleinstm√∂glichen Stern mit Kernfusion, einen roten Zwerg, zu bilden. K√∂rper aus Wasserstoff mit mehr Masse als Jupiter besitzen auf Grund ihrer erh√∂hten Gravitation ein kleineres Volumen. Solche Objekte nennt man ab etwa 13 Jupitermassen Braune Zwerge. Die √úberg√§nge zwischen Sternen, Braunen Zwergen und Planeten sind flie√üend.

Die Temperatur betr√§gt bei einem Druck der Gasschicht von 100 kPa (1 bar, dies wird bei Gasplaneten allgemein als ‚ÄěOberfl√§che‚Äú definiert) 165 K (‚ąí108 ¬įC) und bei 10 kPa (0,1 bar) Druck 112 K (‚ąí161 ¬įC).

Aufbau

Jupiter hat keine klar begrenzte Atmosph√§re. Fast der ganze Planet besteht aus Gasen, und die Gash√ľlle geht ohne Phasen√ľbergang mit zunehmender Tiefe in einen fl√ľssigen Zustand √ľber, da sich der Druck √ľber den kritischen Punkt der Atmosph√§rengase erh√∂ht.

Obere Schichten

Jupiter-Animation von Voyager 1 (Video in Vollgröße hier)

Hauptbestandteile (in Stoffmenge bzw. Anzahl der Atome) des Au√üenbereichs sind Wasserstoff (89,8 ¬Ī 2 Vol-%) und Helium (10,2 ¬Ī 2 Vol-%) sowie in geringerer Menge Methan (0,3 ¬Ī 0,2 Vol-%) und Ammoniak (260 ¬Ī 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 h√∂her. 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 Au√üenbereich beinhaltet daher Spuren von z. B. Wasser, Schwefelwasserstoff sowie weiteren Oxiden und Sulfiden. Die √§u√üersten Schichten beinhalten zudem Kristalle aus gefrorenem Ammoniak, welches in tiefer liegenden Schichten mit Schwefelwasserstoff auch zu Rauchwolken aus Ammoniumsulfid reagieren kann. Noch tiefer liegende, w√§rmere Schichten enthalten vermutlich auch Spuren von organischen Verbindungen.

Insgesamt gleicht Jupiters Zusammensetzung sehr der Gasscheibe, aus der sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren die Sonne entwickelt hat. Es lassen sich √Ąhnlichkeiten 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.

Innerer Aufbau

Schematischer Schnitt zur Darstellung des inneren Aufbaus

Mit zunehmender Tiefe geht wegen des hohen Drucks der Wasserstoff vom gasf√∂rmigen zum fl√ľssigen Aggregatzustand √ľber. Es gibt dabei keinen Phasen√ľbergang zwischen den Aggregatzust√§nden, da der Druck in den Tiefen des Planeten jenseits des kritischen Punktes ansteigt. Unter diesen Bedingungen ist die Unterscheidung zwischen Gas und Fl√ľssigkeit nicht mehr m√∂glich. Daher kann auch keine Oberfl√§che als Grenzfl√§che definiert werden. Unterhalb etwa 25 % des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosph√§ren in eine metallische Form √ľber. Es wird vermutet, dass Jupiter unterhalb dieser metallischen Wasserstoffschicht 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.

Wetter

Allgemeines

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.

