Jupiter

der Gasriese

Jupiter, der Gasriese [13.030 bytes]Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne aus gezählt. Er umkreist diese in einem mittleren Abstand von 778,3 Millionen Kilometern mit einer durchschnittlichen Bahngeschwindigkeit von etwa 13 Kilometern pro Sekunde. Auch die Jupiterbahn weicht von der Kreisform ab; der Abstand von unserem Zentralgestirn schwankt zwischen 740 und 815 Millionen Kilometern. Um die Sonne einmal zu umkreisen, benötigt der Riesenplanet knapp zwölf Jahre.
Ein "Riesenplanet" ist Jupiter auf jeden Fall, denn mit fast 143.000 Kilometern Durchmesser ist er mehr als 11mal so groß wie unsere Erde. Er ist der größte und schwerste Planet unseres Sonnensystems, fast das 318fache der Erdmasse ist in Jupiter vereinigt - Jupiter hat damit mehr als doppelt soviel Masse als alle anderen Planeten unseres Sonnensystems zusammen. Die mittlere Dichte ist jedoch mit 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter wesentlich geringer - dies zeigt bereits, dass Jupiter ein gänzlich anderer Typ von Planet ist als die vier inneren Planeten von Merkur bis Mars.
Jupiter ist eine riesige Gaskugel. Er besitzt keine feste Oberfläche, auf der man landen könnte. Als Bezugs"oberfläche" (Nullniveau) gilt die Höhe, in der der Druck 0,1 Atmosphären beträgt. Die Atmosphäre des Riesenplaneten besteht hauptsächlich aus Wasserstoff (93 Prozent) und Helium (6 Prozent) und weist damit eine Zusammensetzung auf, die derjenigen der Sonne zur Zeit ihrer Entstehung ähnelt. Wenn man Jupiter mit einem Fernrohr beobachtet, erkennt man, dass der Planet ein zu seinem Äquator paralleles Streifenmuster aufweist. Die dunklen Streifen nennt man Bänder, die hellen Zonen. Das Streifenmuster entsteht durch die sehr schnelle Rotation des Jupiters - kein anderer Planet im Sonnensystem dreht sich in noch kürzerer Zeit einmal um seine Achse. Durch die rasche Drehung werden alle Wolkengebilde in Ost-West-Richtung gezogen (Corioliskräfte!). Die Frage nach der genauen Rotationszeit ist nicht ganz einfach zu beantworten. Für die äquatornahen Bereiche des Gasriesen gilt das sogenannte System I mit einer Rotationsperiode von 9 Stunden, 50 Minuten und 30 Sekunden. Für weiter vom Äquator entfernte Gebiete gilt das System II mit 9 Stunden, 55 Minuten und 40,6 Sekunden. Dabei zeigte sich, dass die Rotationszeit für die höheren Breiten (System II) die "richtigere" ist; die scheinbar etwas schnellere Rotation in Äquatornähe kommt durch Ostwinde zustande, die die Wolken um den Planeten herumfegen. Dies zeigt auch die durch radioastronomische Beobachtungen ermittelte Rotationszeit von 9 Stunden, 55 Minuten und 29,7 Sekunden (System III). Aufgrund seiner schnellen Drehung ist der Gasplanet deutlich abgeplattet, wie man schon mit einem kleinen Fernrohr erkennen kann. Der Poldurchmesser ist um ein Sechzehntel kürzer als der Äquatordurchmesser.
In der Jupiteratmosphäre unterscheidet man drei Wolkenschichten. Die Zonen bilden die höchste Wolkenschicht und bestehen wahrscheinlich aus Ammoniakeis-Kristallen, wodurch sie ihre helle Farbe bekommen. Die Temperatur beträgt dort etwa -120 Grad Celsius. Die bräunlich gefärbten Bänder liegen etwa 30 bis 40 Kilometer tiefer und enthalten hauptsächlich Ammoniumhydrosulfidwolken. Dort liegt die Temperatur bei ca. -75 Grad. Die unterste Wolkenschicht erscheint bläulich und enthält Wasserdampf bei Temperaturen bis +10 Grad. Übrigens gibt es in gleichen Höhenschichten ähnlich wie bei der Venus kaum Temperaturunterschiede zwischen Äquator- und Polregionen und zwischen Tag- und Nachtseite. Das bunte Farbenspiel aus Rot, Orange, Braun und Blau in der Jupiteratmosphäre (siehe Foto) entsteht wahrscheinlich in den beiden unteren Wolkenschichten durch komplexere organische Moleküle.
Jupiterwolken in der Umgebung des Großen Roten Flecks [14.150 bytes] Die Zirkulation der Jupiteratmosphäre wird hauptsächlich von unten, durch eine innere Wärmequelle angetrieben. Der Planet strahlt etwa 1,7mal soviel Wärme in den Weltraum ab, wie er von der Sonne empfängt. In den hellen Zonen steigt das Gas durch Konvektion aus der Tiefe auf, während in den Bändern kühlere Gase nach unten absinken. Die Nord-Süd-Strömung der aus den Zonen strömenden Gasmassen wird durch die schnelle Rotation in Ost-West-Strömungen umgelenkt, deren Geschwindigkeit entlang der Grenzen zwischen Bändern und Zonen ungefähr 400 Kilometer pro Stunde erreichen. Dadurch kommt es zu Verwirbelungen, die durch die Atmosphäre wandern - die Gashülle des Riesenplaneten zeigt eine lebhafte Dynamik und verändert ständig ihr Aussehen.
Ein besonderes Oberflächenmerkmal ist der sogenannte Große Rote Fleck, der sich auf der südlichen Halbkugel befindet. Dabei handelt es sich um einen gigantischen Wirbelsturm mit einer Längsausdehnung von immerhin 40.000 Kilometern, der schon seit Jahrhunderten existiert. In etwa sechs Tagen rotieren seine Wolken einmal entgegen dem Uhrzeigersinn um sich selbst. Das Gebiet erhebt sich mindestens acht Kilometer über die umgebenden Wolken. Manchmal ist der Große Rote Fleck sehr deutlich zu sehen, zu anderen Zeiten fast gar nicht; auch die Farbe ist nicht immer rötlich, sondern manchmal eher blaß-orange oder gelblich. Die Farbe wird vermutlich durch Phosphin hervorgerufen, das aus der Tiefe nach oben gedrückt wird. Auch der Große Rote Fleck ist von vielen Verwirbelungen umgeben.
