Quelle: NASA, JPL, SWRI, 12. Dezember 2024.

12. Dezember 2024 – Wissenschaftler der NASA-Mission Juno am Jupiter haben entdeckt, dass die Vulkane auf dem Jupitermond Io wahrscheinlich jeweils von einer eigenen Kammer mit heißem Magma gespeist werden und nicht von einem Ozean aus Magma. Diese Entdeckung löst ein 44 Jahre altes Rätsel über die unterirdischen Ursprünge der auffälligsten geologischen Merkmale des Mondes.

Ein Artikel über den Ursprung des Vulkanismus auf Io wurde am Donnerstag, dem 12. Dezember, in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, und die Ergebnisse sowie weitere wissenschaftliche Erkenntnisse über Io wurden während einer Pressekonferenz in Washington auf der Jahrestagung der American Geophysical Union, der größten Versammlung von Erd- und Weltraumwissenschaftlern des Landes, diskutiert.

Io ist etwa so groß wie der Erdmond und gilt als der vulkanisch aktivste Körper in unserem Sonnensystem. Der Mond beherbergt schätzungsweise 400 Vulkane, die in scheinbar ununterbrochenen Eruptionen Lava und Rauchfahnen ausstoßen, die zur Bedeckung der Mondoberfläche beitragen.

Obwohl der Mond am 8. Januar 1610 von Galileo Galilei entdeckt wurde, wurde vulkanische Aktivität dort erst 1979 entdeckt, als die Bildwissenschaftlerin Linda Morabito vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien zum ersten Mal eine Vulkanfahne auf einem Bild der Raumsonde Voyager 1 der Agentur identifizierte.

„Seit Morabitos Entdeckung haben sich die Planetenforscher gefragt, wie die Vulkane von der Lava unter der Oberfläche gespeist werden“, so Scott Bolton, leitender Forscher von Juno am Southwest Research Institute in San Antonio. „Gab es einen flachen Ozean aus weißglühendem Magma, der die Vulkane speiste, oder war ihre Quelle eher lokal begrenzt? Wir wussten, dass die Daten der beiden sehr nahen Vorbeiflüge von Juno uns Aufschluss über die Funktionsweise dieses geplagten Mondes geben könnten.“

Die Raumsonde Juno flog im Dezember 2023 und im Februar 2024 extrem nah an Io vorbei und kam dabei bis auf etwa 1.500 Kilometer an die Oberfläche des pizzaähnlichen Mondes heran. Während dieser Annäherungen kommunizierte Juno mit dem Deep Space Network der NASA und sammelte hochpräzise Doppler-Daten, die zur Messung der Schwerkraft von Io verwendet wurden, indem man verfolgte, wie diese die Beschleunigung der Sonde beeinflusste. Was die Mission bei diesen Vorbeiflügen über die Schwerkraft des Mondes erfuhr, führte zu der neuen Veröffentlichung, da sie mehr Details über die Auswirkungen eines Phänomens namens Tidal Flexing enthüllte.

Prinz der jovianischen Gezeiten

Io ist dem Riesen Jupiter extrem nahe, und seine elliptische Umlaufbahn lässt ihn alle 42,5 Stunden einmal um den Gasriesen herumschwingen. Mit der Entfernung ändert sich auch die Anziehungskraft des Jupiters, was dazu führt, dass der Mond unaufhörlich gequetscht wird. Das Ergebnis: ein extremer Fall von Gezeitenbiegung – Reibung durch Gezeitenkräfte, die im Inneren Wärme erzeugt.

„Diese ständige Verformung erzeugt immense Energie, die Teile des Inneren von Io buchstäblich zum Schmelzen bringt“, so Bolton. „Wenn Io einen globalen Magma-Ozean hat, wussten wir, dass die Signatur seiner Gezeitenverformung viel größer sein würde als bei einem starren, überwiegend festen Inneren. Abhängig von den Ergebnissen der Juno-Sondierung des Schwerefelds von Io könnten wir also feststellen, ob sich unter der Oberfläche ein globaler Magmaozean verbirgt.“

Das Juno-Team verglich die Doppler-Daten der beiden Vorbeiflüge mit den Beobachtungen früherer Missionen der Agentur zum Jupitersystem und von Bodenteleskopen. Sie fanden Gezeitendeformationen, die darauf schließen lassen, dass es auf Io keinen flachen globalen Magmaozean gibt.

