Jupiter

Der Bringer der Ausgelassenheit

Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne aus und bei weitem der größte. Jupiter besitzt mehr als doppelt soviel Masse als alle anderen Planeten zusammen (318-mal soviel wie die Erde).

        Umlaufbahn:  778.330.000 km (5,20 AE) von der Sonne entfernt
        Durchmesser: 142.984 km (äquatorial)
        Masse:       1,900·1027 kg

Jupiter (auch bekannt als Jove, weil im Lateinische manche Beugeformen von Jupiter den Wortstamm Jov aufweisen; Griechisch Zeus) war in der römischen Mythologie der König der Götter, Herrscher über den Olymp und Patron des römischen Staates. Zeus war Sohn des Chronos (Saturn).

Jupiter ist das vierthellste Objekt am Himmel (nach Sonne, Mond und Venus). Er ist seit prähistorischer Zeit als „Wanderstern“ (die altmodische Bezeichnung für Planeten – das Wort stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet „Wanderer“ – war „Wandelstern“) bekannt. Galileis Entdeckung der vier großen Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto 1610 (heute bekannt als die Galileischen Monde) war die erste Entdeckung eines Zentrums einer Bewegung, deren scheinbarer Mittelpunkt nicht die Erde war. Dies war einer der Hauptpunkte für die heliozentrische Theorie über die Bewegung der Planeten von Kopernikus (zusammen mit anderen Beweisen, die er mit seinem Teleskop erlangte: Die Venus-Phasen und die Gebirge auf dem Mond); Galileos offen ausgesprochene Unterstützung der Kopernikanischen Theorie brachte ihn durch die Inquisition hinter Gittern. Er wurde gezwungen zu widerrufen und blieb für den Rest seines Lebens inhaftiert (das gerne Galilei zugesprochene Zitat „Und sie dreht sich doch“, pathetisch vom brennenden Scheiterhaufen geschrien, stammt tatsächlich von Giordano Bruno - Anm. d. Übs.). Heute kann aber jeder straffrei mit Feldstechern oder Teleskopen seine Beobachtungen anstellen.

Jupiter wurde zum ersten Mal 1973 von Pioneer 10 und später von Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 und Ulysses besucht. Die Sonde Galileo umkreiste Jupiter acht Jahre lang. Er wird heute regelmäßig vom Hubble Space Telescope (HST) aus beobachtet.


Der Große Rote Fleck

Die Gasplaneten haben keine feste Oberfläche, ihr gasförmiges Material wird lediglich mit zunehmender Tiefe immer dichter (die Radien und Durchmesser, die für diese Planeten angegeben werden, beziehen sich auf eine Höhe, in der ein Druck von einer Atmosphäre herrscht). Was wir bei einem Blick auf diese Planeten sehen, ist nur die Oberseite der Wolken hoch in ihren Atmosphären (knapp oberhalb der 1-Atmosphären-Höhe).

Jupiter besteht aus 90% Wasserstoff und 10% Helium (nach der Anzahl der Atome, 75 bzw. 25% nach der Masse) mit Spuren von Methan, Wasser, Ammoniak und „Felsen“. Dies ist sehr nahe der Zusammensetzung des ursprünglichen Sonnennebels, aus dem das gesamte Sonnensystem entstand. Saturn besitzt eine ähnliche Zusammensetzung, aber Uranus und Neptun enthalten viel weniger Wasserstoff und Helium.

Unser Wissen über das Innere des Jupiter (sowie der anderen Gasplaneten) ist hochgradig indirekt und das wird wohl noch eine ganze Zeit so bleiben (die Daten von Galileos atmosphärischer Sonde geht in eine Tiefe von lediglich 150 km unterhalb der Wolkenoberseite).

Jupiter hat wahrscheinlich einen Kern aus felsigem Material in einer Größenordnung von ungefähr 10 bis 15 Erdmassen.

Oberhalb des Kerns liegt der Hauptmasseanteil des Planeten in Form von flüssigem metallischen Wasserstoff#1. Diese exotische Form des gewöhnlichsten aller Elemente kann nur bestehen, wenn der Druck über vier Millionen Bar liegt, wie es im Inneren des Jupiter (oder des Saturn) der Fall ist. Flüssig metallischer Wasserstoff besteht aus ionisierten Protonen und Elektronen (wie im Inneren der Sonne, hier aber bei einer weit geringeren Temperatur). Bei der Temperatur und dem Druck im Inneren des Jupiter ist Wasserstoff flüssig, nicht gasförmig. Es ist ein elektrischer Leiter und damit die Quelle für das Magnetfeld des Jupiter. Diese Schicht enthält wahrscheinlich auch etwas Helium und Spuren verschiedener „Eisarten“.

