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Infoblatt Jupiter

Aufbau, Oberfläche und Beobachtungen des Jupiter





Grundlagen

Der Jupiter ist von der Sonne aus gezählt der 5. Planet im Sonnensystem. Er ist der größte und massenreichste Planet. Mit 1,9*10 ²⁷ kg nimmt er zwei Drittel der Gesamtmasse aller Planeten ein. Jupiter gehört zu den gasförmigen, äußeren Riesenplaneten. Seine mittlere Dichte beträgt nur 1,33 g/cm ³. Da ihm eine feste Oberfläche fehlt, besitzt er keinen definierten Radius. Mit zunehmender Tiefe, also Richtung Mittelpunkt, wird seine Materie immer dichter. Bei allen Gasriesen wird deshalb der Radius festgelegt: als die Entfernung zwischen dem Planetenmittelpunkt und dem Punkt, an dem der Atmosphärendruck dem der Erde (in Höhe des Meeresspiegels) entspricht. Somit wurde für Jupiter ein Äquatordurchmesser von 143.600 km errechnet. An den Polen ist der Planet abgeplattet. Hier ist der Durchmesser um 9.000 km kleiner. Jupiter ist 770 Mio. km (das entspricht 5,2 Astronomischen Einheiten) von der Sonne entfernt. Er umkreist sie mit einer mittleren Geschwindigkeit von 13 km/s auf einer elliptischen Bahn. Ein Umlauf dauert 12 Erdenjahre. Dabei rotiert er in 10 Stunden um seine eigene Achse, die um 3,1° gegen die Bahnebene geneigt ist. Bei der Drehung bewegt sich die Materie in Äquatorebene schneller. Hier kommt es deshalb zur "Ausbeulung", an den Polen zur Abplattung der Planetenform.
Der Planet besitzt mehr als 63 Monde (Stand November 2005), von denen die meisten aber kaum mehr als kleine Felsbrocken mit Durchmessern von 1-2 Kilometern sind. 1979 wurde zudem von der Raumsonde "Voyager" ein schwach ausgeprägtes Ringsystem im Äquatorbereich des Jupiters entdeckt. Es ist von der Erde aus nicht sichtbar und besteht aus vielen kleinen Gesteinspartikeln. Der Jupiterring ist ca. 30 km dick und 6.500 km breit.
Jupiter strahlt zweimal soviel Wärme ab, wie er von der Sonne empfängt. Wahrscheinlich nimmt er den Überschuss an Energie aus einem inneren Energievorrat, was schließlich zu einem langsamen Schrumpfen und Abkühlen des Planeten führt.


Aufbau

Jupiter besteht fast vollständig aus Wasserstoff und Helium. In seinem inneren Kern sind diese Bestandteile durch hohen Druck und hohe Temperaturen verfestigt. Der Kern besteht vermutlich aus Eisen und Siliziumverbindungen und weist Temperaturen bis 30.000 ° C auf. Um den Kern befindet sich ein innerer Mantel aus metallischem Wasserstoff (flüssiger Wasserstoff, der sich wie ein Metall verhält, also elektrisch leitfähig ist), der nur bei den hohen Druck- und Temperaturverhältnissen in einem ca. 10.000 km breiten Bereich um den Kern existieren kann. Oberhalb dieses Mantels folgt ein Ozean aus flüssigem Wasserstoff und Helium. Sie bilden den äußeren Mantel des Planeten, der schließlich in die Atmosphäre übergeht.


Jupitermonde

Bis heute (November 2005) sind 63 Jupitermonde bekannt. Die 4 großen Hauptmonde Io, Kallisto, Ganymed und Europa wurden 1610 von G. Galilei entdeckt. Sie waren (vom Erdmond abgesehen) die ersten natürlichen Satelliten (Himmelskörper, die einen Planeten umkreisen), die man am Himmel beobachtete. Diese "Galilei´schen Monde" haben einen Durchmesser von 3.100-5.300 km und sind 0,7-1,8 Mio. km von Jupiter entfernt. Auf den Oberflächen der äußeren Monde findet man viele Einschlagskrater, auf den inneren dagegen fehlen sie (Io) oder sind selten (Europa). Auf dem innersten Mond Io entdeckte die Raumsonde Voyager acht aktive Vulkane und über 100 Calderen (Vulkankrater) mit Durchmessern bis 200 km. Die Vulkaneruptionen dauern bis zu 2 Stunden an, wobei Auswurfhöhen von 250 km erreicht werden.
1892 entdeckte man neben den 4 großen Monden noch 12 kleinere Satelliten mit Durchmessern unter 200 km. Durch die Raumsonden wurden die weiteren, kleinen Monde entdeckt. Zahlreiche Trojaner (kleine Asteroiden) umkreisen die Sonne auf der gleichen Bahn wie Jupiter, wobei eine Gruppe dem Planeten vorausläuft und eine andere ihm folgt.