Mit zunehmender Tiefe nehmen Druck und Temperatur in der Jupiteratmosphäre zu. In tausend Kilometern Tiefe unter dem Nullniveau (siehe oben) geht wahrscheinlich bei 2000 Grad Celsius und 500 Atmosphären Druck die gasförmige in eine flüssige Phase über. Es ist momentan noch nicht bekannt, ob ein allmählicher Übergang vorliegt oder ob eine klar definierte Oberfläche aus flüssigem Wasserstoff und Helium existiert. In 30.000 Kilometern Tiefe liegt der Druck bei etwa drei Millionen Atmosphären und die Temperatur bei 11.000 Grad Celsius. Dort ändert sich der Zustand der Materie erneut. Die Atome werden zerquetscht und die Elektronen und Atomkerne können sich relativ frei bewegen. In diesem Zustand verhalten sich Wasserstoff und Helium wie flüssiges Metall (metallischer Wasserstoff); sie sind hervorragende Leiter des elektrischen Stromes und besitzen auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Der innerste Kern des Riesenplaneten ist wahrscheinlich eine Kugel aus Gesteinen und Metallen mit einem Durchmesser von etwa 20.000 Kilometern und einer Masse von knapp 30 Erdmassen. Im Zentrum dürfte der Druck etwa 30 bis 40 Millionen Atmosphären und die Temperatur etwa 20.000 Grad betragen. Das ist jedoch noch viel zuwenig, um Kernverschmelzungsvorgänge wie im Inneren von Sternen hervorzurufen und Jupiter wie einen Stern leuchten zu lassen. Manchmal wird nämlich Jupiter als "verhinderte Sonne" oder "Stern, der nicht zündete" bezeichnet. Der Riesenplanet müßte aber wenigstens achtzig- bis hundertmal soviel Masse besitzen, um zu einem echten Stern zu werden.
Die rasche Drehung des Jupiter und das Vorhandensein des leitfähigen metallischen Wasserstoffs erzeugt ein sehr starkes Magnetfeld. Seine Feldstärke an der Wolkenobergrenze ist etwa 20mal so groß wie die des Erdmagnetfeldes an der Erdoberfläche; die Energie dieses Magnetfeldes ist 20.000mal so groß wie die des irdischen. Dadurch entstehen gewaltige Strahlungsgürtel. Die Bahnen der innersten Vierergruppe von Jupitermonden und dreien der galileischen Jupitermonde (siehe unten) liegen vollständig innerhalb des planetaren Magnetfeldes. 99 Prozent der herumfliegenden Protonen landen früher oder später auf einem dieser Monde und haben einen bedeutenden Einfluß auf ihre Oberflächen. Man hat berechnet, dass ohne diese reinigende Wirkung die Intensität der Strahlungsgürtel und der dadurch erzeugten Sekundärmagnetfelder so hoch wäre, dass selbst unbemannte Raumsonden nicht durch diese Region fliegen könnten. Für Raumfahrer ist das Gebiet aber mit heutigen Abschirmmethoden trotzdem noch tödlich. Die Magnetosphäre wird durch den Sonnenwind verformt: Auf der Sonnenseite liegt die Grenzschicht bei etwa 10 Millionen Kilometern Abstand von Jupiter, auf der von der Sonne abgewandten Seite reicht sie in einem Magnetfeldschweif bis über die Umlaufbahn des Saturn hinaus. Die genauen Grenzen der Magnetosphäre sind jedoch starken Schwankungen unterworfen.
Beim Vorbeiflug der Raumsonde Voyager 1 im Jahre 1979 wurde ein dünner Ring um Jupiter entdeckt, der den Planeten in einer Höhe von 57.000 Kilometern über den Wolken umgibt.
Jupiter besitzt nach heutigem Wissensstand 28 Monde. 16 davon sind schon etwas länger bekannt. Diese kann man gut in vier Gruppen zu je vier Monden einteilen. Die Monde der ersten Vierergruppe umkreisen den Gasriesen in einer Entfernung von 128.000 bis 222.000 Kilometern mit Umlaufzeiten zwischen gut 7 und gut 16 Stunden. Diese Monde sind alle recht klein, der größte ist Amalthea mit etwa 200 Kilometern Durchmesser.
Bei der nächsten Vierergruppe handelt es sich um die sogenannten galileischen Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto, die von Galileo Galilei im Jahre 1610 entdeckt wurden. Man kann sie bereits mit einem guten Fernglas beobachten. Io ist mit 421.400 Kilometern Entfernung und einer Umlaufzeit von 1,763 Tagen der innerste der galileischen Monde. Er ist etwas größer als der Erdmond (Durchmesser 3636 Kilometer). Europa hat 3066 Kilometer Durchmesser und eine Umlaufzeit von 3,551 Tagen. Ganymed ist mit einem Durchmesser von 5220 Kilometern der größte Mond im Sonnensystem und immerhin größer als der Planet Merkur. Seine Umlaufzeit beträgt 7,155 Tage. Schließlich folgt noch Kallisto mit einer Entfernung von 1,88 Millionen Kilometern, einer Umlaufzeit von 16,689 Tagen und 4890 Kilometern Durchmesser.
Die dritte Vierergruppe besteht aus kleinen Möndchen mit Durchmessern zwischen 10 und 170 Kilometern in Entfernungen zwischen 11 und 12 Millionen Kilometern von Jupiter. Ihre Umlaufbahnen weisen mit Werten um 28 Grad eine beträchtliche Bahnneigung gegen die Äquatorebene des Riesenplaneten auf. Die Umlaufzeiten liegen zwischen 240 und 261 Tagen.
Die äußerste Gruppe schließlich liegt bei Entfernungen zwischen 21 und 24 Millionen Kilometern und Umlaufzeiten von 625 bis 758 Tagen. Die Bahnneigungen der Umlaufbahnen betragen 107 bis 123 Grad, was bedeutet, dass diese vier Monde retrograd, also in entgegengesetzter Richtung, um den Planeten laufen. Mit 20 bis 40 Kilometern Durchmesser sind auch diese Monde Winzlinge.
Die anderen 12 Monde sind sehr klein (unter 10 Kilometer Durchmesser) und wurden erst seit 1999 entdeckt. Einer dieser Neuentdeckungen stellte sich als identisch mit einer Beobachtung von Charles Kowal aus dem Jahre 1975 heraus. Damals ging das Objekt allerdings wieder "verloren".


