Der Jupiter

Bei näherer Betrachtung des Jupiters erkennt man, getrennt von hellen Zonen, ein System von bunten Wolkengürteln, die durch starke Ost-West-Stürme (500 km/h) erzeugt werden. Drei Wolkenschichten bestehen (von oben nach unten) aus Ammoniakkristallen, Ammoniumhydrosulfid und Wassereis. Eingelagert in die Wolkenbänder sind riesige Wirbelstürme (z.B. der "rote Fleck", mit 35 000 km Durchmesser, siehe Bild links, NASA). Die Pole des Jupiter sind durch seine schnelle Rotation stark abgeplattet.

Die Dichte des Jupiters ist sehr viel geringer als die der Erde, nämlich nur 1,33 g cm-3. Aus diesen Daten lässt sich schließen, dass der Jupiter aus sehr leichten Elementen aufgebaut ist. Er besteht wie die Sonne aus 75% H2 und 24% He, eine feste Oberfläche gibt es nicht. Jupiter wäre bei größerer Masse zu einer Sonne geworden. Seine Atmosphäre enthält außerdem Spuren von CH4 (Methan), NH3 (Ammoniak) und H2O. Die äußeren Schichten der Atmosphäre sind kalt (-145 °C), in den tieferen Schichten wird das Gas bei extremem Druck und extremer Dichte flüssig (In 3000 km Tiefe 5500°C bei 90 000 bar). In noch größerer Tiefe wird der flüssige Wasserstoff "metallartig" und elektrisch leitend, was ein enormes Magnetfeld (Oberfläche 10 mal Erdfeld, Gesamtstärke 20 000 mal Erde) zur Folge hat. Der innerste Kern besteht aus Eisen und Silikaten bei 20 000°C und 50 000 000 bar. Die Folge des enormen Magnetfeldes sind Radiostürme, bei denen eine Entladung etwa 1011 irdischen Blitzen entspricht. Entsprechende Lichterscheinungen wurden von Sonden fotografiert. Der Strahlengürtel um Jupiter ist millionenfach stärker als der Van Allan Gürtel der Erde, ohne die reinigende Wirkung der unteren Jupitermonde (diese fangen 99% der Protonenstrahlung auf), wäre selbst für unbemannte Sonden kein Durchkommen (bemannte Flüge sind in jedem Fall unmöglich).

Jupiter war bei der Entstehung sehr groß (Durchmesser 640000 km) und heiß. Er verhielt sich zeitweise wie eine kleine Sonne (allerdings ohne Fusionsenergie), und hat dabei seine untersten Monde kräftig "abgekocht". Jupiter sendet mehr Energie aus, als er von der Sonne erhält, diese Energie steckt in dem metallischen Wasserstoff. Sondenfotos vom März 79 zeigen, das Jupiter 57 000 km über den Wolken einen sehr schwachen Ring hat. Jupiter wurde bereits von einigen Raumsonden (Pioneer und Voyager) besucht, die Sonde Galileo setzte sogar ein "Landemodul" ab, das in die Atmosphäre des Planeten absank, und viele sehr interessante Daten lieferte.

So paradox es klingen mag: Auf dem Jupiter wäre Leben nicht ganz unmöglich. Eine "Uratmosphäre" und Blitze wären vorhanden, in der Atmosphäre sind in passender Höhe Wassertröpfchen vorhanden, dort könnte eventuell eine ganz exotische Form von Leben "herumfliegen" oder "herumschwimmen". Bilder von Jupiter (NASA) gibt es hier.  Ein weiteres sehr sehenswertes Bilde des Jupiters und seines Mondes Io (NASA) wurde von der Pluto-Sonde New Horizons beim Swingby an Jupiter aufgenommen. Das Bild ist eine Infrarot-Aufnahme, der Große Rote Fleck erscheint darauf blau. Auf Io ist sogar ein Vulkanausbruch zu sehen.


