Jupiter (Planet)

Jupiter, benannt nach dem römischen Gott Jupiter, ist der fünfte und größte Planet unseres Sonnensystems. In der Astronomie verwendet man das Zeichen für Jupiter

Jupiter ist nachts von der Erde aus mit bloßen Auge zu erkennen. An seiner maximalen Helligkeit gemessen ist Jupiter nach Sonne, Mond und Venus das vierthellste Objekt am Himmel. (Bei günstiger Planetenkonstellation kann er sogar heller sein als die Venus). Daher war er bereits in der Antike bekannt. Eine der ersten Personen, die Jupiter mit einem Fernrohr beobachteten, war 1610 Galileo Galilei. Dabei entdeckte er die vier größten Jupitermonde Ganymed, Kallisto, Io und Europa. Diese vier Monde werden auch heute noch als Galilei'sche Monde bezeichnet. Galilei entdeckte dabei die erste Bewegung von Himmelskörpern, die nicht direkt um die Erde zentriert ist. Es war unter anderem diese Entdeckung, die zu seiner Unterstützung des heliozentrischen Weltbildes führte und ihn in Schwierigkeiten mit der Inquisition brachte.

Jupiter zählt zu der äußeren Gruppe der massereichen Gasriesen, die nach ihm als die jupiterähnlichen (iovianischen) Planeten bezeichnet werden. Eine genauere Beschreibung seines Aufbaus findet sich im entsprechenden Abschnitt.

Jupiter ist der massenreichste Planet in unserem Sonnensystem. Mehr noch: Er besitzt 2,5 mal soviel Masse wie alle 8 anderen Planeten zusammen. Seine Masse reicht sogar aus die Sonne ins schlingern zu bringen: Der gemeinsame Schwerpunkt von Jupiter und Sonne liegt etwa 1,068 Sonnenradien außerhalb des Sonnenzentrums (und damit oberhalb der Sonnenoberfläche).

Jupiter ist aber nicht nur der schwerste, sondern mit einem Durchmesser von etwa 143.000 km auch der größte Planet unseres Sonnensystems. Interessanterweise besitzt Jupiter fast die Maximalausdehnung eines "kalten" aus Wasserstoff bestehenden Körpers. Kalt meint in diesem Zusammenhang einen Himmelskörper, der nicht wie ein Stern Wasserstoff zu Helium verbrennt. Körper aus Wasserstoff mit mehr Masse als Jupiter besitzen auf Grund ihrer erhöhten Gravitation ein kleineres Volumen. Solche Objekte nennt man auch braune Zwerge oder im angelsächsischen Sprachraum "failed stars". Der Übergang zwischen braunen Zwergen und Planeten ist fließend. Für einen "echten Stern" hätte Jupiter aber etwa 70 mal schwerer sein müssen.

Trotz seiner enormen Größe ist Jupiter in unserem Sonnensystem der sich am schnellsten drehende Planet. Er vollendet eine Rotationsperiode in weniger als 10 Stunden, was auf Grund der Fliehkräfte eine Abflachung des Jupiters an den Polen und die Entstehung eines "Bauches" am Äquator zur Folge hat. Die Abflachung kann leicht mit einem Amateurteleskop beobachtet werden.

Aufbau

Atmosphäre

Hauptbestandteile der Atmosphäre sind Wasserstoff, Helium und in geringerer Menge Ammoniak und Methan. Desweiteren wurden Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Neon und fast allen anderen Elementen gefunden. Die Atmosphäre beinhaltet außerdem Spuren von Ammoniak, Wasser, Schwefelwasserstoff, Oxide und Sulfine. Die äußersten Schichten der Atmosphäre beinhalten Kristalle aus gefrorenem Ammoniak. Insgesamt gleicht Jupiters Zusammensetzung sehr der Gasscheibe, aus der sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren die Sonne entwickelt hat. Ähnlichkeiten im Aufbau zu Saturn lassen sich erkennen, während die beiden anderen Gasriesen Uranus und Neptun aufgrund ihrer geringeren Schwerkraft wesentlich weniger Wasserstoff und Helium besitzen. Diese beiden Elemente sind zu leicht, um von ihnen festgehalten zu werden. Die Atmosphäre geht ohne Phasenübergang mit zunehmender Tiefe in einen flüssigen Zustand über, da sich der Druck über den kritischen Punkts der Atmosphärengase erhöht.