Auff√§llig sind die hellen und dunklen √§quatorparallelen Wolkenb√§nder und der Gro√üe Rote Fleck ‚Äď ein riesiger ovaler Antizyklon, der in seiner L√§nge in Richtung der Rotation zwei Erddurchmesser gro√ü ist. Er ist mit keiner festen Oberfl√§che verbunden, liegt aber sehr stabil zwischen zwei Wolkenb√§ndern um etwa 22¬į s√ľdlicher Breite und wird bereits seit rund 300 Jahren mit nur leichten Ver√§nderungen beobachtet. Erstmals wurde er 1664 von dem englischen Naturforscher Robert Hooke gesehen. Zum Vergleich: Auf der Erde l√∂sen sich Windwirbel in der Atmosph√§re √ľblicherweise innerhalb einiger Wochen wieder auf. Der Gro√üe Rote Fleck ist aufgrund seiner Gr√∂√üe bereits in einem Amateurteleskop sichtbar. Seine markante Farbe ist jedoch kein sehr tiefes, leuchtendes Rot, sondern schwankt im Lauf der Jahre um ein eher helles Orange. F√ľr ein erfolgreiches Auffinden k√∂nnen sich Beobachter an der durch ihn bedingten Einbuchtung am S√ľdrand des dunklen s√ľdlichen √§quatorialen G√ľrtels orientieren; diese wird als Bucht des Gro√üen Roten Flecks (Red Spot Hollow) bezeichnet. Welche chemischen Elemente f√ľr die rote F√§rbung verantwortlich sind, ist unbekannt. Jedoch ist vor kurzem der ‚Äěs√ľdliche √§quatoriale G√ľrtel‚Äú verschwunden, so dass der Gro√üe Rote Fleck jetzt noch besser sichtbar auf einem sehr breitem wei√üen Band liegt.[4]

Wirbelst√ľrme

Jupiter unterliegt nach neuen Forschungsergebnissen einem 70-j√§hrigen Klimazyklus. In diesem Zeitraum kommt es zur Ausbildung etlicher Wirbelst√ľrme ‚Äď Zyklone und Antizyklone, die nach gewisser Zeit wieder zerfallen. Zudem verursacht das Abflauen der gro√üen St√ľrme Temperaturunterschiede zwischen den Polen und dem √Ąquator von bis zu zehn Kelvin, die sonst wegen der st√§ndigen Gasvermischung durch die St√ľrme verhindert werden.

Bis zum Jahr 2011 sollten die meisten Wirbelst√ľrme auf Jupiter vor√ľbergehend verschwunden sein, allerdings d√ľrfte der Gro√üe Rote Fleck diese Entwicklung aufgrund seiner gro√üen Energie √ľberleben. Die letzte Klimaver√§nderung dieser Art auf Jupiter konnte bereits 1939 beobachtet werden.

Der Gro√üe Rote Fleck, ‚Äěred spot junior‚Äú und der im Mai 2008 aufgetauchte dritte rote Fleck, aufgenommen vom Hubble-Teleskop.

Neben dem auff√§lligen roten Fleck ist seit l√§ngerem auch eine Struktur mit der Bezeichnung wei√ües Oval (englisch oval BA) bekannt, deren Ausdehnung (etwa ein Erddurchmesser) allerdings geringer als die des roten Flecks ist. Das wei√üe Oval hatte sich ab 1998 aus drei seit den 1930er Jahren bekannten St√ľrmen entwickelt. Im Jahre 2006 wurde durch Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops ein Farbwechsel hin zu Rot beobachtet, so dass m√∂glicherweise in Zukunft dieser Struktur der Name Zweiter Roter Fleck oder Kleiner Roter Fleck gegeben wird, auf englisch red spot junior. Neuere Messungen ermittelten in seinem Inneren Windgeschwindigkeiten bis zu 600 km/h.

Im Mai 2008 wurde ein dritter roter Fleck entdeckt, von dem zuerst angenommen wurde, dass er etwa im August mit dem Gro√üen Roten Fleck zusammentreffen w√ľrde. Der neue rote Fleck ging aus einem bisher wei√ülichen, ovalf√∂rmigen Sturmgebiet hervor. Die √Ąnderung der Farbe deutet darauf hin, dass die Wolken in gr√∂√üere H√∂hen steigen. In solch einer H√∂he befindet sich auch die Wolkenobergrenze des Gro√üen Roten Flecks.[5] Mitte Juli 2008 hat der gr√∂√üte Wirbelsturm des Jupiter, der Gro√üe Rote Fleck, den dritten roten Fleck verschlungen, wie Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble zeigen.[6]