„Die Entdeckung von Juno, dass die Gezeitenkräfte nicht immer einen globalen Magmaozean erzeugen, veranlasst uns nicht nur dazu, unser Wissen über das Innere von Io zu überdenken“, sagte der Hauptautor Ryan Park, ein Juno-Ko-Investigator und Leiter der Solar System Dynamics Group am JPL. „Es hat Auswirkungen auf unser Verständnis anderer Monde, wie Enceladus und Europa, und sogar auf Exoplaneten und Supererden. Unsere neuen Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, unser Wissen über die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu überdenken.“

Es gibt noch mehr Wissenschaft am Horizont. Am 24. November unternahm die Sonde ihren 66. wissenschaftlichen Vorbeiflug an den geheimnisvollen Wolken des Jupiters. Die nächste Annäherung an den Gasriesen wird am 27. Dezember um 12:22 Uhr EST stattfinden. Zum Zeitpunkt des Vorbeiflugs, wenn Junos Umlaufbahn dem Zentrum des Planeten am nächsten ist, wird sich die Sonde etwa 3.500 Kilometer (2.175 Meilen) über den Wolken des Jupiters befinden und seit ihrem Eintritt in die Umlaufbahn des Gasriesen im Jahr 2016 645,7 Millionen Meilen (1,039 Milliarden Kilometer) zurückgelegt haben.

Mehr über Juno

JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, Kalifornien, leitet die Juno-Mission im Auftrag des Hauptforschers Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio. Juno ist Teil des NASA-Programms New Frontiers, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, für das Science Mission Directorate der Behörde in Washington geleitet wird. Die italienische Raumfahrtbehörde (ASI) hat den Jovian InfraRed Auroral Mapper finanziert. Lockheed Martin Space in Denver baute und betreibt die Sonde. Verschiedene andere Einrichtungen in den USA haben mehrere der anderen wissenschaftlichen Instrumente auf Juno zur Verfügung gestellt.

Weitere Informationen über Juno finden Sie unter: https://science.nasa.gov/mission/juno

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Juno – Mission beim Jupiter

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Am 9. März 1979 blickte die Astronomin Linda Morabito-Kelly auf eine Aufnahme der Raumsonde Voyager 1 und traute ihren Augen nicht. Erst vier Tage zuvor war die NASA-Mission auf ihrer großen Tour durchs Planetensystem am Jupiter und seinen Monden vorbeigeflogen und hatte dabei nicht nur den Gasriesen, sondern auch seine Monde fotografiert. Als Voyager ein paar letzte Bilder aus der Ferne machte, erschien nun über dem Mond Io eine gewaltige schirmförmige Wolke.
Der Vulkanausbruch auf Io gilt bis heute als eine der überraschendsten Entdeckungen der Raumfahrtgeschichte. Sie hat gezeigt, dass der jupiternächste Mond keine lange erkaltete und verkraterte Welt ist, wie etwa der Mond der Erde. Io ist stattdessen eine Vulkan-Wunderwelt: Auf seiner Oberfläche brodeln über 250 Vulkane. Es gibt mehrere Lavaseen, von denen der größe 180 Kilometer misst. Und Aschewolken können schon mal ein Drittel seines Durchmesser überspannen.
Karl erzählt in dieser Podcastfolge, was seit 1979 über Io in Erfahrung gebracht wurde – und warum das für Planetenforscherinnen und -forscher heute immer interessanter wird: Denn die vulkanische Aktivität auf Io kann auch etwas über ferne Exoplaneten verraten und genauso über die frühe und vulkanisch aktive Geschichte der Erde und anderer unserer planetaren Nachbarn.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist ein Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• AstroGeo Podcast
• Jupitermonde

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 6. Juli 2023.

6. Juli 2023 – Über den Polen des Gasriesen Jupiters leuchten fortwährend Polarlichter von riesigem Ausmaß. Das malerische Phänomen prägt die Vorgänge in der Atmosphäre des Gasriesen stärker als bisher gedacht, wie eine Gruppe von Forschenden, zu denen auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen zählen, heute in der Fachzeitschrift Nature Astronomy berichtet. Mit Hilfe von Messdaten des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Arrays (ALMA) in Chile und des International Gemini Observatory auf Hawaii beschreibt das Forscherteam die Verteilung von Kohlenmonoxid und Blausäure in der Jupiteratmosphäre in bisher unerreichter Genauigkeit und räumlicher Auflösung. Dabei stechen die Regionen unterhalb der Polarlichter besonders heraus. Möglich wurden die neuen Erkenntnisse durch einen kosmischen Zusammenstoß, der sich vor fast 30 Jahren ereignete.