Die äußerste Schicht setzt sich aus gewöhnlichem, molekularen Wasserstoff und Helium zusammen, wobei letzteres im Inneren flüssig und weiter außen gasförmig vorliegt. Die Atmosphäre, die wir sehen können, ist der alleroberste Teil dieser tiefen Schicht. Wasser, Kohlendioxid, Methan und andere einfache Moleküle finden sich ebenfalls, in winzigen Mengen.

Kürzlich durchgeführte Experimente bewiesen, daß Wasserstoff seine Aggregatzustände nicht plötzlich ändert. Aus diesem Grunde gibt es sehr wahrscheinlich keine deutlichen Grenzen zwischen den verschiedenen Schichten im Inneren der Gasplaneten.


Eintrittspunkt der
Galileo-Gassonde

Drei getrennte Wolkenschichten aus Ammoniak-Eis, Ammoniumhydrosulfid und einer Mischung aus Eis und Wasser werden darunter vermutet. Wie auch immer, die vorläufigen Ergebnisse aus den Untersuchungen der Galileo-Proben zeigen nur schwache Anzeichen für Wolken (ein Instrument scheint die oberste Schicht gemessen zu haben, ein anderes die zweite). Aber der Eintrittspunkt der Probe (links) war ungewöhnlich -- erdbasierte teleskopische Beobachtungen und erst kürzlich gemachte Beobachtungen durch den Galileo-Orbiter legen nahe, daß dieser Eintrittspunkt eine der wärmsten und wolkenärmsten Gegenden auf Jupiter zu diesem Zeitpunkt gewesen ist.

Daten, die von der Atmosphärensonde der Galileo stammen, deuten an, daß wesentlich weniger Wasser vorhanden ist als erwartet. Die Erwartung war, daß Jupiters Atmosphäre in etwa doppelt soviel Sauerstoff (gebunden an den üppigen Wasserstoff in Form von Wasser) enthält wie die Sonne. Aber nun sieht es so aus, als sei die tatsächliche Konzentration viel geringer als auf der Sonne. Ebenso überraschend waren die hohe Temperatur und die Dichte der obersten Schichten der Atmosphäre.


Totalaufnahme
vom HST

Jupiter und die anderen Gasplaneten haben Winde mit hoher Geschwindigkeit, die in breiten Streifen eingeschlossen sind. Die Winde wehen in angrenzenden Streifen entgegengesetzt. Geringfügige chemische und thermische Abweichungen zwischen diesen Streifen sind verantwortlich für die Farbbänder, die das Aussehen des Planeten beherrschen. Die hellen farbigen Streifen nennt man Zonen, die dunklen Gürtel. Diese Bänder auf Jupiter waren seit einiger Zeit bekannt, aber die komplizierten Wirbel in den Grenzbereichen zwischen den Streifen wurden zuerst von Voyager gesichtet. Daten von der Galileo-Sonde zeigen, daß die Windgeschwindigkeiten noch schneller sind als erwartet (mehr als 600 km/h) und sich so tief ausdehnen, wie die Sonde nur beobachten konnte; sie könnten tausende Kilometer in das Innere reichen. Es wurde auch festgestellt, daß Jupiters Atmosphäre ausgesprochen turbulent ist. Dies zeigt, daß die Winde in erster Linie von innerer Hitze hervorgerufen werden, weniger von der Sonneneinstrahlung wie auf der Erde.

Die lebendigen Farben in Jupiters Wolken sind wahrscheinlich das Resultat feiner chemischer Reaktionen der Spurenelemente, möglicherweise in Zusammenhang mit Schwefel, dessen Verbindungen eine große Vielfalt an Farben besitzen, aber Details sind unbekannt.

Die Farben korrespondieren mit der Höhe der Wolken; die niedrigsten sind blau, gefolgt von braunen und weißen, die höchsten sind rot. Manchmal sind niedrigere Schichten durch Löcher in den höheren sichtbar.


Der Große Rote Fleck
vom HST

Der Große Rote Fleck (GRS) wurde von irdischen Beobachtern vor 300 Jahren entdeckt (die Entdeckung wird üblicherweise Cassini zugeschrieben, oder Robert Hooke im siebzehnten Jahrhundert). Der GRS ist ein Oval mit ungefähr 12.000 mal 25.000 Kilometern, groß genug, um zwei Erdbälle darin unterzubringen. Seit Jahrzehnten sind kleinere ähnliche Flecken bekannt. Infrarotbeobachtungen und die Richtung der Rotation zeigen an, daß der GRS ein Hochdruckgebiet ist, dessen Wolkenobergrenze deutlich höher und kühler ist als die Umgebung. Ähnliche Strukturen wurden auf Saturn und Neptun entdeckt. Es ist unbekannt, wie sich solche Strukturen so lange erhalten können.

