Jupiter

 

Jupiter ist, von der Sonne aus gesehen, der fünfte Planet des Sonnensystems. Er ist der größte aller 8 Planeten und damit auch der vier großen, vorwiegend aus Gas bestehenden Planeten, die nach ihm „jupiterähnlich“ bezeichnet werden. Der Jupiter war schon in der Antike bekannt – nicht zuletzt deshalb, weil er einer der hellsten Himmelskörper überhaupt ist. Unter den Planeten ist nur die Venus noch heller, die jedoch nur kurz vor Sonnenaufgang bzw. nach Sonnenuntergang zu sehen ist.

Benannt wurde der Planet nach dem mächtigsten Gott der römischen Mythologie, nämlich Jupiter, der dem griechischen Zeus entspricht

Geschichtliches:

 Mit Hilfe seines Fernrohres beobachtete Galileo Galilei 1610 als Erster den Planeten Dabei entdeckte er auch die vier größten Jupitermonde – Io, Europa, Ganymed und Kallisto, die heute als Galileische Monde bekannt sind, während Galilei selbst sie zu Ehren seinen Mäzene, die Mediceische Monde genannt hatte. Die ersten Details der Oberfläche des Planeten, insbesondere die großen Zonen und Bänder, wurden 1630 von Zucci entdeckt. Nur ein Jahr später entdeckte Giovani Cassini den Großen Roten Fleck, eine besonders auffällige Erscheinung südlich des Jupiter-Äquators. Anhand dieses Details konnte Cassini die Dauer einer Rotation mit 9 Stunden 56 Minuten beziffern. Auf Grund seiner Beobachtung der Strukturen am Äquator stellte er fest, dass die Rotationsperiode dort nur 9 Stunden 51 Minuten ausmachte. Diese Unterschiede legten die Annahme nahe, dass Jupiter über keine feste Oberfläche verfügt. Cassini erfasste auch die Abplattung an den Polen, für die sich ein Wert von 1/15 des Planetendurchmessers ergab. Im Laufe des 19. Jahrhunderts wurden verschiedene Meinungen über den Aufbau des Planeten geäußert. Während man zu Beginn noch glaubte, dass Jupiter ähnlich wie die Erde aufgebaut sei, setzte sich gegen Ende des Jahrhunderts zunehmend die Ansicht durch, dass die atmosphärischen Strömungserscheinungen auf eine Wärmequelle im Inneren des Planeten hindeuteten. Damals entdeckte man u.a. auch, dass über der Wolkenschicht Methan und Ammoniak.


Differenzielle Rotation

Von allen Planeten des Sonnensystems hat Jupiter die kürzeste Rotationsperiode. Wie alle großen, aus verschiedenen Gasen bestehenden Planeten besitzt auch Jupiter eine differenzielle Rotation, d.h. die Drehung vollzieht sich in verschiedenen Breiten unterschiedlich schnell.


Im Gegensatz zur Sonne schwankt die Rotationsperiode von Periode nur minimal; die Periode an den Polen 9 Stunden 55 Minute, während sie am Äquator 9 Stunden 50 Minuten ausmacht. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit hat zu einer starken Abplattung der Pole geführt.


Aufbau des Planeten:

Jupiter verfügt über einen festen Kern aus Eisen und Silizium-Verbindungen, der ca. 4% des Gesamtmasse des Planeten ausmacht. Der Kern wird aus einer 40.000 km dicken Schicht aus metallischem Wasserstoff umhüllt. In diesem Bereich herrscht ein extrem hoher Druck von ca. 3 Mio bar, wodurch der Wasserstoff in einzelne Atome zerfällt und metallartige Eigenschaften annimmt. Daran anschließend folgt eine Schicht aus flüssigem Wasserstoff, über der schließlich die Atmosphäre liegt, die vorwiegend aus Wasserstoff und Helium besteht, in der aber auch andere Bestandteile vorkommen.

Durch Messungen, die von der Erde aus, aber auch von Raumsonden angestellt wurden, hat sich gezeigt, dass Jupiter fast doppelt so viel Energie abstrahlt wie er von der Sonne erhält., was größtenteils in Form von Infrarotstrahlung geschieht. Daraus lässt sich schließen, dass der Planet über eine innere Wärmequelle verfügt. Es kann sich dabei um Überreste der Energie, wie sie einst bei der Entstehung des Planeten freigesetzt wurde, damals wurde gravitative Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Auch heute noch dürften im Inneren von Jupiter Temperaturen von ca. 30.000 ° C herrschen. Die innere Wärme des Planeten, der immer noch in Abkühlung begriffen ist, wird durch Konvektion nach außen transportiert.