Jupiter (Zusammenfassung)

Bahnradius: 5,2 AE
Masse: 318 Erdmassen (2,6-fache Erdbeschleunigung)
Durchmesser: 11,2 Erddurchmesser
Dichte: 1,33 g cm-3 (0,24-fache Erddichte)
Monde: mindestens 16, vier etwa Merkurgröße, im Fernglas sichtbar
Magnetfeld: 1,5·10-3 T Oberfläche; Gesamtfeld 20 000 mal Erde
Umlaufzeit: 11,9 a
Rotationsperiode: 9,9 h (starke Abplattung an den Polen)
Aufbau: sternähnlich: ca. 75% H2 und 24% He, Spuren von Methan, Ammoniak und Wasser in der Atmosphäre. Temperatur außen -145°C, in tieferen Schichten hoher Druck und sehr heiß. Flüssige H2 -Oberfläche. Kern aus Eisen und Silikaten, darüber metallischer H2. Starkes Magnetfeld, Radiostürme. West-Stürme, Wolken aus Ammoniak, Ammoniumhydrosulfid und Eis. Leben in der Atmosphäre (Uratmosphäre, Blitze!) denkbar.


Monde des Jupiter

Dass die "Gasriesen" jenseits der Marsbahn ganz andere Planeten sind als die "Terrestrischen" in Sonnennähe, bemerkt man auch an der Zahl der Monde. Jupiter besitzt 16 größere Monde, vier davon sind Riesenmonde, die etwa die Größe des Merkur besitzen. Diese Monde heißen "Galileische Monde", weil Galilei sie mit seinem kleinen Fernrohr entdeckte. Schon in einem kleinen Fernglas betrachtet überraschen sie den Beobachter wie in einem himmlischen Kaleidoskop mit immer neuen Positionen und Anordnungen. In einem größeren Fernrohr kann man gelegentlich einen der Monde und seinen Schatten auf Jupiter sehen, wenn er über der Tagseite von Jupiter vorbeizieht. Aus der Bedeckung eines Mondes durch Jupiter können interessante astronomische Daten gewonnen werden. Die restlichen, weiter außen umlaufenden Monde sind sehr klein, und wurden teilweise erst durch Raumsonden entdeckt. Sie sind vermutlich anders entstanden als die großen inneren Monde. Der Mond Pasiphae ist z.B von der Erde aus gesehen nur so hell wie eine 5000 km entfernte Kerze. Bilder der Monde: NASA.

Io ist der innerste der großen Monde in 421000 km Entfernung, er umkreist Jupiter mit 100 000 km/h. Sein Kern besteht aus Silikaten und Metallen, da sein Wasser durch die frühere Hitzestrahlung von Jupiter verdampft ist, besteht seine Oberfläche aus Salz und Schwefel, und ist mit 60% Rückstrahlung eine der hellsten Oberflächen im ganzen Sonnensystem. Krater bis 200 km Durchmesser und aktiver Vulkanismus (vermutlich durch Gezeitenkräfte von Jupiter, Eruptionspilze bis 200 km Höhe) fallen auf. Die Atmosphäre ist sehr dünn (0,05 bar). Protonen des Jupiter-Strahlengürtels schlagen Na-Atome aus Io heraus, und bilden eine Ionosphäre mit Spannungen bis 400 000 V, und Leistungen bis 10 000 Gigawatt.

Europa ist der zweite Mond in 670 500 km Entfernung, seine Oberfläche zeigt keine Krater (ist also sehr jung), sondern nur Risse und Spalten. Sie beseht aus einer Eisschicht mit einigen braunen Flecken. Unter der Eisschicht, im flüssigen Wasser wäre eventuell Leben auf Europa nicht ganz ausgeschlossen!

Ganymed ist der dritte Mond in 1 000 000 km Entfernung, er hat trotz eines festen Kerns eine geringe Dichte, und besteht vermutlich teilweise aus Wasser, an der Oberfläche bei -145°C gefroren, mit Dreck überzogen, in dem einige helle, frische Einschlagkrater zu sehen sind. Furchen, die vermutlich durch Bewegung der Eisschollen entstanden sind, überziehen die helleren Teile der Oberfläche. Ganymed ist der größte Mond des Sonnensystems.

Kallisto in 1 881 000 km Entfernung ist der letzte große Mond. Er wurde von Jupiter nicht so stark aufgeheizt, und ist daher früh erkaltet. Auch sein Wasser wurde nicht verdampft. Seine schmutzige Eisoberfläche (-140°C) ist daher mit teilweise alten Kratern übersät. Interessant ist auch eine riesige, ringförmige Einschlagstruktur. Bilder der Monde finden sich hier.