Kelvin-Helmholtz-Mechanismus

Gasplaneten wie Jupiter verlieren die bei ihrer Entstehung durch Kompression in ihrem Inneren freigewordene W√§rme nur langsam, √ľber viele Milliarden Jahre, wobei sie best√§ndig schrumpfen. W√§hrend sie die W√§rme in den Weltraum abstrahlen, k√ľhlen sie √§u√üerlich ab. Der dadurch entstehende Druckverlust wird durch fortw√§hrende adiabatische Kompression aufgrund des Gewichts des dar√ľberliegenden Gases ausgeglichen. Die sich daraus ergebende Temperaturerh√∂hung h√§lt den Gasdruck stets im Gleichgewicht mit dem Gewichtsdruck der Atmosph√§re. Dieser Prozess wird Kelvin-Helmholtz-Mechanismus genannt. Jupiters Temperatur im Kern wird auf etwa 20.000 K gesch√§tzt. Er bezieht derzeit aus einer j√§hrlichen Kontraktion um etwa 3 cm eine Leistung von (335,0 ¬Ī 26,0) Milliarden Megawatt, die er zus√§tzlich zu den (501,4 ¬Ī 24,8) Milliarden Megawatt aus der absorbierten Sonneneinstrahlung abstrahlt, und k√ľhlt dabei im Inneren um 1 K pro Jahrmillion ab.[7]

Magnetfeld

Magnetosphäre des Jupiters

Jupiter hat ein sehr ausgepr√§gtes Magnetfeld. Die St√§rke des Feldes betr√§gt auf H√∂he der Wolken etwa 1200 Mikrotesla. Es ist somit 20-mal so stark wie das Erdmagnetfeld (60 Mikrotesla) und enth√§lt etwa die 25.000-fache Energie des Erdmagnetfeldes. Der magnetische Nordpol des Jupiters liegt in der N√§he seines geographischen S√ľdpols. Die Achse des Nordpols ist um 11¬į in Relation zu seiner Rotationsachse geneigt. Die fiktive Achse zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen S√ľdpol geht nicht direkt durch das Zentrum des Planeten, sondern leicht daran vorbei, √§hnlich 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.

Auf der sonnenzugewandten Seite erstreckt sich das Magnetfeld etwa 6 Mio. Kilometer weit in das Weltall, w√§hrend es auf der sonnenabgewandten Seite gut 700 Mio. Kilometer ins Weltall hinausragt, damit reicht es fast bis in die Saturnbahn. Der Grund f√ľr diese Asymmetrie ist der Sonnenwind, der eine Sto√üfront bildet. Dadurch wird von der Sonne aus gesehen das Magnetfeld vor dem Planeten gestaucht und dahinter gedehnt. Die st√§ndige Wechselwirkung mit dem Sonnenwind f√ľhrt dazu, dass die genauen Ausma√üe des Magnetfeldes stark schwanken k√∂nnen, daher sind die hier genannten Werte als ungef√§hre Richtwerte zu verstehen. Besonders stark k√∂nnen 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 Voyager 1 und 2 untersucht.

Den vom Magnetfeld eingenommenen Raum nennt man Magnetosph√§re. Die Magnetosph√§re Jupiters ist derart gro√ü, dass sie am irdischen Nachthimmel die dreifache Fl√§che der Sonne oder des Mondes einn√§hme, sofern sie leuchten w√ľrde. Damit ist sie, von der Magnetosph√§re der Sonne abgesehen, das mit Abstand gr√∂√üte Objekt in unserem Sonnensystem.

Das starke Magnetfeld f√§ngt best√§ndig geladene Teilchen ein, so dass sich Ringe und Scheiben aus geladenen Teilchen um Jupiter bilden. Diese geladenen Teilchen k√∂nnen zum Beispiel aus dem Sonnenwind stammen. Ein vergleichbarer Effekt findet sich auf der Erde in Form des Van-Allen-G√ľrtels. Eine weitere Quelle f√ľr geladene Teilchen sind die Monde des Jupiters. So findet man beispielsweise einen Ring aus geladenen Schwefelatomen um Io herum, w√§hrend sich um Europa herum ein Torus aus Wassermolek√ľlen gebildet hat.

Durch Fluktuationen im Magnetfeld entsteht st√§ndig Strahlung, die von Jupiter ausgeht. Diese so genannte Synchrotronstrahlung kann im Dezimeterwellenbereich gemessen werden und f√ľhrt auch zur Wasserverdampfung auf Europas Oberfl√§che.

Das Magnetfeld lässt sich grob in drei Teile einteilen: Der innere Bereich ist ringförmig und erstreckt sich etwa 20 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 20 bis etwa 50 Jupiterradien. Dieser Teil ist durch schnelle Rotation um Jupiter und damit hohe Fliehkräfte 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.