Das Eintauchen der insgesamt 21 Bruchstücke des Kometen Shoemaker-Levy 9 in den Jupiter im Juli 1994 war ein spektakuläres Ereignis. Da sich die Kollision schon Jahre zuvor vorhersagen ließ, konnten leistungsstarke Teleskope auf der Erde und im Weltraum den Zusammenstoß und seine Auswirkungen genau mitverfolgen. Als markante, schwarze, wolkenartige Gebilde zeigen sich die Einschlagstellen etwa auf Aufnahmen des Hubble Weltraumteleskops.

Weitere Messungen ergaben, dass der Komet zahlreiche Molekülarten wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser und Blausäure in die Jupiteratmosphäre eintrug, die dort zuvor nicht heimisch waren. Da diese Moleküle über viele Jahrzehnte stabil bleiben, boten die „Fremdkörper“ Forschenden eine einzigartige Gelegenheit: Über viele Jahre konnten sie beobachten, wie sich die Moleküle über den Jupiter verteilen und so wertvolle Einblicke in die Winde und chemischen Reaktionen in der Atmosphäre des Gasriesen gewinnen. Die Messungen von 2017, die Forschende unter Leitung der Universität von Bordeaux jetzt ausgewertet haben und heute veröffentlichen, zeichnen die Verteilung des eingetragenen Kohlenmonoxids und der Blausäure in bisher unerreichter Genauigkeit nach.

Das Forscherteam hat auf diese Weise den gesamten Planeten kartiert und dabei auch die Polarregionen des Jupiters in hoher Auflösung erfasst. Diese sind Schauplatz seiner gewaltigen Polarlichter, die sich über eine Fläche mit einem Durchmesser von mehr als 40.000 Kilometern erstrecken. (Zum Vergleich: Die Erde hat einen Durchmesser von etwa 12.700 Kilometern.) In deutlich kleinerer Ausführung ist dieses Phänomen auch auf der Erde bekannt. Wenn in Phasen starker Sonnenaktivität hochenergetische Sonnenwindteilchen entlang der Feldlinien des Erdmagnetfeldes auf die irdische Atmosphäre treffen, werden dort in einer Höhe von 100 bis 1000 Kilometern Moleküle ionisiert. Als Folge emittieren diese Licht verschiedener Wellenlängen und erzeugen so das diffuse Leuchten in Grün-, Blau- und seltener Rottönen. Auch auf dem Jupiter erzeugt ein Zusammenspiel aus geladenen Teilchen, Magnetfeld und Atmosphäre die Polarlichter. Allerdings ist das Magnetfeld des Jupiters etwa zwanzigmal stärker als das der Erde; die Polarlichter leuchten in allen Wellenlängenbereichen vom Infraroten bis hin zur Röntgenstrahlung. Zudem sind die Polarlichter des Jupiters – anders als die der Erde – eine ständige Erscheinung. Als Auslöser werden neben Sonnenwindteilchen auch Teilchen vermutet, die den heftigen Vulkanausbrüchen des Jupitermondes Io entstammen.

„Die Polarlichter des Jupiters faszinieren Forscher, die sich mit der Dynamik und Chemie der Jupiteratmosphäre beschäftigen, schon seit Langem“, so Dr. Paul Hartogh vom MPS, Koautor der aktuellen Studie. Im vorvergangenen Jahr etwa berichtete ein Forscherteam, zu dem neben Paul Hartogh zwei weitere Wissenschaftler vom MPS zählten, von stabilen stratosphärischen Winden, die unterhalb der Polarlichter wehen. „Wir denken, dass uns die Moleküle, die der Komet vor fast 30 Jahren in die Jupiteratmosphäre eingetragen hat, helfen können, die Vorgänge im Bereich der Polarlichter besser zu verstehen“, so Dr. Ladislav Rezac vom MPS, Zweitautor der aktuellen Studie und Koautor der Studie von vor zwei Jahren. Mit Hilfe von Messungen vom Radioteleskop ALMA der Europäischen Südsternwarte (ESO) in der chilenischen Atacama-Wüste und des International Gemini Observatory auf Hawaii von 2017 konnte die Forschergruppe nun die Verteilung von Kohlenmonoxid und Blausäure in der Jupiteratmosphäre genau untersuchen. Im Vergleich zu älteren Studien, die auf den Messungen anderer bodengebundener Teleskope beruhen, bieten diese Messdaten eine deutlich höhere räumliche Auflösung.