Auffällig sind die hellen und dunklen Bänder und der Große Rote Fleck - ein riesiger Antizyklon, der in seiner Längsrichtung zwei Erddurchmesser groß ist. Er ist sehr stabil und wird bereits seit 300 Jahren mit nur leichten Veränderungen beobachtet. Zum Vergleich: Auf der Erde lösen sich Windwirbel in der Atmosphäre üblicherweise innerhalb einiger Wochen wieder auf. Der Große Rote Fleck ist aufgrund seiner Größe bereits in einem Amateurteleskop sichtbar.

Der Große Rote Fleck umkreist als größter Wirbelsturm des Sonnensystems ständig den Jupiter. Er wurde bereits vor 300 Jahren auf Zeichnungen festgehalten. Damals wurde er durch "primitive" Ferngläser beobachtet.

Jupiter unterliegt nach neuen Forschungsergebnissen einem 70-jährigen Klimazyklus. In diesem Zeitraum kommt es zur Ausbildung etlicher Wirbelstürme - Zyklone und Antizyklone, die nach gewisser Zeit wieder zerfallen. Zudem verursacht das Abflauen der großen Stürme Temperaturunterschiede zwischen Polen und Äquator von bis zu 10 °C, die bisher wegen der ständigen Gasvermischung durch die Stürme verhindert wurden.

Bis zum Jahr 2011 sollten die meisten Wirbelstürme auf Jupiter vorübergehend verschwunden sein. Allerdings dürfte der Große Rote Fleck diese Entwicklung aufgrund seiner großen Energie überleben. Die letzte Klimaveränderung dieser Art auf Jupiter konnte bereits 1939 beobachtet werden.

Gasplaneten wie Jupiter beziehen einen Teil ihrer Energie aus der adiabatischen Kontraktion des Gases. Durch die daraus resultierende Temperaturerhöhung steigt der Druck, bis der Planet sich im Gleichgewicht befindet. Dieser Prozess wird Kelvin-Helmholtz-Mechanismus genannt. Die so entstehende Wärme wird langsam in den Weltraum abgestrahlt. Deshalb schrumpft der Planet beständig. Jupiter bezieht aus dieser Kontraktion eine Energie von etwa 400 Milliarden Watt was in etwa der Energie entspricht, die er durch die absorbierte Sonneneinstrahlung erhält.

Innerer Planetenaufbau

Mit zunehmender Tiefe der Atmosphäre ist der Wasserstoff, aus dem Jupiter zur Hauptsache besteht, aufgrund des hohen Drucks flüssig, aber ohne Phasenübergang, so dass keine definierte Oberfläche existent ist, da der Druck in den Tiefen der Atmosphäre jenseits des kritischen Punkts ansteigt. Unter diesen Bedingungen ist die Unterscheidung zwischen Gas und Flüssigkeit nicht mehr möglich. Ab etwa 25 % des Jupiterradius geht der Wasserstoff bei einem Druck jenseits von 300 Millionen Erdatmosphären in eine metallische Form über. Es wird vermutet, dass Jupiter unterhalb dieser metallischen Wasserstoffschicht einen Gestein-Eis-Kern hat, der aus schweren Elementen besteht.

Ringe

Ringe des Jupiters

Jupiter hat ein sehr schwach ausgeprägtes Ringsystem, das schon seit der Pioneer 11-Mission 1974 vermutet wurde und 1979 von Voyager 1 erstmals fotografiert werden konnte. Als die Sonde am 5. März 1979 in den Jupiterschatten eintauchte waren sie im Gegenlicht zu erkennen.

Lange Zeit blieb die Herkunft der Ringe unbekannt und eine erdgebundene Beobachtung erwies sich als ausserordentlich schwierig, da die Ringe aus Staubkörnchen bestehen, die zum Großteil nicht größer sind als die Rauchpartikel im Rauch einer Zigarette. Hinzu kommt, dass die Staubteilchen nahezu schwarz sind: Sie haben eine Albedo von lediglich 0,05.