Ringsystem

Ringe des Jupiters

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 au√üerordentlich schwierig, da die Ringe aus Staubk√∂rnchen bestehen, die zum Gro√üteil nicht gr√∂√üer 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 f√ľr die geringen Ausma√üe der Ringe ist die Tatsache, dass sich die Ringe langsam spiralf√∂rmig auf Jupiter zu bewegen und in ferner Zukunft schlie√ülich von ihm aufgesaugt werden. Die spiralf√∂rmige Rotation hat unterschiedliche Ursachen. Zum einen bewirkt das starke Magnetfeld des Jupiters ein elektrisches Aufladen der Staubteilchen. Diese sto√üen mit anderen geladenen Teilchen zusammen, die Jupiter zum Beispiel aus dem Sonnenwind einf√§ngt, was schlie√ülich zu einer Abbremsung der Teilchen f√ľhrt. Ein zweiter Effekt, der ebenfalls eine Abbremsung der Staubpartikel bewirkt, ist die Absorption und anschlie√üende 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 Galileo-Mission gekl√§rt werden. Der feine Staub stammt wahrscheinlich von den kleinen felsigen Monden des Jupiters. Die Monde werden st√§ndig von kleinen Meteoriten bombardiert. Durch die geringe Schwerkraft der Monde wird ein Gro√üteil des Auswurfs in die Jupiterumlaufbahn geschleudert und f√ľllt damit die Ringe st√§ndig wieder auf.

Der Hauptring (Main Ring) zum Beispiel besteht aus dem Staub der Monde Adrastea und Metis. Zwei weitere schw√§chere Ringe (Gossamer-Ringe) schlie√üen sich nach au√üen hin an. Das Material f√ľr diese Ringe stammt haupts√§chlich von Thebe und Amalthea. Au√üerdem konnte noch ein extrem d√ľnner Ring in einer √§u√üeren Umlaufbahn entdeckt werden, der einen Durchmesser von √ľber 640.000 km hat und dessen Teilchen sich bis zu 20¬į au√üerhalb der √Ąquatorebene des Jupiters bewegen. Dieser Ring umkreist Jupiter in gegenl√§ufiger Richtung. Der Ursprung dieses Ringes ist noch nicht gekl√§rt. Es wird jedoch vermutet, dass er sich aus interplanetarem Staub zusammensetzt.

Innerhalb des Hauptringes befindet sich ein Halo aus Staubk√∂rnern, 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 St√§rke des Hauptrings merklich ab. Die Dicke des Hauptrings ist geringer als 30 km.

Der von Amalthea gespeiste innere Gossamer-Ring reicht von der √§u√üeren Grenze des Hauptrings bis zu Amaltheas Umlaufbahn bei etwa 181.000 km vom Jupiterzentrum. Der √§u√üere Gossamer-Ring reicht von 181.000 km bis etwa 221.000 km und liegt damit zwischen den Umlaufbahnen von Amalthea und Thebe.

Monde

Die vier Galileischen Monde maßstabsgetreu in Fotomontage vor dem Großen Roten Fleck (von oben: Io, Europa, Ganymed und Kallisto).

Jupiter besitzt 63 bekannte Monde (Stand: November 2005).[8] 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 unabh√§ngig 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 gr√∂√üten 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 durchgef√ľhrt.

  • 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 d√ľnne Atmosph√§re, haupts√§chlich bestehend aus Schwefeldioxid. Da in ihrem Inneren geologische Prozesse ablaufen, befinden sich auf ihrer Oberfl√§che zahlreiche Vulkane.
  • Europa besitzt einen Eisenkern und einen Steinmantel, √ľber dem ein wahrscheinlich 100 km tiefer Ozean aus Wasser liegt, dessen Oberfl√§che 10 bis 20 km zu einer Eiskruste gefroren ist. Ihr Durchmesser betr√§gt 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 gr√∂√üte Mond im Sonnensystem. Er besteht aus einem Eisenkern, einem Felsmantel und einem Eismantel. Au√üerdem 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 f√ľr Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, die zu den Grundvoraussetzungen f√ľr Leben geh√∂ren. Auch im Innern von Kallisto gibt es wahrscheinlich Schichten aus fl√ľssigem 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.