Wie die Auswertungen nun genau belegen, haben sich beide Molekülsorten seit des Einschlags des Kometen Shoemaker-Levy 9 im Jahr 1994 in ähnlicher Weise weit in der Jupiteratmosphäre verteilt und bevölkern mittlerweile auch einen ausgedehnten Höhenbereich. In der Region unterhalb der Polarlichter fand das Forscherteam allerdings eine unerwartete Auffälligkeit: Dort zeigen die Messungen deutlich weniger Blausäure als erwartet. „Da beide gemessenen Molekülsorten den gleichen dynamischen Kräften wie etwa Winden unterliegen, bedeutet dies, dass die Blausäure durch andere Mechanismen beeinflusst wird“, so Dr. Ladislav Rezac. Winde hätten beide Molekülsorten in gleicher Weise verteilt. „Stattdessen muss es offenbar einen chemischen Vorgang geben, an dem nur die Blausäure beteiligt ist und der nur unterhalb der Polarlichter auftritt“, schlussfolgert der Forscher.

Die Erklärungen der Forschenden drehen sich vor allem um winzige Aerosole, die sich im Bereich der Polarlichter bilden. Angeregt durch elektromagnetische Strahlung im Höhenbereich der Polarlichter bilden sich einfache Kohlenwasserstoffe, die zu komplexeren Kohlenwasserstoffketten wie Benzol anwachsen, bis sich schließlich gasförmige polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoff (PAHs) bilden. Diese kondensieren nach und nach und die so entstandenen Aerosole sinken in niedrigere Schichten der Stratosphäre. Chemische Reaktionen auf diesen Aerosolen führen zur Zerstörung der Blausäure. Dieser Mechanismus erinnert an die Ozonzerstörung in der polaren Erdstratosphäre durch chemische Reaktionen auf polaren Stratosphärenwolken.

„Aerosole spielen offenbar in der Atmosphärenchemie der polaren Jupiterstratosphäre eine wichtige Rolle, ähnlich wie in der polaren Erdstratosphäre“, so Dr. Paul Hartogh. Um die Zusammenhänge besser zu verstehen, hoffen die Forscher nun auf Messungen des James-Webb-Weltraumteleskops, das seit vergangenem Jahr in Betrieb ist. Das Teleskop ist in der Lage, die Verteilung von Kohlendioxid in der Jupiteratmosphäre mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Und auch die Weltraummission JUICE dürfte genauere Erkenntnisse liefern. Die gleichnamige ESA-Raumsonde, die seit April dieses Jahres den Jupiter ansteuert, trägt das Submillimetre Wave Instrument (SWI) an Bord. Es wurde unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut und wird vor Ort im Jupitersystem ab 2031 einen besonders guten Blick auf die Vorgänge in der Atmosphäre des Gasriesen haben. So wird etwa die räumliche Auflösung der Messdaten von SWI die von ALMA um das Hundertfache übertreffen; zudem wird SWI weitere Spurengase, die auf den Kometeneinschlag zurückzuführen sind, wie etwa Schwefelkohlenstoff detektieren können.

Originalpublikation:
T. Cavalié, L. Rezac et al.:
Evidence for auroral influence on Jupiter’s nitrogen and oxygen chemistry revealed by ALMA,
Nature Astronomy, 6. Juli 2023
DOI: 10.1038/s41550-023-02016-7
https://www.nature.com/articles/s41550-023-02016-7

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• Planet Jupiter

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Quelle: DLR 20. Januar 2023.

20. Januar 2023 – „Trois, deux, un – et décollage!“ So werden im April die letzten drei Sekunden des Countdowns aus dem Kontrollzentrum in Kourou in Französisch-Guyana heruntergezählt. Dann wird eine der letzten Ariane-5-Trägerraketen vom Europäischen Weltraumbahnhof abheben. Ziel der bisher größten Planetenmission der Europäischen Weltraumorganisation ESA ist der Jupiter mit seinen großen Eismonden Ganymed, Callisto und Europa. JUICE wird sie ab dem Jahr 2031 aus der Nähe untersuchen. Unter der Eiskruste der Monde befinden sich wahrscheinlich Ozeane, in denen sogar Leben existieren könnte.

Am Bau von zwei der zehn wissenschaftlichen Instrumente war das Institut für Planetenforschung im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) maßgeblich beteiligt. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge zu JUICE und wird sieben Instrumentbeistellungen bis zum Ende der Mission mit etwa 100 Millionen Euro fördern.