Atmosphäre

Jupiter hat keine klar begrenzte Atmosphäre. Fast der ganze Planet besteht aus Gasen, und die Gashülle geht ohne Phasenübergang mit zunehmender Tiefe in einen flüssigen Zustand über, da sich der Druck über den kritischen Punkt der Atmosphärengase erhöht.

Die Atmosphäre mit ihren Wolken und Flecken ist das Einzige, was wir von dem Planeten sehen können. Die Wolken sind parallel zum Äquator angeordnet und können hell und dunkel sein, je nachdem ob es sich um warme aufsteigende oder kalte absteigende Wolken handelt. In der Atmosphäre sind neben Wasserstoff und Helium noch Gase wie Methan, Ammoniak, Acetylen zu finden. Des Weiteren wurden Spuren von chemischen Verbindungen der Elemente Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel und vielen anderen Elementen gefunden, aber auch von Edelgasen wie z. B. vom Gas Neon. Der Außenbereich beinhaltet daher Spuren von z. B. Wasser, Schwefelwasserstoff sowie weiteren Oxiden und Sulfiden. Die äußersten Schichten beinhalten zudem Kristalle aus gefrorenem Ammoniak, welches in tiefer liegenden Schichten mit Schwefelwasserstoff auch zu Rauchwolken aus Ammoniumsulfid reagieren kann. Noch tiefer liegende, wärmere Schichten enthalten vermutlich auch Spuren von organischen Verbindungen.

Die Wolken treten in verschiedener Höhe in unterschiedlichen Farben auf. So sind die höchsten rot gefärbt, während die darunter liegenden Wolken weiß, dann braun und schließlich ganz unten bläulich erscheinen.

Der Wind weht auf dem Jupiter entlang der Bänder und Zonen jeweils in entgegengesetzter Richtung, wobei die Windgeschwindigkeiten deutlich höher sind als auf der Erde. Bei den Flecken der Jupiteratmosphäre handelt es sich um Wirbel handeln, die bis zu mehreren Jahren bestehen bleiben können.

Außer den hellen und dunklen äquatorparallelen Wolkenbändern fällt an Jupiter vor allem der Große Rote Fleck auf (GRF, oder englisch GRS für Great Red Spot). Der Große Rote Fleck ist ein riesiger ovaler Antizyklon, der in seiner Länge in Richtung der Rotation zwei Erddurchmesser groß ist. Er ist mit keiner festen Oberfläche verbunden, liegt aber sehr stabil zwischen zwei Wolkenbändern um etwa 22° südlicher Breite.

Erstmals wurde der Große Rote Fleck 1664 von dem englischen Naturforscher Robert Hooke beschrieben. Seitdem unterlag er nur leichten Veränderungen. Zum Vergleich: Auf der Erde lösen sich Windwirbel in der Atmosphäre üblicherweise innerhalb einiger Wochen wieder auf. 2006 und 2008 haben sich aus bekannten weißlichen ovalförmigen  Sturmgebieten zwei weitere „Rote Flecke“ gebildet, in deren Inneren Windgeschwindigkeiten bis zu 600 km/h herrschen können.

Magnetfeld:


Jupiter besitzt ein Magnetfeld, das etwa 12-mal so stark ist wie das der Erde, wobei die Achse des Feldes ca. 11° C gegen die Rotationsachse geneigt ist.
Hervorgerufen wird das Magnetfeld durch die Schicht aus metallischem Wasserstoff im Inneren des Planeten. Die Merkmale des Magnetfelds sind zwar im Allgemeinen ähnlich wie auf der Erde, nur sind die beiden Pole gegenüber dem irdischen Magnetfeld umgekehrt. Deshalb würde eine Kompassnadel auf dem Jupiter nicht nach Norden, sondern nach Süden zeigen.
Die Magnetosphäre des Planeten lässt sich in drei Bereiche einteilen – den inneren, der in etwa der irdischen Magnetosphäre entspricht, den mittleren Bereich, der eine Plasmaschicht enthält und den äußeren Bereich, der sich über maximal 100 Jupiterradien ausdehnen kann.

Jupiterringe:


Jupiter wird auf Äquatorhöhe von einem Ringsystem umgeben, das im Gegensatz zu den Saturnringen relativ dunkel, schmal und dünn besetzt ist. Das Ringsystem, das erstmals von den Voyager-Sonde entdeckt wurde, besteht aus einem Hauptring und zwei schwächeren Ringen. Die Dicke des Hauptrings ist geringer als 30 km.

Jupitersonden / Missionen


Zu diesem Planeten wurden bisher 6 Sonden geschickt: Pioneer 10 und 11, Voyager 1 und 2, Ulysses und Galileo sowie zwei weitere Sonden (Cassini und New Horizons) haben während ihres eigentlichen Auftrages des Jupiter passiert.

