Der Jupiter

Der Gasriese Jupiter ist nach der Sonne der größte und massereichste Körper des Sonnensystems.

Ein Beitrag von Michael Stein

Einleitung

Der Gasriese Jupiter ist nach der Sonne der größte und massereichste Körper des Sonnensystems. Benannt nach dem höchsten römischen Gott verfügt er über mehr als die doppelte Masse aller anderen Planeten des Sonnensystems zusammengenommen. Jupiter ist mit bloßem Auge gut sichtbar und nach der Venus der zweithellste Planet am Sternenhimmel. Schon kurz nach der Entwicklung des Fernrohrs entdeckte Galilei Galileo am 7. Januar 1610 die vier größten Jupitermonde, die er allerdings zunächst für Sterne hielt. Diese später Io, Europa, Ganymed und Kallisto genannten Monde werden heute nach seinem Entdecker unter der Bezeichnung Galileische Monde zusammengefasst. Erst durch die amerikanische Raumsonde Voyager 1 hingegen wurde im Jahr 1979 entdeckt, dass Jupiter über einen Ring verfügt, wenngleich er in seiner Ausdehnung und Schönheit nicht annähernd mit dem Ringsystem von Saturn vergleichbar ist.

Mit seinen 63 bisher entdeckten Satelliten – von denen die meisten allerdings eher größere Gesteinsbrocken denn unserem Mond ähnliche Himmelskörper sind – bildet er ein eigenes Miniatur-“Sonnen”-System innerhalb des Sonnensystems. Diese Analogie ist so abwegig nicht, denn Jupiter kann man aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung als eine “zu klein geratene Sonne” ansehen: Wäre der Planet zwischen 50- und 100-mal massereicher, dann hätten in seinem Inneren die Prozesse ablaufen können, die zur Sternenentstehung führen, und die Erde wäre Bestandteil eines Doppelsternsystems. Doch nicht nur die Vielzahl seiner Monde ist einzigartig: Ganymed ist der größte Mond und Io der einzige bisher bekannte vulkanisch aktive Mond in unserem Sonnensystem (gleichzeitig ist er außer der Erde bisher auch der einzige Himmelskörper überhaupt, von dem vulkanische Aktivitäten bekannt sind).

Lage und Einordnung

Jupiter ist von der Sonne aus gesehen der fünfte Planet unseres Sonnensystems und gleichzeitig der ihr nächstgelegene der so genannten Äußeren Planeten, wobei der Asteroidengürtel die Trennlinie zu den vier so genannten Inneren Planeten unseres Sonnensystems (zu denen auch die Erde zählt) darstellt. Er ist der innerste, größte und dynamischste der vier “Gasriesen” unseres Sonnensystems, zu denen weiterhin Saturn, Uranus und Neptun zählen.

Der Planet verfügt über ein außerordentlich starkes Magnetfeld, das in seinen entferntesten – sonnenabgewandten – Ausläufern bis zur Saturn-Bahn reicht. Die sich entlang der Feldlinien dieses Magnetfeldes bewegenden hochenergetischen Elektronen stellen in einem Umkreis von etwa 300.000 km um Jupiter herum eine große Gefahr für die Elektronik von Raumsonden dar; für Menschen wäre die Strahlung in dieser Region bereits nach kurzer Einwirkungsdauer tödlich. Jupiter ist eine starke Radioquelle und emittiert mehr Energie in den Weltraum als er von der Sonne erhält.

Der Jupiter-Ring ist wie bereits erwähnt aufgrund seiner geringen Dichte und Ausdehnung sowie seines geringen Albedos von nur 0,05 (d.h. er reflektiert nur 5 Prozent des auf ihn treffenden Lichtes) nur sehr unscheinbar. Er ist dreigeteilt und beginnt kurz über den obersten Wolkenschichten des Planeten. Wahrscheinlich wird er zu einem wesentlichen Teil von Staubpartikeln gespeist, die durch Mikrometeroiteneinschläge auf den kleinen Monden Adrastea, Amalthea, Metis und Thebe – deren Bahnen sich innerhalb des Jupiter-Rings bewegen – in den Raum geschleudert werden.