Per Flugzeug nach Südamerika
Zunächst muss JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer) von Europa nach Südamerika transportiert werden. Zurzeit befindet sich die noch nicht betankte, leer 2.450 Kilogramm schwere Raumsonde beim industriellen Hauptauftragnehmer Airbus Defence and Space im südfranzösischen Toulouse, wo diese am 20. Januar 2023 den Medien vorgestellt wurde, ehe sie für den Transport nach Kourou verpackt wird.

Der Transport über den Atlantik wird Anfang Februar per Frachtflugzeug erfolgen. In Kourou wird die Sonde dann auf die Ariane-5-ECA-Trägerrakete platziert und mit einer Schutzverkleidung – dem sogenannten Fairing – umhüllt. Betankt wiegt die JUICE-Sonde dann fünf Tonnen. Das Startfenster für die achtjährige Reise zum Jupiter öffnet sich im April.

JUICE ist die erste Mission der L-Klasse im Cosmic-Vision-Programm der ESA, dabei steht das „L“ für „Large“. Mit diesem Programm soll herausgefunden werden, wie das Sonnensystem „funktioniert“, wie die Planeten entstanden sind und unter welchen Voraussetzungen Leben entstehen kann, das wir bis heute nur auf der Erde kennen. Ein großes Projekt ist JUICE mit seiner umfangreichen wissenschaftlichen Nutzlast, und groß ist das Ziel Jupiter schon aufgrund der Tatsache, dass der größte Planet des Sonnensystems fünfmal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde, mit 140.000 Kilometern einen zehnmal so großen Durchmesser und 318-mal so viel Masse wie unser Heimatplanet hat und von insgesamt 79 Monden umkreist wird. Von diesen sind die vier größten – Ganymed, Callisto, Io und Europa – von enormem wissenschaftlichem Interesse. Sie werden nach ihrem Entdecker Galileo Galilei (1564-1641) auch die „Galileischen Monde“ genannt.

Drei Eiswelten und eine vulkanische Hitzehölle
Io, der innerste der Vier, wird von den Gezeitenkräften des Planeten so stark durchgewalkt, dass im Gesteinsmantel bei Temperaturen von weit über tausend Grad Celsius permanent Magma entsteht und das geschmolzene Gestein von großen Vulkanen an die Oberfläche befördert wird. Der schwefelgelbe Io ist der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem. Von innen nach außen folgen die drei Trabanten Europa, Ganymed und Callisto. Ganymed ist mit einem Durchmesser von 5.262 Kilometern der größte Mond im Sonnensystem; Europa und Io sind mit unter 4.000 Kilometer Durchmesser etwa so groß wie der Erdmond, Callisto ist mit 4.821 Kilometer Durchmesser der drittgrößte Mond in unserem Planetensystem.

Europa benötigt für einen Umlauf um Jupiter doppelt so lange wie Io, Ganymed viermal so lange. Das bedeutet, dass diese drei Monde immer wieder wie an einer Perlenschnur aufgereiht in einer Linie stehen. Dadurch entstehen Resonanzeffekte, die im Zusammenspiel mit der gewaltigen Gravitation und den von Jupiter ausgehenden Gezeitenkräften Wärme auch im Inneren von Europa und Ganymed entstehen lassen. Das bewirkt, dass unter den bis zu minus 160 Grad kalten Eiskrusten dieser Monde genug Wärme vorhanden ist, um Wasser in mehr als 700 Millionen Kilometer Entfernung zur Sonne am Gefrieren zu hindern und tiefe Wasserschichten zu erhalten, sogenannte subkrustale Ozeane.

Ozeane (und Leben?) unter kilometerdicken Eiskrusten
Bei Europa könnte es sein, dass der Ozean unter dem nur wenigen Kilometer dicken Eispanzer sogar über 100 Kilometer tief ist. Das würde bedeuten, dass unter der Oberfläche von Europa mehr Wasser vorhanden ist als in allen Ozeanen der Erde zusammen. Auch im Inneren Callistos könnte sich ein Ozean befinden, wie bei Ganymed haben Magnetfeldmessungen hier deutliche Hinweise geliefert. Ganymed wie Callisto könnten gleich mehrere Wasserschichten haben, allerdings dann in größerer Tiefe.