Atmosphäre

Die dichte, undurchdringliche Jupiteratmosphäre ist 16.000 km dick und besteht aus Wasserstoff und Helium. Daneben kommen geringe Mengen Ammoniak und Methan vor. Die Temperatur über den Wolken beträgt -120 °C. Die Wolken der Atmosphäre haben unterschiedliche Farben, abhängig von der Höhenlage. Die untersten Wolkenschichten sind durch Eis und Wassertröpfchen blau gefärbt. Darüber folgt eine tieforange Wolkenschicht aus Ammoniumhydrogensulfidkristallen, danach eine weiße Wolkendecke aus Ammoniakkristallen. Die obersten Wolken sind rot gefärbt (evtl. ein Hinweis auf Phosphor). Ursache für die Farbunterschiede sind chemische Reaktionen in der Atmosphäre.
Durch die schnelle Drehbewegung des Planeten bildet sich in der Atmosphäre eine ausgeprägte Bänderstruktur heraus. Helle und dunkle Zonen wechseln sich ab. Durch die starke Zirkulation der Luftschichten entstehen Zonen verschiedener Strömungsrichtung mit Windgeschwindigkeiten bis 500 km/h und riesigen Wirbelstürmen. Das bekannteste Sturmsystem auf dem Jupiter ist der "Große Rote Fleck". Dieser enorm große, sehr beständige Wirbelsturm ist durch das Fernrohr sichtbar und bereits seit 300 Jahren bekannt. Er jagt mit einem Durchmesser von 26.000 km (das entspricht dem zweifachen Erddurchmesser) und einer Rotationsdauer von 6 Tagen über die Südhalbkugel des Planeten. Der Große Rote Fleck tritt in der obersten Wolkenschicht auf, wodurch auch seine Farbe zu erklären ist. Die Energie bezieht der Wirbelsturm aus tieferliegenden Wärmequellen. Neben diesem großen Windsystem treten zeitweise auch kleinere Wirbelstürme auf, sog. "weiße Ovale" sowie starke Gewitter mit gewaltigen Blitzentladungen.


Magnetfeld

Jupiter besitzt das stärkste und am weitesten ausgedehnte Magnetfeld aller Planeten. Es erstreckt sich über 90 Jupiterradien weit in den Weltraum. Die Ursache für die Entstehung des Magnetfeldes ist die schnelle Rotation der metallischen Wasserstoffschale (innerer Mantel) in den Tiefen des Planeten. Durch das Einfangen von geladenen Teilchen, wie z.B. Elektronen, Protonen oder metallischen Ionen, aus dem interplanetarischen Raum, kommt es zur Ausbildung sehr intensiver Strahlungsgürtel. Sie geben Radiostrahlen ab und besitzen eine 10.000 mal höhere Intensität als die irdische Magnetosphäre (Wirkungsbereich des Erdmagnetfeldes).


Beobachtung und Forschung

Spektakulär waren die Marskanäle, die 1877 erstmals mit einem kleinen Fernrohr auf der Marsoberfläche entdeckt und beschrieben wurden. Wissenschaftler glaubten damals, die Kanäle seien von Lebewesen (den Marsbewohnern) geschaffen. Heute haben sich die Kanäle als optische Täuschung herausgestellt. Sie treten auf Fotos und im großen Teleskop nicht auf.


Beobachtung und Erforschung

Jupiter ist für mehrere Monate im Jahr der beherrschende Himmelskörper am Nachthimmel und wegen seiner guten Sichtbedingungen ein bevorzugtes Beobachtungsobjekt für Amateurastronomen. Mit dem Teleskop erkennt man die Planetenabplattung, die Bänderung der Atmosphäre und den Großen Roten Fleck. Genauere Daten, zahlreiche Messwerte und Bilder vom Jupiter und seinen Monden lieferten die Raumsonden Pioneer 10 (Vorbeiflug 1973) und 11 (Vorbeiflug 1973) und Voyager 1 und 2 (Vorbeiflüge 1979). Von Dezember 1995 bis September 2002 umkreiste die Sonde Galileo den Planeten 35 mal und übermittelte trotz Übertragungsproblemen zahllose Nahaufnahmen des Planeten und seiner Monde. Vor der Ankunft am Jupiter warf Galileo eine Kapsel ab, die in die Atmosphäre eindrang und deren Zusammensetzung und Aufbau über eine vertikale Distanz von 160 Kilometern untersuchte.
Die am 19. Januar 2006 gestartete Raumsonde New Horizons sammelte auf Ihrem Weg zum Pluto im Vorbeiflug im Februar und März 2007 Daten über den Riesenplaneten. Am 5. August 2011 startete die NASA-Sonde Juno zum Jupiter. Sie soll 5,2 Jahre nach dem Start in einen polaren Orbit eintreten. Eine Besonderheit der Sonde ist ihre Energieversorgung: Als erste Mission zu einem der äußeren Planeten wird sie vollständig durch Solarenergie betrieben werden. 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