Text: Franz Bolduan, Jürgen Volpp, Starkenburg-Sternwarte e.V.
Geschichte
Jupiter ist nach Mond und Venus das dritt- bis vierthellste Objekt am Nachthimmel. (Abhängig von der Bahnkonstellation ist bisweilen auch Mars heller.) In Babylonien galt er wegen seines goldgelben Lichts als Königsstern. Jupiter ist nach dem römischen König der Götter benannt. 1610 entdeckte Galileo Galilei die vier hellsten Jupitermonde. Dass es Himmelkörper geben sollte, die sich nicht um die Erde drehten, stand im Widerspruch zum offiziellen geozentrischen Weltbild. Der Umbruch zum heliozentrischen Weltbild war eingeläutet.
Abb. 1a: Größenvergleich zwischen Erde (links) und Jupiter (Wikipedia)
Abb. 1b: Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops einer Aurora („Nordlicht“) im UV-Licht
Quelle: hurstplanetarium.org
Orbit und Himmelsmechanik
Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne aus gesehen und gehört zu den vier äußeren Planeten. Er läuft im Abstand von ca. 778 Millionen km (= 5,20 AE*) auf einer annähernd kreisförmigen Bahn um die Sonne. Für einen Umlauf benötigt er 11 Jahre, 315 Tage. Seine Bahnebene liegt fast genau in der Ekliptik, der Winkel zwischen beiden ist nur 1,3 Grad. Die Rotationsachse steht fast senkrecht auf seiner Bahnebene. Sie ist nur um 3,1 Grad geneigt. (Bei der Erde sind es 23 Grad). Auf dem Jupiter gibt es keine Jahreszeiten.
Jupiter weist im Sonnensystem die höchste Rotationsgeschwindigkeit aller Planeten auf. Eine Rotationsperiode beträgt knapp zehn Stunden, was aufgrund der Fliehkräfte zu einer Abflachung des Jupiter an den Polen führt. Außerdem rotiert Jupiter als Gasplanet nicht wie ein starrer Körper. Seine (visuell beobachtbare) Oberfläche befindet sich in differentieller Rotation (siehe auch Saturn).
(*)1 AE= Astronomische Einheit = mittlere Entfernung Erde-Sonne= 149,6 Mio. km)
Einfluss im Sonnensystem
Jupiter hat eine wichtige Funktion im Sonnensystem. Da er fast 2,5-mal so schwer ist wie alle anderen Planeten zusammen, bildet er eine wesentliche Komponente des Massengleichgewichtes im Sonnensystem. Jupiter und Saturn vereinen über 90 Prozent der Masse aller Planeten auf sich. Der dominierende Gasriese stabilisiert durch seine Masse den Asteroidengürtel. Ohne Jupiter würde statistisch gesehen alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem Asteroidengürtel die Erde treffen und Leben dadurch vermutlich unmöglich machen. Auch übt seine starke Gravitation eine Art Schutzschirmfunktion für die inneren Planeten aus. Die Bahnen von Kometen, die aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems kommen, werden so verändert, dass diese Kometen entweder in die Sonne oder in den Jupiter stürzen.
Ein Beispiel ist das Schicksal des Kometen D/1993 F2 (Shoemaker-Levy). In den 1960er Jahren zwang die Gravitation des Jupiter den Kometen auf eine stark elliptische Bahn. Als er dann 1992 dem Jupiter zu nahe kam, wurde er von dessen Gravitationskräften zerrissen. Zwei Jahre später stürzten die 21 Fragmente in den Gasplaneten. Die Raumsonde Galileo hatte zu der Zeit eine sehr gute Beobachtungsposition und konnte so das Ereignis fotografisch festhalten.
Abb. 2: Die Einschläge der Kometenfragmente in der Atmosphäre waren noch lange Zeit sichtbar
Ein weiteres Beispiel für Jupiters Einfluss auf Kometen ist der langperiodische Komet C/1995 O1 (Hale-Bopp). Er war 1997 für Jahrzehnte der hellste. Jupiters Gravitation verkürzte 1996 seine Umlaufperiode von 4200 Jahren auf 2380 Jahre!
Größe und Aufbau
Jupiter ist ein Gasplanet und der größte und massereichste Planet im Sonnensystem. Die „Gasriesen“ bilden im Sonnensystem die Gruppe der äußeren Planeten. Jupiter hat 2,47-mal so viel Masse wie alle anderen Planeten zusammen, das entspricht 318 Erdmassen. Sein Äquatordurchmesser beträgt rund 143.000 Kilometer. Seine Dichte, 1,326 g/cm³, ist wesentlich geringer als die der Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars.
Das Innere des Planeten besteht vermutlich aus drei Regionen. Die innerste ist ein felsiger Kern aus verschiedenen Elementen mit einer Masse zwischen dem 12- und 45-fachen der gesamten Erde.
Seine Masse reicht nicht aus, um im Innern die Wasserstofffusion zu zünden und ihn zu einem Stern aufzuheizen. Der Kern ist von dem zweiten Bereich umgeben, aus elektrisch leitendem, flüssigem Wasserstoff. Aufgrund dieser Schicht, die den größten Teil der Masse des Planeten ausmacht, hat Jupiter ein starkes Magnetfeld. Die dritte Region besteht aus gewöhnlichem Wasserstoff mit Spuren von Helium, der in die Atmosphäre des Planeten übergeht.