 
Die beiden Pioneer-Sonden wurden 1972 bzw. 1973 gestartet. Dabei flog Pioneer 11 1979 auch am Saturn vorbei. Mit den Pioneer-Missionen gelang es erstmals, die großen Planeten aus nächster Nähe zu beobachten. Auf diesen beiden Sonden wurden Plaketten mit Bildern und Symbolen angebracht, die eventuellen außerirdischen Lebewesen Informationen über den Menschen liefern sollten.

Die Voyager-Missionen verfolgten ein noch ehrgeizigeres Ziel als ihre Vorgänger. Man nützte einen günstigen Planetenstand, wie er sich nur alle 200 Jahre ereignet, um in einer einzigen Mission Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu erreichen. Voyager 1 erreichte im März 1979 die größte Annäherung an Jupiter und schickte eine Fülle von Daten und Bildern zur Erde, die in jahrelanger Arbeit ausgewertet wurden. Voyager 2 flog in größerer Entfernung an Jupiter vorbei, gelangte dafür aber in die Nähe der vier großen Jupitermonde, von denen die Sonde spektakuläre Bilder aufnahm. Danach flog sie zum Neptun weiter.


Das Hauptziel von Ulysses war nicht Jupiter, sondern die äußeren Bereiche des Sonnensystems, wobei die Sonde sich die Gravitationskraft von Jupiter zu Nutze machte, um Schwung zu holen und die Ekliptik zu verlassen. Diese Sonde hatte keine Fotokamera an Bord, sondern war vor allem für die Untersuchung des Jupitermagnetfeldes ausgerüstet. Dabei wurde auch der so genannte Io-Torus untersucht, ein Ring aus elektrisch geladenen Schwefel- und Sauerstoffteilchen, der den Planeten in derselben Entfernung wie der Mond Io umkreist. Es handelt sich dabei um eine Störung in der Jupiter-Magnetosphäre, die von Io verursacht wird. Die Schwefel- und Sauerstoffteilchen stammen von Vulkanausbrüchen auf Io.


Die Sonde Galileo gelangte 1995 zum Jupiter. Eines dieser Ziele war es, eine kleine Sonde in die Atmosphäre zu schicken, während die Hauptsonde in der Umlaufbahn blieb. Im Dezember 1995 tauchte die kleine Sonde schließlich in die Atmosphäre ein, wo sie für 57 Minuten den schwierigen Temperatur- und Druckverhältnissen widerstand und verschiedene Messungen und chemische Analysen vornahm. Dabei stellte sich heraus, dass Temperatur und Dichte weitaus höher sind als ursprünglich angenommen. Es zeigte sich auch, dass in dem dabei untersuchten Abschnitt der Atmosphäre keine Wolken aus Wasserdampf vorhanden waren, wie die Voyager-Sonden dies noch nahe gelegt hatten. Auch der Anteil an Helium, Neon, Sauerstoff und Schwefel stellte sich als weitaus geringer heraus als von den Wissenschaftlern angenommen.


Die Raumsonde Cassini-Huygens, die sich auf dem Weg zum Saturn befand, passierte Ende 2000/Anfang 2001 das Jupiter-System und machte dabei zahlreiche Messungen und Aufnahmen. Zeitgleich operierte Galileo im Jupiter-System, so dass es zum ersten Mal möglich war, den Planeten und seine Magnetosphäre gleichzeitig mit zwei Raumsonden zu untersuchen. Cassini flog am 30. Dezember 2000 in einer Entfernung von etwa 10 Mio. Kilometern am Jupiter vorbei und lieferte unter anderem einige der höchstaufgelösten Globalaufnahmen des Planeten.


Die am 19. Januar 2006 gestartete Raumsonde New Horizons, die zum Pluto unterwegs ist, sammelte bei ihrem Vorbeiflug am Jupiter im Februar und März 2007 Daten über den Riesenplaneten. Die Raumsonde sollte Wolkenbewegungen auf Jupiter beobachten, die Magnetosphäre des Planeten studieren sowie nach Polarlichtern und Blitzen in Jupiters Atmosphäre Ausschau halten. Über die vier großen Galileischen Monde konnten allerdings nur wenige wissenschaftliche Daten gewonnen werden, da die Sonde diese in großer Entfernung passierte. New Horizons erreichte die größte Annäherung an Jupiter am 28. Februar 2007 bei etwa 32 Jupiterradien Entfernung. Dies ist ungefähr ein Drittel des Abstands, in dem Cassini-Huygens den Jupiter passierte.

Quelle der Bilder: Wikipedia

 


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