Aufbau und Atmosphäre

Die Bezeichnung “Gasriese” deutet schon an, dass Jupiter zu großen Teilen gasförmig ist. Er besteht größtenteils aus Wasserstoff und Helium, was auch seine geringe Dichte (die nur knapp über der des Wassers liegt) erklärt. Ob der Kern des Planeten fest oder aufgrund der extremen Druck- und Temperaturverhältnisse in seinem Zentrum eher flüssig ist, konnte bisher noch nicht geklärt werden. Vermutlich schließt sich an den Kern eine Schicht aus flüssig-metallischem Wasserstoff an. Bei dieser exotischen Substanz handelt es sich um eine Atmosphärenschicht, die unter dem Druck der über ihr lagernden Schichten diese eigentümliche Konsistenz angenommen hat. Diese Schicht ist aufgrund der in ihr induzierten elektrischen Ströme wahrscheinlich auch zu einem großen Teil für die enormen Magnetfelder und die Radiostrahlung des Planeten verantwortlich.
Auf diese Zone flüssig-metallischen Wasserstoffs folgt dann die eigentliche Jupiteratmosphäre, die wahrscheinlich in drei verschiedene Schichten unterteilt werden kann: zuerst eine aus Wassereis und möglicherweise flüssigem Wasser bestehende Wolkenschicht, darüber eine Schicht aus Ammoniak-Wasserstoffsulfidkristallen und zuoberst Wolken aus Ammoniakeis. Die sichtbaren Bänder in den oberen Wolkenschichten sind dunkle Zonen und helle Gebiete, die durch die starken Ostwinde mit Windgeschwindigkeiten von über 700 km/h in der Atmosphäre erzeugt werden. Auffällig sind immer wieder auftauchende und jahrelang existierende Sturmgebiete, die sich mit der übrigen Atmosphäre um den Planeten bewegen. Das bekannteste derartige Sturmgebiet ist sicherlich der “Große Rote Fleck” in der südlichen Jupiterhemisphäre, der bereits seit mindestens 100 Jahren besteht.

Die Ursachen für die auf den Bildern der Raumsonden sehr gut zu erkennenden farbigen Strukturen in der Atmosphäre sind noch nicht bekannt. Eventuell handelt es sich dabei um Regionen, in denen wärmere Gase nach oben steigen und dabei verschiedene chemische Elemente wie Kohlenstoffmonoxid, Methan und andere organische Bestandteile transportieren. (Die orange und braune Farbe in den Jupiterwolken könnten ebenfalls der Existenz organischer Elemente wie Sulfat und Phosphor zuzuschreiben sein.)

Missionen

ls erste Raumsonde erreichte Pioneer 10 im Dezember 1973 den Jupiter und flog in einer Entfernung von nur 130.000 km an den obersten Wolkenschichten des Planeten vorbei (Pioneer 10 war ebenfalls die erste Raumsonde, die den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter passierte). Außer verschiedenen Aufnahmen des Planeten und seiner Monde entdeckte Pioneer 10 auch die enorm starke Strahlungszone in Jupiternähe, was bei dem Entwurf späterer Jupitersonden von großer Bedeutung sein sollte. Rund ein Jahr später folgte das Schwesterschiff Pioneer 11 und flog in nur 43.000 km an den obersten Atmosphärenschichten vorbei. Auch diese Sonde fotografierte verschiedene Himmelskörper des Jupitersystems und erforschte die Radiostrahlung des Planeten.

Ende der 1970er Jahre dann, im März 1979, folgte der nächste Vorbeiflug einer amerikanischen Raumsonde. Diesmal war es Voyager 1, die in wenigen Tagen grundlegend neue Erkenntnisse über die Vorgänge in der Jupiteratmosphäre lieferte, faszinierende Aufnahmen der großen Jupitermonde machte und drei neue Monde sowie den Jupiter-Ring entdeckte. Voyager 2 folgte im Juli desselben Jahres und entdeckte beim Vorbeiflug in 722.000 km Entfernung unter anderem auf dem Mond Io die ersten aktiven Vulkane außerhalb der Erde.