Oberfläche & Atmosphäre
Jupiter hat wie alle Gasplaneten keine feste Oberfläche und keine klar begrenzte Atmosphäre. Bei Gasplaneten definiert man üblicherweise den Bereich mit 1 bar Druck als Oberfläche. Die Temperatur liegt dort bei -108°C. Hauptbestandteile der oberen Schichten sind Wasserstoff (89 %) und Helium (10 %) sowie Methan (0,3%) und geringe Mengen Ammoniak. Des Weiteren wurden Spuren von chemischen Verbindungen der Elemente Sauerstoff, Kohlenstoff und Schwefel gefunden.
Die Wolkendecke ist etwa 50 km dick. Die Schichten der Atmosphäre, die für erdgestützte Teleskope sichtbar sind, sind in hellere und dunklere horizontale Bänder unterteilt. Wissenschaftler glauben, dass dies Schichten von hohem und niedrigem Druck sind. Infolgedessen entwickeln sich häufig Stürme an den Grenzen zwischen zwei benachbarten Bändern. Der Große Rote Fleck, der auf der südlichen Hemisphäre des Jupiter sichtbar ist, ist der größte Wirbelsturm im Sonnensystem. Er existiert seit mindestens 200 Jahren und hat einen Durchmesser von 25.000 km – Platz für zwei Erden!
Abb. 3: Zonen, Gürtel und Wirbelstürme in Jupiters Atmosphäre (in Zylinderprojektion) (Wikipedia)
Magnetfeld
Jupiters Magnetfeld ist das größte aller Planeten im Sonnensystem. Es ist 10-20 mal stärker als das der Erde. Der Grund ist wohl das Zusammenspiel der schnellen Rotation und des metallischen Wasserstoffs in großen Tiefen bei hohem Druck. Die Achse der Magnetpole ist um 10 Grad gegen die Rotationsachse gekippt. Polarlichter auf den Nord- und Südpolen sind ständig im UV-Licht zu sehen (Abb.1b). Seine Magnetosphäre ist ähnlich asymmetrisch wie die der Erde: vom Sonnenwind auf der sonnenzugewandten Seite gestaucht mit einem 700 Mio. Kilometer langen Schweif auf der abgewandten Seite. Ringe und Scheiben aus eingefangenen, geladenen Teilchen umgeben Jupiter, ähnlich dem van-Allen-Gürtel der Erde. Die hohe Strahlenbelastung ist eine technische Herausforderung für Raumsonden zum Jupiter.
Die Orbits der Monde Io und Europa liegen im Magnetfeld und stören es ständig. Fluktuationen des Magnetfelds erzeugen die sogenannten Jupiter-Bursts im Kurz- und Dezimeterwellenbereich.
Ringe und Monde
Jupiter ist von einem schwachen Ringsystem umgeben, das erst 1979 von der Voyager 1 Sonde im Gegenlicht fotografiert werden konnte. Die Staubteilchen sind nahezu schwarz und haben die Größe von Zigarettenrauchpartikeln. Sie stammen von den kleinen felsigen Jupitermonden, die ständig von Meteoriten getroffen werden. Der innerste Ring beginnt etwa 92.000 km über Jupiters Wolken, die Grenze des äußersten ist bis 225.000 km vom Planeten entfernt.
Bis 2018 waren 79 Monde des Jupiter bekannt. Berühmt sind die vier größten 1610 von Galileo Galilei entdeckten, die sogenannten Galileischen Monde Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Die Entdeckung hat letztlich zum Sturz des geozentrischen Weltbildes geführt.
Ganymed ist mit 5262 km Durchmesser der größte Mond im Sonnensystem, es folgen der Größe nach Kallisto (4821 km), Io (3643 km) und Europa (3122 km). Alle vier bestehen aus einem Eisenkern mit Gesteinsmantel, dessen Oberfläche von einer 10-20 km dicken Eiskruste bedeckt ist. Vulkanische Aktivitäten lassen sich durch Gezeitenkräfte erklären, die beim Umlauf das Innere „durchkneten“ und erhitzen. Zumindest auf Kallisto und Europa vermutet man Ozeane unter der Eiskruste.
Deswegen ist vor allem der Mond Europa ein Ziel geplanter Forschungssonden, die nach extraterrestrischem Leben suchen sollen.
Abb. 4: Die vier Galileischen Monde maßstabsgetreu in Fotomontage vor dem Großen Roten Fleck (von oben: Io, Europa, Ganymed und Kallisto). (Wikipedia)
Erforschung durch Raumsonden
Acht Sonden haben Jupiter bisher besucht. Die meisten waren Vorbeiflüge: Pioneer 10 und 11, Voyager 1 und 2, Ulysses, Cassini – Huygens und New Horizons. Galileo war von 1995 bis 2003 im Orbit um Jupiter. Sie ließ 1995 eine Atmosphärensonde in die Jupiteratmosphäre eintauchen. Die NASA-Sonde Juno (JUpiter Near-polar Orbiter) befindet sich seit 2016 im Orbit um den Jupiter.
Für 2022 ist der Start der ESA-Sonde JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer) geplant. Sie soll aus dem Orbit um Ganymed Erkenntnisse über ihn und seine Nachbarmonde Europa und Kallisto sammeln.
Quellen und weiterführende Informationen
https://de.wikipedia.org/wiki/Jupiter_(Planet)
https://hurstplanetarium.org/planeten/jupiter/
