Der Planet Jupiter

(Quelle: NASA)

Jupiter war der König der Götter (bei den Griechen, Zeus), der Beherrscher des Olympus und der Patron des Römischen Reiches. Zeus war der Sohn von Cronos (Saturn).

Jupiter ist das vierthellste Objekt am Himmel, nach Sonne, Mond und Venus. Manchmal ist der Mars jedoch heller, wenn dieser sich der Erde nähert. Er ist seit vorgeschichtlicher Zeit bekannt. Galileo entdeckte 1610 die vier großen Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto. Dies war der Hauptpunkt von Galileos heliozentrischem Weltbild nachdem nicht die Erde sondern die Sonne im Mittelpunkt des Sonnensystem steht. Für diese „Ketzerei“ wurde Galileo von der Inquisition inhaftiert bis er seine Aussagen widerruft. Er blieb gefangen für den Rest seines Lebens.

Jupiter wurde zuerst von Pioneer 10, im Jahre 1973 und später von Pioneer 11, Voyager 1 und 2 und Ulysses und Galileo besucht.

Jupiter hat, wie alle Gasplaneten keine feste Oberfläche. Das Gas wird, je tiefer man in die Atmosphäre vordringt immer dichter. Das was wir sehen, wenn wir auf den Planeten schauen ist die Oberfläche der Wolken hoch in der Atmosphäre.

Jupiter besteht aus 90% Wasserstoff und 10% Helium. Der Zusammensetzung nach wäre er eine Sonne, doch seine Masse reicht nicht aus um im Innern die Kernfusion zu starten. Wäre Jupiter wesentlich größer, würde auch bei ihm die Fusion starten und wir hätten zwei Sonnen statt einer. Saturn hat eine ähnliche Zusammensetzung, nur Uranus und Neptun besitzen weniger Wasserstoff und Helium.

Unsere Kenntnisse über den inneren Aufbau von Jupiter (und der anderen Gasplaneten) ist sehr vage und spekulativ. Die Daten der Raumsond Galileo ging leider beim Abstieg in die Atmosphäre verloren.

Jupiter besitzt vermutlich einen Kern aus felsigem Material mit etwa 10-15 Erdmassen.
Über dem Kern befindet sich vermutlich eine große Schicht flüssiger, metallischer Wasserstoff. Diese exotische Form des häufigsten Elementes kann vermutlich nur unter Drücken von 4 Millionen Bar existieren. Flüssiger metallischer Wasserstoff besteht aus ionisierten Elektronen und Protonen (wie im innern der Sonne, nur wesentlich kälter).
Dieser Wasserstoff ist der Ausgangspunkt des gewaltigen Magnetfeldes, dass Jupiter produziert. Diese Schicht enthält vermutlich auch einiges an Helium und Gas-Eis.

Die äußere Schicht des Planeten besteht hauptsächlich aus molekularem Wasserstoff und Helium, welches weiter innen flüssig ist und gasförmiger wird je weiter man nach außen kommt. Wasser, Kohlendioxid, Methan und andere einfachen Moleküle sind ebenfalls in winzigen Spuren enthalten.

Drei vergleichbare Schichten existieren, welche vermutlich gefrorenes Ammoniak, Ammonium-Hydrosulfid und eine Mischung aus Eis und Wasser enthalten.
Daten der Raumsonde Galileo zeigten jedoch, dass es weit weniger Wasser gibt als erwartet. Man ging davon aus, dass die Atmosphäre von Jupiter das doppelte an Sauerstoff wie die Sonne enthält, doch den Messungen zufolge gibt es weit weniger davon als in der Sonne.
Ebenso überraschend waren die Temperaturen und die Dichte der obersten Atmosphäre.
Jupiter und die anderen Gasplaneten beherbergen extrem schnelle Winde welche sich in weiten Bändern um den Planeten schlängeln. Dabei wehen sie in verschiedenen Bändern in unterschiedliche Richtungen. Chemikalien und Temperatur sind dabei für die unterschiedliche Färbungen der Bänder verantwortlich. Die hellen Bänder nennt man dabei „Zonen“, die dunklen „Bänder“. Die Bänder sind seit längerer Zeit bekannt, aber deren Komplexität wurde erstmals von Voyager dokumentiert. Die Daten von Galileo ergaben, dass die Winde schneller wehen als erwartet (mehr als 640 km/h) und reichten hinunter in die Atmosphäre soweit wie die Sonde vordringen konnte. Wahrscheinlich reichen sie tausende von Kilometern in Jupiter hinein. Die immensen Winde Jupiters entstehen durch die immense Hitze in seinem Inneren, anders als die Stürme der Erde, welche durch die Sonneneinstrahlung entstehen.