Wasser ist eine Grundvoraussetzung für die Entstehung und Entwicklung von Leben. Es ist daher denkbar, dass, verborgen vor den Blicken von Weltraumkameras, in den subkrustalen Ozeanen der Jupiter-Eismonde Leben entstanden ist. JUICE wird dies zwar nicht herausfinden, aber detaillierter als die NASA-Vorläufermissionen Voyager (zwei Vorbeiflüge 1979) und Galileo (Orbiter, 1995-2003) die Eismonde charakterisieren können, ferner, ob es die Ozeane wirklich gibt, wie tief sie gelegen sind, wie viel Wasser sie beinhalten und welche mineralischen Stoffe im Wasser gelöst sein könnten.

Kamera JANUS kartiert Ganymed und Europa
Eines der JUICE-Instrumente, mit denen diese und weitere Fragen beantwortet werden sollen, ist das Kamerasystem JANUS. Hauptaufgabe von JANUS ist die fotografische Erfassung und Kartierung der Landschaften auf Ganymed und Europa. Auch sollen die auf den Oberflächen sichtbaren Auswirkungen der Gezeiteneffekte, die für die subkrustalen Ozeane verantwortlich sind – tektonische Phänomene wie Spalten und Bergrücken oder spektrale Veränderungen durch unterschiedliche Minerale infolge von Kryo-(Eis-)Vulkanismus – erfasst und interpretiert werden.

Dazu verfügt das Kamerasystem neben einer hohen räumlichen Auflösung über 13 Spektralkanäle im sichtbaren Licht und nahen Infrarot. Aus der Ferne werden auch Io sowie zahlreiche der kleinen Monde beobachtet werden. JANUS wurde in Italien, Deutschland, Spanien und Großbritannien entwickelt, Teile der Hardware im DLR-Institut für Planetenforschung gebaut.

Mit Lasern den Ozeanen auf der Spur
GALA, das Ganymed Laser-Altimeter, wird die Gezeitendeformation der Eiskruste Ganymeds messen, um Beweise für die Existenz des globalen inneren Ozeans zu erbringen. Außerdem entsteht aus einer Zahl von mehreren Millionen Laufzeitmessungen eine umfangreiche Karte der regionalen und lokalen Topographie des Mondes, die zu einem globalen Höhenmodell Ganymeds zusammengesetzt werden. Damit lassen sich Prozesse verstehen, die die einzigartige Oberfläche dieses Eismondes formten. Zusätzlich wird aus Messungen zu unterschiedlichen Zeiten während des siebentägigen Umlaufs Ganymeds um Jupiter die Gezeitendeformation der Gestalt des Trabanten bestimmt. Aus der Stärke der Deformation an den unterschiedlichen Bahnpunkten können die Existenz des inneren Ozeans nachgewiesen und die mechanischen Eigenschaften der darüber liegenden Eisschicht bestimmt werden.

Das Experiment wird auch Messungen an Europa und Callisto aufzeichnen. Erhofft man sich bei Europa Hinweise zu Wasser dicht unter der Oberfläche, dürfte es bei Callisto in tieferen Schichten anzutreffen sein. GALA wurde in Verantwortung des DLR entwickelt und in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner HENSOLDT Optronics GmbH (Oberkochen) sowie Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Japan, der Schweiz und Spanien gebaut. Es ist das erste Mal, dass ein solches Instrument im äußeren Sonnensystem zur Anwendung kommt.

Wettervorhersage für Jupiter und seine Monde
Ein weiteres Instrument aus Deutschland an Bord von JUICE ist das Submillimetre Wave Instrument (SWI), das in der Hauptverantwortung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen liegt. Es wird die mittleren Atmosphärenschichten des Gasriesen Jupiter sowie die äußerst dünnen Atmosphären – man spricht hier vielmehr von Exosphären – und Oberflächen der Galileischen Monde genau ins Visier nehmen. Im Vordergrund stehen dabei die Bestimmung der Temperaturstruktur, Dynamik und Zusammensetzung der verschiedenen Schichten der Jupiteratmosphäre, deren Wechselwirkung untereinander, sowie der internen Struktur Jupiters.