  

Name

Abstand (km)

Umlaufzeit (Tage)

Exzentrizität

Bahnneigung (Grad)

Durchmesser (km)

Entdecker/Jahr

Metis

127 960

0,295

0,0

0,0

40

Synnot / 1980

AdrasteA

128 980

0,295

0,0

0,0

24 x 16

Jewitt / 1979

AmaltheA

181 300

0,489

0,003

0,4

270 x 150

Barnard / 1892

Thebe

221 900

0,675

0,0

0,0

100

Synnot / 1980

Io

421 600

1,769

0,004

0,0

3630

Galilei / 1610

Europa

670 900

3,551

0,000

0,5

3138

Galilei / 1610

GanymeD

1 070 000

7,155

0,001

0,2

5262

Galilei / 1610

Kallisto

1 883 000

16,69

0,010

0,2

4800

Galilei / 1610

Leda

11 094 000

240

0,146

26,7

16

Kowal / 1974

Himalia

11 480 000

251

0,158

27,6

180

Perrine / 1904

Lysithea

11 720 000

260

0,130

29,0

40

Nicholson / 1938

Elara

11 737 000

260

0,207

24,8

80

Perrine / 1905

Ananke

21 200 000

617

0,17

147

30

Nicholson / 1951

Pasiphae

22 600 000

692

0,21

154

44

Melotte / 1908

Carme

23 500 000

753

0,38

145

70

Nicholson / 1938

Sinope

23 700 000

758

0,28

153

40

Nicholson / 1914

 *Aufgeführt sind nur die größeren Monde, es gibt ständig neue, sehr kleine Monde, inzwischen über 60!

 

Galileo erforscht Jupiter

Bei der genauen Erforschung unseres Sonnensystems waren die Astronomen immer auf Teleskope angewiesen. Obwohl diese Geräte erstaunliche Größe und Leistung haben, sind die Möglichkeiten begrenzt. Das liegt vor allem an den Störungen durch die Atmosphäre, die den Beobachtungen eine deutliche Grenze setzen. Gebessert hat sich diese Situation mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Obwohl dieses Gerät ein kleines Teleskop ist, leistet es oft mehr als die ganz großen erdgebundenen Fernrohre, weil keine störende Atmosphäre im Weg ist.

Einen riesigen Sprung nach vorne tat die Planetenforschung mit dem Start der ersten Raumsonden am Ende der 50er Jahre. Alle Planeten außer Pluto waren 1998 zumindest im Vorbeiflug von Sonden beobachtet worden, bei mehreren Planeten gab es regelrechtes "Gedränge". Allein zur Venus wurden im Zeitraum von 1962 bis 1990 sechs Sonden von den USA und zwölf von der UdSSR geschickt, der Mars wurde bis 2003 mit mehr als 20 Sondenflügen bedacht. Auf Mars und Venus landeten mehrere Sonden weich. Man erhielt wichtige Daten und Bilder über Druck, Temperatur, Windgeschwindigkeit, Bewölkungsgrad sowie chemische Zusammensetzung der Planeten.

Die Gasriesen jenseits der Marsbahn wurden weniger genau untersucht. Zwei Pioneersonden (10/11) und zwei Voyagersonden (1/2) passierten Jupiter im Vorbeiflug zu den äußeren Planeten, und lieferten dabei Messdaten und einige Bilder. Um genaue Daten zu bekommen, plante man schließlich die Galileomission, bei der eine Sonde als permanenter Satellit den Jupiter umkreisen sollte, und bei der auch ein "Lander" in die Atmosphäre eindringen sollte. Das größte Problem bei dieser Mission waren die hohen Kosten. Am 18.10.89 schließlich wurde die Sonde aus einer Spaceshuttle ausgesetzt, und auf ihren Weg geschickt. Um Treibstoff zu sparen flog Galileo nicht auf direktem Weg zu Jupiter, sondern nutzte in drei sogenannten Swing-By-Manövern die Anziehungskräfte von Venus, Erde und zwei Jahre später nochmal Erde, um Schwung zu holen. Dabei wurden eindrucksvolle Bilder der Venus und unseres Heimatplaneten gemacht. Auf dem Weiterflug durch den Asteroidengürtel wurde 1993 ein Planetoid mit Mond ( s. Bild rechts, NASA) entdeckt, eine kleine Sensation! Diesen winzigen Mond des Planetoiden Ida taufte man auf den Namen Dactyl (im Bild oben ganz rechts). Als im Juli 1994 der zerborstene Komet Shoemaker-Levy 9 auf der erdabgewandten Seite in die Jupiteratmosphäre eindrang und gigantische Explosionen auslöste, lieferte Galileo trotz der noch enormen Entfernung von 238 Mio Kilometern beeindruckende Bilder. Bilder der Galileo-Sonde und anderer Jupiter-Sonden  (NASA) sind hier verfügbar.