Daten und Fakten zu Jupiter

Mittlere Entfernung von der Sonne 778,3 Millionen Kilometer 5,203 AE
Kleinste Entfernung von der Sonne 740 Millionen Kilometer 4,95 AE
Größte Entfernung von der Sonne 815 Millionen Kilometer 5,45 AE
Numerische Bahnexzentrizität 0,0485 --
Bahnneigung gegen die Ekliptik (Erdbahnebene) 1,305 Grad --
Umlaufzeit (siderisch) 11,862 Jahre --
Mittlere Bahngeschwindigkeit 13,06 Kilometer pro Sekunde 0,44 mal Erdenwert
Durchmesser (am Äquator) 142796 Kilometer 11,2 mal Erdenwert
Abplattung 0,063 (1 zu 16) --
Masse 1,8988 mal 10 hoch 27 Kilogramm 317,8 mal Erdenwert
Mittlere Dichte 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter --
Rotationszeit 9 Stunden 55 Minuten 29,7 Sekunden (radioastronomisch) --
Achsneigung gegen die Senkrechte der Planetenbahnebene 3,1 Grad --
Albedo (Rückstrahlungsvermögen) 44 Prozent --
Schwerkraft an der Oberfläche (Äquator) 22,6 Meter durch Sekundenquadrat 2,3 mal Erdenwert
Fluchtgeschwindigkeit (Äquator) 57,6 Kilometer pro Sekunde 5,15 mal Erdenwert
Synodische Umlaufzeit 398,88 Tage --
Entfernung von der Erde 588 bis 967 Millionen Kilometer 3,93 bis 6,46 AE
Anzahl der Monde 28 --



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by Patrick Thürstein

(25.09.2001)