ESA-Mission mit starker deutscher Beteiligung
JUICE ist die größte und umfangreichste ESA-Mission zur Erforschung der Planeten des Sonnensystems. Neben der ESA haben auch die NASA und die japanische Weltraumorganisation JAXA zur Mission beigetragen. Die ESA übernimmt die Finanzierung für die Satellitenplattform, den Start mit der Ariane-5-ECA-Rakete sowie den Betrieb der Sonde. Die Finanzierung für die wissenschaftlichen Nutzlasten für JUICE werden zum größten Teil von den nationalen Raumfahrtagenturen und den beteiligten Instituten selbst getragen. Neben den Experimenten JANUS, SWI und GALA fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit dem Teilchenspektrometer Particle Environment Package (PEP), dem Jupiter-Magnetometer (J-MAG), dem Radar-Instrument Radar for Icy Moons Exploration (RIME) und einem Instrument zur Radiosondierung der Jupiteratmosphäre (3GM) weitere deutsche wissenschaftliche Beiträge aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm.

Im Juli 2031 wird JUICE den Jupiter erreichen und bis November 2035 insgesamt 35 Mond-Vorbeiflüge absolvieren. Im September 2034 wird die Sonde in eine elliptische, später kreisförmige Umlaufbahn um Ganymed gelenkt. JUICE ist die erste Mission, die den Mond eines anderen Planeten umkreisen wird. Bis zum Missionsende im September 2035 wird JUICE Ganymed etwa 1.250-mal umrunden. Sollte noch Treibstoff vorhanden sein, würden weitere Umläufe in nur 200 Kilometer Höhe erfolgen, die Messungen in einer Qualität ermöglichen, die für Jahrzehnte den Maßstab setzen würden. Am Ende wird die Sonde gezielt zum Absturz auf Ganymed gelenkt und auf dem steinharten Eis vollständig zerstört. Da der vermutete Ozean im Inneren von Ganymed schätzungsweise hundert Kilometer tief gelegen ist und die Nachttemperaturen unter minus 160 Grad Celsius liegen, besteht keine Gefahr, dass es zu Kontaminationen des Ganymed-Ozeans durch irdische Mikroben kommen könnte, die auf JUICE als „blinde Passagiere“ mitgereist sein könnten.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

Der Beitrag Die Raumsonde JUICE auf ihrem Weg zum europäischen Weltraumbahnhof erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Star-Light.

Von der Sonne aus betrachtet ist der der fünfte Planet im Sonnensystem. Jupiter ist ein Gasriese und der größte und massenreichste Planet in unserem System. Seine Masse beträgt das 317-Fache der Erdmasse und sein Radius ca. das 11.000-Fache des Erdradius. Mit ihm beginnt das sogenannte äußere Sonnensystem, das durch den Asteroidengürtel von den inneren Planeten getrennt ist.

Aufgrund seiner Größe ist er nach der Sonne, dem Mond und der Venus das hellste Objekt am Himmel. Bereits 1610 entdeckte Galilei 4 Monde, heute wissen wir von 67 Objekten die Jupiter umkreisen. Die nach ihrem Entdecker auch galileischen Monde genannten Objekte sind Io, Europa, Ganymed und Callisto. Im Vergleich zu Jupiter sind sie klein, aber teilweise größer als der Planet Merkur.
Jupiter ist nicht nur der größte Planet im Sonnensystem sondern er dreht sich auch am schnellsten um sich selbst. Nur knapp 10 Stunden benötigt er für eine Rotation. Diese Geschwindigkeit hat zu einer deutlichen Abplattung des Planeten geführt und erklärt wohl auch die Wolkenbänder, die man auf seiner Oberfläche sehen kann.
Für eine Umkreisung der Sonne benötigt der Planet 11,86 Erdjahre.
Daneben hat Jupiter ein starkes Magnetfeld und muß im Inneren über eine Wärmequelle verfügen, da er etwas mehr Wärme abgibt, als er von der Sonne erhält.
Als Gasriese hat er keine feste Oberfläche und überhaupt nur eine sehr geringe Dichte. In seinem Inneren vermutet man aber einen Gesteinskern.
Ein sehr auffallendes Merkmal auf Jupiters Oberfläche ist der „Rote Fleck“. Es handelt sich dabei um ein riesiges Sturmsystem in dem die Erde zweimal hineinpasst. Bereits seit 300 Jahren ist es bekannt, was es so lange stabil hält ist bis jetzt ein Rätsel.

Zahlen, Daten und Fakten über den Planeten hat die NASA im Jupiter Fact Sheet in englischer Sprache zusammengestellt.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Large Binocular Telescope Observatory.