Pannen, die während der Reise an Galileo (s. Bild unten, NASA) auftraten, konnten zum Glück fast vollständig behoben werden. So konnte die große Parabolantenne nicht richtig entfaltet werden, womit keine Daten zur Erde gesendet werden konnten. Die Sonde wurde daher so umprogrammiert, dass die Daten über eine kleine Antenne gesendet werden konnten, allerdings erheblich langsamer.

Mitte Juli 95 nach fast 6 Jahren Flugzeit wurde in 82 Mio Kilometern Entfernung die Atmosphärensonde von Galileo abgetrennt, und trat Anfang Dezember mit 173 000 km/h unter einem Winkel von 9° in die Jupiteratmosphäre ein. Innerhalb von 2 Minuten sank die Geschwindigkeit auf 300 km/h, die auftretenden Kräfte von 230g und die Temperatur von 16 000°C am Hitzeschild überstand die Sonde, und glitt an einem Fallschirm in die bodenlose Jupiteratmosphäre. Bezeichnet man den Bereich mit Luftdruck 1 bar als NN, so öffnete sich der Bremsfallschirm in 40 km Höhe über NN bei 0,35 bar. Während des einstündigen Absinkens lieferte die Sonde eine Fülle von Messdaten. In 50 km unter NN gab es Wind mit 500 km/h, und gewaltige Turbulenzen und Fallwinde. Es wurde die Zusammensetzung der Atmosphäre zu 75% Wasserstoff, 24% Helium und wenig Methan und Ammoniak bestimmt. Ammoniakkristalle bildeten die oberen Wolken in 20 km über NN bei -145°C. Die tieferliegende Wolkenschicht bei NN bestand bei -110°C aus Ammoniumhydrogensulfid (Tröpfchen und Kristallen). Die dritte, unter NN liegende Wolkenschicht aus Wassereis bei -50°C wurde am Ort des Eintauchens nicht registriert. Der Nebelmesser der Sonde zeigt unerwartet klare Sicht, offensichtlich ist die Sonde (leider) in einem Schönwettergebiet heruntergekommen. Auch Blitze wurden in Sondennähe nicht registriert, sondern erst in 10 000 km Entfernung. Ein Stunde nach dem Eintauchen riss die Funkverbindung in 160 km unter NN bei 22 bar und 152°C ab. Dieses Eintauchmanöver war eine Meisterleistung der Raumfahrtingenieure, wäre der Eintauchwinkel nur um ein Grad abgewichen, so wäre die Sonde entweder verglüht, oder in den Weltraum zurückgeschleudert worden.

Die Muttersonde wurde durch ca. einstündiges Zünden des Haupttriebwerks auf einen Jupiterorbit gebracht, der noch außerhalb der Bahn von Europa liegt. Weiter innen wäre die Sonde durch den extrem starken Strahlengürtel im Bereich der Io-Bahn zerstört worden. Außer fantastischen Nahaufnahmen von Jupiter lieferte sie auf immer wieder geänderten Bahnen gestochen scharfe und außerordentlich detailreiche Bilder von den galileischen Monden. Galileo funktioniert dank seiner Atombatterien viele Jahrzehnte, und lieferte Daten, deren Auswertung hunderte Wissenschaftler viele Jahre beschäftigen wird. Als die Geräte durch die extreme radioaktive Strahlung nach und nach immer mehr Fehlfunktionen aufwiesen, wurde Gallileo 2003 zum kontrollierten Absturz auf Jupiter gebracht. Man wollte damit verhindern, dass die Sonde eventuell zufällig auf Europa niedergeht, weil man Europa als Kandidaten für Leben im Sonnensystem betrachtet, und dort keine Keime abladen wollte.