Der nächste Besucher beim Jupiter war die Sonnensonde Ulysses. Um die Pole der Sonne überfliegen zu können musste Ulysses zunächst die so genannte Ekliptik – die Bahnebene der Erde – verlassen, was mit Hilfe der Gravitation des Jupiter in einem “Swing-by-Manöver” im Februar 1992 auch erfolgreich durchgeführt wurde. Natürlich wurde dieser Vorbeiflug auch dazu genutzt, um neue Erkenntnisse über das Jupitersystem zu gewinnen. Die Raumsonde untersuchte vor allem die sich durch den Sonnenwind ständig verändernde Magnetosphäre des Planeten.

Mit der Raumsonde Galileo (einem Gemeinschaftsprojekt von ESA und NASA) schwenkte dann im Dezember 1995 erstmals ein Raumfahrzeug in einen Orbit um den Jupiter ein. Bereits einige Monate vor der Ankunft hatte sich eine mitgeführte kleine Sonde von Galileo gelöst, die dann ebenfalls im Dezember beim Planeten eintraf und an einem Fallschirm hängend in die Jupiteratmosphäre hinabschwebte. Etwa 200 Kilometer tief drang die Sonde in knapp einer Stunde in die Atmosphäre ein, bevor der Funkkontakt abriss. In dieser Zeit sendete sie eine Vielzahl von Messdaten wie beispielsweise Temperatur, Druck, chemische Zusammensetzung, Sonneneinstrahlung und Windgeschwindigkeiten.

Zunächst nur auf zwei Jahre ausgelegt sendet Galileo immer noch Bilder und Messdaten zur Erde, wenngleich die Sonde durch die enorme Strahlenbelastung in Jupiternähe schon mehrere Male kurzzeitig ganz bzw. teilweise ausgefallen ist. Bei mehreren Vorbeiflügen an verschiedenen Jupitermonden in teilweise nur einigen hundert Kilometern Entfernung konnte Galileo unzählige faszinierende Aufnahmen machen. Die Raumsonde entdeckte unter anderem, dass Ganymed – der größte Mond des Sonnensystems (größer als der Planet Merkur!) – ein eigenes Magnetfeld besitzt und sich unter der gefrorenen Oberfläche des Mondes Europa wahrscheinlich ein flüssiger Salzwasser-Ozean befindet. Am 21. September 2003 wurde die Mission durch den gezielten Eintritt von Galileo in die Jupiteratmosphäre beendet. Dieses spektakuläre Ende wurde gewählt, da man auf jeden Fall einen Sturz der Sonde auf Europa vermeiden wollte, nehmen doch verschiedene Wissenschaftler an, dass sich in dem Ozean unter der Eisschicht eventuell primitive Lebensformen gebildet haben könnten.

Ähnlich wie Ulysses nutzte am Ende des Jahres 2000 auch die amerikanisch-europäische Saturnsonde Cassini-Huygens die Schwerkraft für ein “Swing-by-Manöver” aus, das den Kurs des Raumfahrzeugs Richtung Saturn lenkte und sie erheblich beschleunigte. Diese bisher leistungsfähigste (und teuerste) Raumsonde aller Zeiten konnte mit zehn ihrer insgesamt zwölf Messinstrumente eine Vielzahl von Daten erfassen und zur Erde übermittelt. Vor allem die mit der Galileo-Sonde abgestimmten gleichzeitigen Messungen des Magnetfeldes von Jupiter haben neue Erkenntnisse hervorgebracht. Cassini-Huygens erreichte das Saturnsystem Mitte 2004.

Fakten

Daten im Überblick
Äquatordurchmesser:	142.984 km
Masse:	1,90 × 1027 kg
Mittlere Dichte:	1,33 g/cm3 (Wasser = 1 g/cm3)
Oberflächentemperatur:	ca. -140° (bei 1 Bar Atmosphärendruck)
Rotationsdauer:	10,2 Stunden
Bahndaten
Mittlere Entfernung zur Sonne:	778,41 Mio. km (= 5,2 AU)
Umlaufdauer um die Sonne:	11,86 Jahre
Bahnneigung ggü. Ekliptik:	1,31°
Bahnekzentrik:	0,0484
Monde
Anzahl der Monde:	63 >> Die Jupitermonde