Jupiter strahlt mehr Energie in den Weltraum ab als von der Sonne einstrahlt. Das Innere des Jupiter ist heiß: der Kern hat wahrscheinlich circa 20.000 °K. Die Hitze wird vom Kelvin-Helmholtz-Mechanismus hervorgerufen, der langsamen gravitationellen Kompression des Planeten (Jupiter produziert KEINE Energie durch Kernfusion wie die Sonne; er ist viel zu klein und damit ist sein Inneres zu kühl, um Kernreaktionen zu zünden). Diese innere Hitze verursacht wahrscheinlich eine Konvektion tief in Jupiters flüssigen Schichten und ist wahrscheinlich verantwortlich für die komplizierten Bewegungen, die wir an der Wolkenobergrenze sehen. Saturn und Neptun sind in dieser Hinsicht dem Jupiter ganz ähnlich, Uranus ist es komischerweise nicht.

Jupiter ist genau so groß im Durchmesser, wie ein Gasplanet es sein kann. Würde mehr Material dazukommen, würde es von der Schwerkraft zusammengedrückt werden, so daß sich der gesamte Radius nur geringfügig vergrößern würde. Ein Stern kann nur wegen seiner inneren (nuklearen) Hitzequelle größer sein (aber Jupiter müßte 80 mal soviel Masse besitzen, um zum Stern zu werden).

Jupiter besitzt ein riesiges Magnetfeld, viel stärker als das der Erde. Seine Magnetosphäre dehnt sich über 650 Millionen km aus (hinter die Umlaufbahn des Saturn!) (Die Form von Jupiters Magnetosphäre ist weit entfernt von kugelförmig -- sie dehnt sich „lediglich“ ein paar Millionen Kilometer in direkter Richtung zur Sonne aus). Jupiters Monde liegen daher innerhalb dieses Magnetfelds, ein Umstand, der teilweise manche Vorgänge auf Io erklären könnte. Zum Unglück zukünftiger Weltraumreisender und als echte Anforderung für die Entwickler der Voyager- und Galileosonden enthält die Umgebung in der Nähe von Jupiter energiereiche Partikel, die in Jupiters Magnetfeld eingefangen sind. Diese „Strahlung“ ist zwar so ähnlich, aber viel intensiver als die, die innerhalb des irdischen Van Allen Gürtels entdeckt wurde. Sie wäre sofort tödlich für einen ungeschützten Menschen.

Die Galileo-Atmosphärenprobe entdeckte einen neuen Strahlungsgürtel zwischen Jupiters Ring und den obersten Atmosphärenschichten. Dieser neue Gürtel ist circa 10 mal so stark wie der Van-Allen-Strahlungsgürtel auf der Erde. Überraschenderweise wurde entdeckt, daß dieser Gürtel Heliumionen mit hoher Energie unbekannter Herkunft enthält.


Ringkante

Jupiter besitzt wie Saturn Ringe, aber viel feinere und kleinere (rechts). Sie waren völlig unerwartet und wurden nur entdeckt, weil zwei Wissenschaftler der Voyager 1 Mission darauf bestanden, daß nach einer Reise von einer Milliarde Kilometern es wenigstens einen kurzen Blick wert war, ob es Ringe gibt. Jeder andere dachte, daß die Wahrscheinlichkeit, welche zu entdecken, verschwindend klein war, aber da waren sie. Das war ein Donnerschlag. Seitdem wurden sie im Infrarotbereich von der Erde aus mit Teleskopen aufgenommen wie auch durch die Galileosonde.

Im Gegensatz zu denen des Saturn sind Jupiters Ringe dunkel (Albedo ungefähr 0,05). Wahrscheinlich bestehen sie aus kleinen Felsbrocken. Im weiteren Gegensatz zu den Saturnringen scheinen sie kein Eis zu enthalten.

Partikel in Jupiters Ringen bleiben dort wahrscheinlich nicht sehr lange (wegen atmosphärischen und magnetischen Widerständen). Die Galileo-Sonde fand klare Beweise dafür, daß die Ringe ständig von Einschlägen von Mikrometeoren auf den vier inneren Monden gespeist werden, die wegen Jupiters großem Gravitationsfeld sehr energiereich sind. Der innere Halo-Ring wird durch Wechselwirkungen mit Jupiters Magnetfeld verbreitert.


Einschlag des Kometen
Shoemaker-Levy-9

Im Juli 1994 kollidierte der Komet Shoemaker-Levy 9 mit Jupiter mit spektakulären Ergebnissen (links). Die Effekte konnten sogar mit Amateurteleskopen beobachtet werden. Der Schutt aus dieser Kollision war hinterher fast ein Jahr lang für das HST sichtbar.