Die lebhaften Farben in Jupiters Wolken sind vermutlich die Folge chemischer Reaktionen durch Spurenelemente in der Atmosphäre, vermutlich durch Schwefel verursacht. Die Details sind jedoch unbekannt. Die Höhe der Schichten hängt ebenfalls mit der Färbung zusammen. Die untersten Blau, gefolgt von Braun und weiß und als Obsterstes Rot. Manchmal sehen wir untere Schichten durch Löcher in den darüber liegenden Schichten.
Der große rote Fleck wurde schon von frühen Beobachtern vor über 300 Jahren beobachtet (durch Cassini oder Robert Hooke im 17. Jahrhundert). Der Große Rote Fleck ist ein Oval mit 12.000-25.000 km Durchmesser, groß genug um der Erde zweimal Platz zu bieten. Andere kleinere aber ähnliche Flecken sind seit Jahrzehnten bekannt. Infrarot-Beobachtungen und die Richtung ihrer Rotation zeigen an dass die Flecken Hochdruckgebiete sind, deren Wolken wesentlich höher und kälter als die umgebende Regionen sind. Ähnliche Strukturen wurde auch auf Saturn und Neptun gefunden. Wie solche Strukturen über so lange Zeiträume Bestand haben können ist jedoch noch nicht bekannt.

Jupiter strahlt mehr Energie ins All, als er von der Sonne empfängt. Sein Innerstes ist heiß, wahrscheinlich um 20.000 K. Die Hitze wird durch den Kelvin-Helmholtz-Mechanismus pruduziert, der langsamen gravitationsbedingten Kompression des Planeten. Jupiter bezieht keine Energie durch Kernfusion, wie die Sonne, denn er ist bei weitem zu klein und zu kalt um eine Kernschmelze zu starken. Die Hitze im Inneren produziert vermutlich Konvektionsströmungen tief in Jupiters flüssigen Schichten und ist vermutlich für die komplexen Bewegungen der Wolken verantwortlich. Saturn und Neptun sind hier sehr ähnlich, Uranus ungewöhnlicherweise jedoch nicht.
Jupiter ist etwas so groß im Durchmesser, wie ein Gasplanet werden kann. Würde man mehr Material hinzufügen, würde er durch die Gravitation wiederum komprimiert werden. Ein Stern kann nur deswegen größer sein, weil seine nukleare Hitze im Innern der Schwerkraft entgegenwirkt, die ihn zusammenzieht. Um ein Stern zu sein, müsste Jupiter 80 mal mehr Masse besitzen.

Das Magnetfeld von Jupiter ist gewaltig, sehr viel stärker als das der Erde.
Seine Magnetosphäre reicht mehr als 650 Millionen km weit ins Weltall, noch bis jenseits des Orbits von Saturn. In Richtung Sonne reicht das Magnetfeld jedoch nur wenige Millionen Kilometer. Jupiters Monde liegen alle innerhalb des Magnetfeldes, ein Fakt, welcher die hohe vulkanische Aktivität von Io erklären kann. Die Umgebung des Jupiters ist, durch die gefangen hochenergetischen Partikel im Magnetfeld, hochradioaktiv, ein Umstand der den Erbauern von Raumsonden einiges an Kopfschmerzen bereitet. Die Strahlung ist ähnlich stark wie die des Van Allen-Gürtels der Erde. Einen ungeschützten Menschen würde es auf der Stelle töten!
Galileos Atmosphärensonde entdeckte einen neuen intensiven Strahlungsgürtel zwischen Jupiters Ring und der obersten Wolkenschicht. Dieser Gürtel ist zehnmal stärker als der Van Allen-Gürtel. Überraschenderweise wurden in diesen Gürtel hochenergetische Helium-Ionen gefunden, deren Herkunft bislang unbekannt ist.
Jupiter hat Ringe wie der Saturn, aber sie sind wesentlich schwächer und kleiner. Sie waren völlig unerwartet und wurden von Voyager 1-Wissenschaftler durch puren Zufall gefunden.

Anders als Saturns Ringe sind die Ringe Jupiters dunkel mit einer Albedo von nur 0,05. Sie bestehen vermutlich aus sehr kleinen Felsbrocken. Anders als die Saturnringe scheinen sie kein Eis zu enthalten.
Die Partikel in Jupiters Ringen bleiben sind vermutlich nicht für lange stabil in der Position, denn das Magnetfeld des Jupiters verteilt die Partikel ständig um. Die Ringe werden gespeist durch Einschläge der vier inneren Monde, welche durch das immense Magnetfeld Jupiters sehr energiereich sind. Der innere Ring ist sehr viel breiter als die anderen, bedingt durch die Interaktion mit Jupiters Magnetfeld.

Im Juli 1994 kollidierte der Komet Shoemaker-Levy 9 mit Jupiter in spektakulärer Weise. Die Einschläge waren sehr gut sichtbar, selbst mit Amateur-Teleskopen. Die Folgen der Kollision waren noch ein Jahr später vom Hubble-Weltraum-Teleskop zu sehen.
Während der Nacht, wenn die Venus nicht sichtbar ist, ist Jupiter häufig der hellste „Stern“ am Himmel. Die vier Galileischen Monde sind mit einem einfachen Fernglas schon zu erkennen; die Bänder und der große rote Fleck sind mit einem kleine Teleskop gut auszumachen.

Die wichtigsten Monde des Jupiters:

           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
Ganymed        1070    2631  1,48·1023  Galileo      1610
Kallisto       1883    2400  1,08·1023  Galileo      1610
S/1999 J 1     7400       ?             Spacewatch   1999
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
S/1999 J 1    24200       6             Spacewatch   1999

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