Die restlichen Monde sind kleine bis kleinste Objekte mit Radien zwischen 1 und 85 km und wurden vermutlich von Jupiter eingefangen. Sie tragen teilweise noch Zahlencodes als vorl√§ufige Namen, bis sie von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) endg√ľltig benannt sind.

Vermutlich w√§hrend der 1960er-Jahre geriet der Komet Shoemaker-Levy 9 unter die Gravitationskr√§fte des Planeten und wurde in eine stark elliptische Umlaufbahn (Exzentrizit√§t > 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 sp√§ter auf den Planeten st√ľrzten.

Beobachtung

‚Üí Hauptartikel: Jupiterpositionen

Jupiter ist nachts von der Erde aus mit blo√üem Auge zu erkennen. An seiner maximalen Helligkeit gemessen ist Jupiter ‚Äď nach Sonne, Mond und Venus ‚Äď 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 gr√∂√üten Jupitermonde Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Diese vier Monde werden daher heute noch als Galileische Monde bezeichnet.

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-by-Manövers am Jupiter zu ihren eigentlichen Zielen zu gelangen.

Pioneer

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 sp√§ter, am 3. Dezember 1974, folgte Pioneer 11, die bis auf etwa 43.000 km an die Wolkenobergrenze des Planeten herankam. Die beiden Pioneer-Raumsonden lieferten wichtige Daten √ľber die Magnetosph√§re des Jupiters und fertigten die ersten, noch relativ niedrig aufgel√∂sten Nahaufnahmen des Planeten an.

Voyager

Voyager 1 flog im M√§rz 1979 durch das Jupiter-System, gefolgt von Voyager 2 im Juli 1979. Die Voyager-Raumsonden lieferten neue Erkenntnisse √ľber die Galileischen Monde, konnten erstmalig vulkanische Aktivit√§ten auf Io nachweisen und entdeckten die Ringe des Jupiters. Auch fertigten sie die ersten Nahaufnahmen der Planetenatmosph√§re an.

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 studierte die Magnetosph√§re des Jupiters, konnte jedoch keine Bilder des Planeten liefern, da keine Kamera an Bord war.

Galileo

Galileo wird f√ľr den Start vorbereitet.

Die einzige Raumsonde, die bisher Jupiter umkreiste, war die NASA-Sonde Galileo, die am 7. Dezember 1995 nach etwas mehr als sechs Jahren Flugzeit in einen Orbit um 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 Gr√∂√üe der Erde in der Atmosph√§re des Planeten ausl√∂ste. Trotz der Distanz konnte Galileo Bilder von den direkten Einschl√§gen aufnehmen, die auf der erdabgewandten Seite stattfanden.

Galileo umkreiste Jupiter √ľber sieben Jahre lang und f√ľhrte mehrfach Vorbeifl√ľge an den Galileischen Monden aus. Unter anderem beobachtete Galileo Vulkanausbr√ľche auf Io, lieferte Hinweise auf einen verborgenen Ozean auf Europa und untersuchte die Wolkenbewegungen in Jupiters Atmosph√§re. Allerdings konnte aufgrund des Ausfalls der prim√§ren Antenne der Raumsonde nur ein Bruchteil der urspr√ľnglich geplanten Menge wissenschaftlicher Daten zur Erde √ľbertragen werden.

K√ľnstlerische Darstellung des Eintritts der Atmosph√§renkapsel

Neben dem Orbiter umfasste die Mission von Galileo auch das Aussetzen einer Eintrittskapsel, die in Jupiters Atmosph√§re eindringen und verschiedene Daten √ľber 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¬į in die Atmosph√§re des Jupiter ein, wurde mit Hilfe eines Hitzeschildes abgebremst und entfaltete einige Minuten sp√§ter einen Fallschirm. Anschlie√üend lieferte die Kapsel 57,6 Minuten lang Daten, w√§hrend sie sich am Fallschirm h√§ngend etwa 160 km tief in die Atmosph√§re fortbewegte, bevor sie vom Au√üendruck zerst√∂rt wurde. In den letzten Sekunden registrierte die Sonde einen Druck von 22 bar und eine Temperatur von +152 ¬įC.