Ein weiterer Grund für die geringen Ausmaße der Ringe ist die Tatsache, dass sich die Ringe langsam spiralförmig auf Jupiter zubewegen und schließlich von ihm „aufgesaugt“ werden. Die spiralförmige Rotation hat unterschiedliche Ursachen. Zum einen bewirkt das starke Magnetfeld des Jupiter ein elektrisches Aufladen der Staubteilchen. Diese stoßen mit anderen geladenen Teilchen die Jupiter zum Beispiel aus dem Sonnenwind einfängt zusammen, was schließlich zu einer Abbremsung der Teilchen führt. Ein zweiter Effekt der eine Abbremsung der Staubpartikel bewirkt ist die Absorption und anschliessende Reemission von Licht. Dabei verlieren die Staubpartikel Bahndrehimpuls. Diesen Effekt nennt man Poynting-Robertson-Effekt. Beide Effekte zusammen bewirken, dass der Staub innerhalb eines Zeitraumes von etwa 100.000 Jahren aus den Ringen verschwindet

Datei:PIA00538 Ringe1.jpg

Hauptring fotografiert am 9. November 1996 von Galileo

Der Ursprung der Ringe konnte erst durch die Galileo-Mission geklärt werden. Der feine Staub stammt wahrscheinlich von den kleinen felsigen Monden des Jupiters. Die Monde werden ständig von kleinen Meteoriten bombardiert. Durch die geringe Schwerkraft der Monde wird ein Großteil des Auswurfs in die Jupiterumlaufbahn geschleudert und füllt damit die Ringe ständig wieder auf.

Der Hauptring (Main Ring) zum Beispiel besteht aus dem Staub der Monde Adrastea und Metis. Zwei weitere schwächere Ringe (Gossamer-Ringe) schließen sich nach außen hin an. Das Material für diese Ringe stammt hauptsächlich von Thebe und Amalthea. Außerdem konnte noch ein extrem dünner Ring in einer äußeren Umlaufbahn entdeckt werden. Dieser Ring umkreist Jupiter in gegenläufiger Richtung. Der Ursprung dieses Ringes ist noch nicht geklärt. Es wird jedoch vermutet, dass er sich aus interplanetarem Staub zusammensetzt.

Innerhalb des Hauptringes befindet sich ein Halo aus Staubkörnern. Dieser erstreckt sich in einem Gebiet von 92.000 bis 122.500 km, gemessen vom Zentrum Jupiters. Der Hauptring erstreckt sich von oberhalb der Halogrenze ab 130.000 km bis etwa an die Umlaufbahn von Adrastea. Oberhalb der Umlaufbahn von Metis nimmt die Stärke des Hauptrings merklich ab. Die Dicke des Hauptrings ist geringer als 30 km.

Der von Amalthea gespeiste innere Gossamer-Ring reicht von der äußeren Grenze des Hauptrings bis zu Amaltheas Umlaufbahn bei etwa 181.000 km vom Jupiterzentrum. Der äußere Gossamer-Ring reicht von 181.000 km bis etwa 221.000 km und liegt damit zwischen den Umlaufbahnen von Amalthea und Thebe.

Magnetfeld

Magnetosphäre des Jupiters

Jupiter hat ein sehr ausgeprägtes Magnetfeld. Die Stärke des Feldes beträgt auf Höhe der Wolken etwa 1,2×10^-3 Tesla. Es ist somit fast 10 mal so stark wie das Erdmagnetfeld und enthält etwa die 20.000fache Energie des Erdmagnetfeldes. Der magnetische Nordpol des Jupiters liegt in der Nähe seines geographischen Südpols. Die Achse des Nordpols ist um 11° in Relation zu seiner Rotationsachse geneigt. Die fiktive Achse zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen Südpol geht nicht direkt durch das Zentrum des Planeten, sondern leicht daran vorbei, ähnlich wie es bei der Erde der Fall ist.

Die genaue Entstehung des Magnetfeldes ist bei Jupiter noch ungeklärt, jedoch gilt als gesichert, dass der metallische Wasserstoff sowie die schnelle Rotationsperiode Jupiters eine entscheidende Rolle spielen.