Wenn er sich am Nachthimmel aufhält, ist Jupiter häufig der hellste „Stern“ (nur wegen der Venus zweithellster, die aber selten am dunklen Himmel zu sehen ist). Die vier Galileischen Monde sind mit Feldstecher leicht zu sehen, manche Streifen und der GRS können mit kleinen astronomischen Teleskopen ausgemacht werden. Verschiedene Webseiten zeigen die augenblickliche Position des Jupiter (und die anderer Planeten) am Himmel. Genauere und umgänglichere Karten können mit einem Planetariumprogramm erstellt werden.



Monde vor Jupiter

Jupiters Satelliten

Jupiter hat 63 bekannte Satelliten (Stand: Feburar 2004), die vier großen Galileischen Monde, mehrere kleiner benannte sowie weitere sehr kleine, die zwar kürzlich entdeckt aber bislang nicht benannt wurden.


           Abstand   Radius    Masse
Satellit   (000 km)   (km)     (kg)    Entdecker    Jahr
---------  --------  ------  -------   ---------   -----
Metis           128      20  9,56·1016  Synnott      1979
Adrastea        129      10  1,91·1016  Jewitt       1979
Amalthea        181      98  7,17·1018  Barnard      1892
Thebe           222      50  7,77·1017  Synnott      1979
Io              422    1815  8,94·1022  Galileo      1610
Europa          671    1569  4,80·1022  Galileo      1610
Ganymede       1070    2631  1,48·1023  Galileo      1610
Kallisto       1883    2400  1,08·1023  Galileo      1610
Leda          11094       8  5,68·1015  Kowal        1974
Himalia       11480      93  9,56·1018  Perrine      1904
Lysithea      11720      18  7,77·1016  Nicholson    1938
Elara         11737      38  7,77·1017  Perrine      1905
Ananke        21200      15  3,82·1016  Nicholson    1951
Carme         22600      20  9,56·1016  Nicholson    1938
Pasiphae      23500      25  1,91·1017  Melotte      1908
Sinope        23700      18  7,77·1016  Nicholson    1914

Die Werte für die kleineren Monde sind angenähert. Etliche weitere Monde sind hier nicht aufgeführt.

Jupiters Ringe

          Abstand    Weite   Masse
Ring      (km)        (km)   (kg)
----      -------    -----  ------
Halo      100.000   20.800   ? 
Haupt     122.800    6.400  1·1013
Gossamer  129.200  214.200   ? 

(der Abstand bemißt sich jeweils von Jupiters Mittelpunkt zur inneren Ringkante)

Mehr über Jupiter und seine Satelliten

Offene Punkte


Anmerkung: Die Bezeichnung „flüssig metallisch“ bezieht sich auf die Tatsache, daß in Metallen Elektronen und Protonen keine extakte Zuordnung zu einander mehr zulassen; die Elektronen sind im Metall als Stoff gebunden, aber nicht innerhalb eines Atoms. Man spricht daher auch von einem Elektronengas zwischen Atomkernen. Dieser Eigenschaft verdanken Metalle ihre gute elektrische Leitfähigkeit, da sich die Elektronen frei innerhalb des Metalls bewegen und kein Atom verlassen müssen (was nämlich Energie kostet).
Im Inneren des Jupiter herrscht ein so hoher Druck, daß auch hier die normalerweise sehr stabilen Wasserstoffatome instabil werden und metallische Eigenschaften bekommen.
Der Übs.


Der Jupiter strahlt mehr Energie ab, als er von der Sonne empfängt. Wahrscheinlich befindet sich in seinem Inneren eine Energiequelle, die zusätzliche Wärme an den Planeten abgibt. Durch seine starke Rotation dauert ein Tag auf dem Jupiter nur ca. 10 Stunden. Für die weitere Jupiter-Forschung funkten die Raumsonden den Wissenschaftlern eine Vielzahl farbiger Bilder. Dennoch birgt der Jupiter noch viele Geheimnisse in sich. Und was sich uns davon unter Umständen einmal offenbart, davon können wir im Moment leider nur träumen. Doch nicht jeder ist von der Ferne des Alls begeistert. Wer sich, zum Beispiel den Traum vom eigenen Haus erfüllt hat, wird vielleicht nicht unbedingt nach den fernen Sternen greifen wollen. Da wird normalerweise das etwas näher Liegende bevorzugt, wie etwa ein Urlaub in einem anderen Land. Womit man sich dann auch gleich mit ganz „irdischen" Problemen, wie zum Beispiel Koffer packen, Abschluss einer Auslandskrankenversicherung befassen muss. Doch trotz aller Bodenständigkeit lässt uns die Faszination des Weltraums nicht ganz los.


Expreß zu Io

Inhalt ... Sonne ... Mars ... Deimos ... Jupiter ... Metis ... Saturn ... Daten ... Originalseite


Impressum, © Bill Arnett, übersetzt von Michael Wapp; zuletzt ergänzt: 10. April 2014