Die prim√§re Mission bei Jupiter war urspr√ľnglich nur f√ľr 23 Monate bis Dezember 1997 geplant, wurde aber dann insgesamt dreimal verl√§ngert, da Ger√§te und Antrieb noch funktionsf√§hig waren und gute Ergebnisse erwarten lie√üen. Am 21. September 2003 wurde Galileo schlie√ülich in die Jupiteratmosph√§re gelenkt, da die Sonde wegen Treibstoffmangels und Ausf√§llen der Elektronik, bedingt durch die von der Sonde w√§hrend der letzten Jahre erhaltene hohe Strahlungsdosis, sp√§ter nicht mehr lenkbar gewesen w√§re. Es bestand die Gefahr, dass Galileo auf den Jupitermond Europa st√ľrzen und ihn mit terrestrischen Bakterien verunreinigen k√∂nnte. Dies h√§tte k√ľnftige Missionen zur Erforschung von Lebensspuren auf den Jupitermonden erschwert.

Cassini

Projektion der S√ľdhalbkugel des Jupiters mithilfe von Cassini

Die Raumsonde Cassini-Huygens, die sich auf dem Weg zum Saturn befand, passierte Ende 2000/Anfang 2001 das Jupiter-System und machte dabei zahlreiche Messungen und Aufnahmen. Zeitgleich operierte Galileo im Jupiter-System, so dass es zum ersten Mal m√∂glich war, den Planeten und seine Magnetosph√§re gleichzeitig mit zwei Raumsonden zu untersuchen. Cassini flog am 30. Dezember 2000 in einer Entfernung von etwa 10 Mio. Kilometern am Jupiter vorbei und lieferte unter anderem einige der h√∂chstaufgel√∂sten Globalaufnahmen des Planeten.

Aktuelle und k√ľnftige Missionen

Die am 19. Januar 2006 gestartete Raumsonde New Horizons, die zum Pluto unterwegs ist, sammelte bei ihrem Vorbeiflug am Jupiter im Februar und M√§rz 2007 Daten √ľber den Riesenplaneten. Die Raumsonde sollte Wolkenbewegungen auf Jupiter beobachten, die Magnetosph√§re des Planeten studieren sowie nach Polarlichtern und Blitzen in Jupiters Atmosph√§re Ausschau halten. √úber die vier gro√üen Galileischen Monde konnten allerdings nur wenige wissenschaftliche Daten gewonnen werden, da die Sonde diese in gro√üer Entfernung passierte. New Horizons erreichte die gr√∂√üte Ann√§herung an Jupiter am 28. Februar 2007 bei etwa 32 Jupiterradien Entfernung. Dies ist ungef√§hr ein Drittel des Abstands, in dem Cassini-Huygens den Jupiter passierte.

Computersimulation der Raumsonde Juno vor dem Jupiter

Am 5. August 2011 startete die NASA-Sonde Juno zum Jupiter. Sie soll 5,2 Jahre nach dem Start in einen polaren Orbit mit einer Periapsis von 5000 Kilometern und einer Umlaufzeit von elf Tagen eintreten. 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 Sonde ist ihre Energieversorgung: Als erste Mission zu einem der äußeren Planeten wird sie vollständig durch Solarenergie betrieben werden.

Nach der Entdeckung eines Wasserozeans auf dem Mond Europa stieg das Interesse der Planetenforscher am detaillierten Studium der Eismonde des Jupiters. F√ľr diesen Zweck wurde bei der NASA die Mission Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO) entworfen. Geplant war eine 2017 startende gro√üe Raumsonde, die einen Atomreaktor als Energiequelle f√ľr ihre Ionentriebwerke und Instrumente nutzen sollte. JIMO sollte die drei gro√üen Eismonde des Jupiters ‚Äď Kallisto, Ganymed und Europa ‚Äď nacheinander umkreisen und mit Hilfe eines starken Radars und vieler anderer Instrumente untersuchen. Im Jahr 2005 wurde die Finanzierung von JIMO aufgrund seiner Komplexit√§t und vieler technischer Schwierigkeiten gestoppt.