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Neues vom Jupiter - der KRF

Immer noch ein Rätsel: Eine der erstaunlichsten Erscheinungen im Planetensystem ist sicher der Grosse Rote Fleck GRF auf Jupiter, einem riesigen ovalen Antizyklon (linksdrehender Wirbelsturm), der in seiner Länge in Richtung der Rotation über zwei Erddurchmesser groß ist. Er ist mit keinem festen Oberflächenmerkmal verbunden (solche gibt es nicht auf Jupiter), liegt aber weitgehend in fester Position zwischen zwei Wolkenbändern bei etwa 22° südlicher Breite. Der GRF wird wird bereits seit weit über 300 Jahren mit nur leichten Veränderungen beobachtet, erster Beobachter war vermutlich Domenico Cassini um 1665 herum. Der Sturm rotiert mit einer Periode von ungefähr 6 Tagen, und sein Wolkenwirbel überragt die umgrenzende Bewölkung um bis zu 10km. Seine markante Farbe ist, entgegen der Namensgebung, kein sehr dunkles Rotsondern schwankt im Lauf der Jahre zwischen fast weiß und einem hellen, leicht bräunlichen Orange. Auf der Erde lösen sich Wirbelstürme innerhalb einiger Tage bzw. Wochen wieder auf, warum der GRF auf Jupiter derart stabil ist, ist ein Rätsel.

 

Achtung: Jupiter-Bilder des Hubble-Teleskops sind leicht farbverstärkt, und zeigen nicht ganz exakt die natürlichen Farben. (Bilder: NASA).

Links: Der GRF mit weißem Oval BA. Schön zu sehen sind die dem GRF vorauseilenden Turbulenzen.

Rechts: Die Animation der NASA zeigt sehr schön die Bewegung in den Wolkenbändern, und die Rotation des GRF, sowie die Einbettung des GRF zwischen zwei Wolkenbändern.

 

Weiße und braune Ovale: Neben dem GRF gibt es auf Jupiter noch viele kleinerer Wirbelstürme, die auch eine sehr lange Lebensdauer haben können. Diese Stürme sind  weiß oder bräunlich gefärbt, und heißen daher weiße oder braune Ovale. Weiße Ovale sind normalerweise hochreichende, kalte Wirbel in der oberen Atmosphäre, wohingegen braune Ovale eher wärmere, in tiefere Wolkenschichten eingebettete Wirbel sind. Solche Ovale können eine Lebensdauer von wenigen Stunden bis zu Jahrhunderten haben. Zwei weiße Ovale, die schon seit mindestens 90 Jahren beobachtet wurden, und ein drittes Oval, das 1939 erschien, vereinigten sich in den Jahren zwischen 1998 und 2000 zu einem einzigen, großen weißen Oval, das zunächst als weißes Oval BA bezeichnet wurde. In den Jahren vor 2006 verfärbte sich das weiße Oval BA auf mysteriöse Weise rötlich-orange, und sieht nun aus wie der GRF, was ihm den Namen "Red Spot Junior" einbrachte. Der kleine rote Fleck KRF hat mittlererweile nahezu die Größe der Erde, und bewegt sich in östlicher Richtung. Im Juli 2006 traf er fast mit dem westlich driftenden GRF zusammen, ob eine solche interessante Begegnung irgendwann einmal Folgen haben wird?

 

Achtung: Diese Bilder zeigen eine Mischung aus sichtbarem und infrarotem Licht, die hochliegenden Dunstschichten erscheinen in roter Farbe. (Bilder: NASA).

Links: Der neu entstandene KRF im Größenvergleich zur Erde.

Rechts: Der GRF und der KRF im Vergleich zur Größe des Jupiters selbst.

 

Klimawandel auch auf Jupiter: Wissenschaftler vermuten, dass die rote Einfärbung des KRF durch Material entstand, das aus tieferen Schichten der Atmosphäre aufgewirbelt wurde, und das in großer Höhe durch die UV-Strahlung de Sonne in andere chemische Verbindungen überführt wurde. Ferner wird eine generelle Klimaänderung auf Jupiter vermutet, die den Wärmeaustausch vom Äquator zum Südpol des Jupiter bei einer südlichen geographischen Breite von etwa 34 Grad fast vollständig unterbindet, also gerade in der Breite, wo sich der KRF gebildet hat. Diese Klimaänderung könnte in einigen Breiten zu einem Anstieg der mittleren Temperatur von bis zu 5 Grad Celsius führen, was deutliche Änderungen in der Atmosphäre verursachen könnte.

 

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