Auf der sonnenzugewandten Seite erstreckt sich das Magnetfeld etwa 6 Millionen km weit in das Weltall, während es auf der der Sonne abgewandten Seite gut 700 Millionen km ins Weltall hinausreicht. Der Grund für diese Asymmetrie ist der Sonnenwind, der eine Stoßfront bildet. Dadurch wird aus Sicht der Sonne das Magnetfeld vor dem Planeten gestaucht und dahinter gedehnt. Die ständige Wechselwirkung mit dem Sonnenwind führt dazu, dass die genauen Ausmaße des Magnetfeldes stark schwanken können, daher sind die hier genannten Werte als ungefähre Richtwerte zu verstehen. Besonders stark können etwaige Fluktuationen auf der sonnenzugewandten Seite sein. Bei schwachem Sonnenwind kann das Magnetfeld dort bis zu 16 Millionen km weit ins All reichen. Die Fluktuationen des Magnetfeldes wurden unter anderem von den beiden Voyager Sonden untersucht.

Den vom Magnetfeld eingenommenen Raum nennt man Magnetosphäre. Die Magnetosphäre Jupiters ist derart groß, dass sie am irdischen Nachthimmel die dreifache Fläche der Sonne oder des Mondes einnähme, sofern sie leuchten würde. Damit ist sie von der Sonne abgesehen der mit Abstand größte Himmelskörper im ganzen Sonnensystem.

Das starke Magnetfeld fängt beständig geladene Teilchen ein, so dass sich Ringe und Scheiben aus geladenen Teilchen um Jupiter bilden. Diese geladenen Teilchen können zum Beispiel aus dem Sonnenwind stammen. Ein vergleichbarer Effekt findet sich auf der Erde in Form des van-Allen-Gürtels. Eine weitere Quelle für geladene Teilchen sind die Monde des Jupiters. So findet man beispielsweise einen Ring aus geladenen Schwefelatomen um Io herum, während sich um Europa herum ein Torus aus Wassermolekülen gebildet hat.

Durch Fluktuationen im Magnetfeld entsteht ständig Strahlung die von Jupiter ausgeht. Diese sogenannte Synchrotronstrahlung kann im Dezimeterwellenbereich gemessen werden und führt auch zur Wasserverdampfung auf Europas Oberfläche. Auch die vulkanische Aktivität auf Io könnte ein Produkt des Jupitermagnetfeldes sein. Man vermutet, dass das Magnetfeld an Io zerrt. Die dadurch entstehende Reibung führt zu einer Erwärmung des Mondes. Dieses Zusammenhang konnte bisher allerdings noch nicht abschließend bewiesen werden.

Das Magnetfeld läßt sich grob in drei Teile einteilen: Der innere Bereich ist ringförmig und erstreckt sich etwa 20 Jupiterradien weit. Innerhalb dieses Teiles lassen sich unterschiedliche Regionen unterscheiden, die durch verschiedene Elektronen- und Protonenkonzentrationen definiert sind. Der mittlere Teil des Magnetfeldes erstreckt sich von 20 Jupterradien bis etwa 50 Jupiterradien. Dieser Teil ist durch schnelle Rotation um Jupiter und damit hohe Fliehkräfte scheibenförmig abgeplattet. Die äußere Region des Magnetfeldes ist vor allem durch die Wechselwirkung des Mangetfeldes mit dem Sonnenwind geprägt und ihre Form damit von abhängig von dessen Stärke

Rotationsverhalten

Jupiter rotiert nicht wie ein starrer Körper. Die Äquatorregionen benötigen für eine Rotation 9h 50m 30,003s und die Polregionen 9h 55m 40,632s. Die Äquatorregionen werden als System I und die Polregionen als System II bezeichnet.

Funktion

Der Jupiter hat eine wichtige Funktion in unserem Sonnensystem. Da er schwerer als alle anderen Planeten zusammen ist, ist er eine wichtige Komponente des Massengleichgewichtes des Sonnensystems. Er stabilisiert durch sein Gewicht den Asteroidengürtel. Ohne den Jupiter würde alle 100.000 Jahre ein Asteroid aus dem Asteroidengürtel die Erde treffen und Leben dadurch unmöglich machen. Die Existenz eines jupiterähnlichen Planeten in einem Sonnensystem ist dadurch Voraussetzung für Leben auf einem dem Stern näheren Planeten.