F√ľr 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 revolution√§ren Tiefgang erforschen sollen.[9]

Kulturgeschichte

Allegorische Darstellung Jupiters als Herrscher der Tierkreiszeichen Fische und Sch√ľtze; von Sebald Beham, 16. Jahrhundert.

Durch seine gro√üe Helligkeit war der Planet Jupiter schon im Altertum in der ersten H√§lfte des dritten Jahrtausends v. Chr. im Alten √Ągypten unter Hor-wepesch-taui bekannt; in Mesopotamien als Sag-me-gar; von den Babyloniern sp√§ter als mulbab-bar (Wei√üer Stern) mit dem Gott Marduk identifiziert.

Der Name ‚ÄěJupiter‚Äú geht auf das proto-indoeurop√§isch *dyeu ph2ter zur√ľck, was ‚ÄěGott-Vater‚Äú bedeutet.[10] In der Astrologie steht Jupiter unter anderem f√ľr Expansion, Gl√ľck, Religion und Philosophie. Jupiter wird dem Element Feuer, den Tierkreiszeichen Sch√ľtze und Fische und dem 9. Haus zugeordnet.

Wegen der Zuordnung Jupiters zu Gl√ľck und Heiterkeit wurde aus dem lateinischen Wort iovialis (‚Äězu Jupiter geh√∂rend‚Äú) das Wort Jovialit√§t abgeleitet.[11]

Siehe auch

Literatur

  • Guillaume Cannat, Didier Jamet: Jupiter und Saturn - die sch√∂nsten Bilder der Raumsonden Galileo und Cassini. Delius Klasing, Bielefeld 2007, ISBN 978-3-7688-1877-3.
  • John W. McAnally: Jupiter and how to observe it. Springer, London 2008, ISBN 978-1-85233-750-6.
  • Alexander J. Dessler: Physics of the Jovian magnetosphere. Cambridge University Press, Cambridge 1983, ISBN 0-521-24558-3.

Weblinks

 Commons: Jupiter ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien
Wikibooks Wikibooks: Jupiter ‚Äď Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

  1. ‚ÜĎ a b c David R. Williams: Jupiter Fact Sheet. In: NASA.gov. 2. November 2007, abgerufen am 14. Mai 2010 (englisch).
  2. ‚ÜĎ Jupiter: Friend or Foe?
  3. ‚ÜĎ Ignacio Mosqueira, Paul Estrada: Jupiter‚Äôs Obliquity and a Long-lived Circumplanetary Disk. In: arxiv.org. 7. Juni 2005, abgerufen am 12. September 2010.
  4. ‚ÜĎ NASA Solar System Exploration: Jupiter Loses a Stripe. Mai 2010. Abgerufen: 12. Juni 2010
  5. ‚ÜĎ Arnold Barmettler: Neuer Roter Fleck auf Jupiter. In: astro!nfo. Abgerufen am 27. Mai 2008.
  6. ‚ÜĎ Tilmann Althaus: Gro√üer Roter Fleck frisst Wirbelsturm. In: Astronomie heute. Abgerufen am 17. Juli 2008.
  7. ‚ÜĎ Tristan Guillot, David J. Stevenson, William B. Hubbard, Didier Saumon: The interior of Jupiter (PDF-Datei, 1,3 MB), Kapitel 3 in Fran Bagenal, Timothy Dowling, William McKinnon (Hrsg.): Jupiter: The planet, satellites and magnetosphere, Cambridge University Press, Cambridge 2004 2006, S. 35‚Äď57 (englisch; Angaben auf S. 38)
  8. ‚ÜĎ Donald K. Yeomans: Planetary Satellite Physical Parameters. In: JPL. 3. April 2009, abgerufen am 14. Mai 2010 (englisch).
  9. ‚ÜĎ EJSM NASA/ESA joint summary report. In: ESA.int. 20. Januar 2009, abgerufen am 14. Mai 2010 (englisch).
  10. ‚ÜĎ Douglas Harper: Jupiter. In: Online Etymology Dictionary. November 2001, abgerufen am 23. Februar 2007.
  11. ‚ÜĎ Friedrich Kluge, Elmar Seebold: Etymologisches W√∂rterbuch der deutschen Sprache. 24. Auflage. de Gruyter, Berlin 2002. ISBN 3-11-017473-1

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