Monde

Übersicht aller Jupitermonde: Liste der Jupitermonde

Jupiter besitzt 63 bekannte Monde (Stand: Mai 2004). Sie können in mehrere Gruppen unterteilt werden:

Die Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto mit Durchmessern zwischen 3122 km und 5262 km (Erddurchmesser 12.740 km) wurden 1610 unabhängig voneinander durch Galileo Galilei und Simon Marius entdeckt, alle anderen Monde mit Ausnahme der 1892 entdeckten Amalthea erst im 20. oder 21. Jahrhundert. Die Galileischen Monde sind die größten Jupitermonde und haben planetennahe, nur wenig geneigte Bahnen. Dies trifft auch auf Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe zu, die aber mit Größen von 20 km bis 131 km wesentlich kleiner sind. Man vermutet, dass diese inneren acht Monde gleichzeitig mit Jupiter entstanden sind.

Io hat einen Durchmesser von 3160 km und umkreist Jupiter in einem Abstand von 421 600 km. Er besteht aus einem Eisenkern und einem Mantel. Io besitzt eine Atmosphäre, die aus Vulkangasen besteht. Da in seinem Inneren geologische Prozesse ablaufen, befinden sich auf seiner Oberfläche zahlreiche Vulkane.

Europa besitzt einen Eisenkern und einen Steinmantel, über dem ein Ozean liegt. Sein Duchmesser beträgt 3138 km, seine Entfernung zum Jupiter 670.900 km.

Ganymed befindet sich in einer Entfernung von 1.070.000 km. Sein Durchmesser liegt bei 5268 km. Er besteht aus einem Eisenkern, einem Felsmantel und einem Eismantel. Außerdem besitzt er ein eigenes Magnetfeld.

Kallisto hat einen Durchmesser von 4806 km und hat einen Abstand von 1.883.000 km zu Jupiter. Er besteht aus einem Eisen-Stein-Gemisch und einer Eiskruste. Forscher fanden auf ihm Anzeichen für Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen, die zu den Grundvoraussetzungen für Leben gehören.

Die restlichen Monde sind kleine bis kleinste Objekte mit Radien zwischen 1 km und 85 km, die vermutlich von Jupiter eingefangen wurden. Sie tragen teilweise noch Zahlencodes als vorläufige Namen, bis sie von der Internationalen Astronomischen Union IAU endgültig benannt sind.

Sichtbarkeit

Hauptartikel: Jupiterpositionen bis 2021

In der folgenden Tabelle sind die Sichtbarkeiten des Jupiter für die Jahre 2004 bis 2006 angegeben. Neben dem Datum der Opposition ist jeweils auch die scheinbare Helligkeit, der Abstand zur Erde und der Winkeldurchmesser des Jupiter bei der Opposition angegeben.

Stationär, dann rückläufig	Opposition	Oppositionsentfernung	Oppositionshelligkeit	Winkeldurchmesser	Stationär, dann rechtläufig	Konjunktion zur Sonne
4. Januar 2004	4. März 2004	4,42570 AE	-2,5 mag	44,5"	5. Mai 2004	21. September 2004
2. Februar 2005	3. April 2005	4,45664 AE	-2,5 mag	44,19"	5. Juni 2005	23. Oktober 2005
5. März 2006	4. Mai 2006	4,41269 AE	-2,5 mag	44,63"	6. Juli 2006	21. November 2006

Kulturgeschichte

In der Astrologie steht Jupiter unter anderem für Expansion, Glück, Religion und Philosophie. Jupiter wird dem Element Feuer, dem Sternzeichen Schütze und dem 9. Haus zugeordnet.

Weblinks

Vorlage:Commons1

Raumfahrer.net: Planet Jupiter
Bericht zur Entdeckung von Jupitermonden
NASA: Jovian Satellite Fact Sheet (Englisch)
Liste der Jupitermonde (Englisch)
Beschreibung Jupiters

Videos

Real Video (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri):

Was nützt uns Jupiter?

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