Io, der innerste und drittgrößte der vier bereits im Januar 1610 entdeckten Galileischen Monde des Planeten Jupiter, ist mit einem Durchmesser von 3.643,2 Kilometern nur wenig größer als der 3.476 Kilometer durchmessende Mond der Erde und stellt trotzdem das mit Abstand geologisch aktivste Objekt im gesamten bisher bekannten Sonnensystem dar. Erste Detailaufnahmen von der Io-Oberfläche fertigten im Jahr 1979 die beiden Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 an. Der Großteil des Wissens über den Mond Io stammt jedoch von dem Orbiter Galileo, welcher das Jupitersystem im Jahr 1995 erreichte und der in den folgenden acht Jahren unter anderem auch mehrere dichte Vorbeiflüge an Io absolvierte.
Die Oberfläche des Jupitermondes Io
Die überwiegend mit Ablagerungen von Schwefel und Schwefeldioxid bedeckte Oberfläche von Io ist sehr eben und weist in der Regel Höhenunterschiede von lediglich etwa einem Kilometer auf. Vereinzelt erheben sich dort allerdings auch bis zu neun Kilometer hohe Berge, welche vermutlich tektonischen Ursprungs sind. Die markantesten Oberflächenstrukturen bilden jedoch mehrere hundert Calderen, welche über Durchmesser von bis zu mehr als 200 Kilometern verfügen. Im Rahmen der dort erfolgenden vulkanischen Eruptionen wird Material mit Geschwindigkeiten von etwa einem Kilometer pro Sekunde ausgestoßen, welches aufgrund der geringen Schwerkraft des Mondes eine Höhe von mehr als 300 Kilometern erreichen kann. Letztendlich fällt das Material jedoch wieder zurück auf die Oberfläche und bildet dort mehrere Kilometer mächtige Ablagerungen.

Dieser Vulkanismus auf Io wurde bereits im Jahr 1979 mittels der Aufnahmen der Raumsonde Voyager 1 nachgewiesen, was seinerzeit für großes Aufsehen sorgte, da dies zugleich der erste direkt erfolgte Nachweis eines in der Gegenwart stattfindenden aktiven Vulkanismus auf einem fremden Himmelskörper war. Das Auftreten dieser Eruptionen variiert allerdings sehr stark. Bereits über einen Zeitraum von nur vier Monaten, welcher zwischen der Ankunft der beiden Voyager-Sonden verging, konnte festgestellt werden, dass Eruptionen in bestimmten Bereichen der Oberfläche zum Erliegen gekommen waren, während sich im gleichen Zeitraum an anderen Stellen neue Ausbruchstellen öffneten. Die Ablagerungen rund um die Calderen hatten sich in diesem Zeitraum bereits ebenfalls deutlich verändert.

Durch den Vergleich mit den rund 20 Jahre später angefertigten Aufnahmen der Raumsonde Galileo ist erkennbar, dass diese permanent erfolgenden Vulkanausbrüche die Oberfläche von Io durch Ablagerungen von ausgeworfenem Material ständig verändern. Io weist dadurch bedingt die jüngste Oberfläche im gesamten Sonnensystem auf. Ihr Alter wird von den Planetologen auf lediglich etwa 10 Millionen Jahre geschätzt. Daher sind auf der Oberfläche dieses Mondes auch kaum Impaktkrater zu erkennen, da diese durch die fortlaufenden planetologischen Prozesse innerhalb kurzer Zeit ‚eingeebnet‘ werden.

Der Vulkan Loki Patera
Der größte der Vulkane auf dem Mond Io wurde – benannt nach dem nordischen Gott des Feuers – mit dem Namen Loki Patera belegt. Hierbei handelt es sich um eine flache vulkanische Vertiefung, in welcher die dichte Lavakruste, die sich auf der Oberfläche eines ausgedehnten Lavasees bildet, in regelmäßigen Abständen in diesem See versinkt. Dies führt zu einem regelmäßig zu beobachtenden Anstieg der Wärmestrahlung aus dieser Region. Mit einem Durchmesser von rund 226 Kilometern erschien dieser Vulkan bisher aber als eine viel zu kleine Struktur, um aus einer Entfernung von mindestens 600 Millionen Kilometern – dies entspricht dem Minimalabstand zwischen dem Jupiter und unserem Heimatplaneten – Details mittels von im optischen oder im infraroten Licht arbeitenden Beobachtungsinstrumenten von der Erde aus abzubilden.

Bereits am 24. Dezember 2013 ist es jedoch einem internationalen Team von Astronomen, dem auch mehrere Mitarbeiter der Max-Planck-Institute für Radioastronomie (MPIfR) und für Astronomie (MPIA) in Bonn und Heidelberg angehörten, gelungen, den Vulkan Loki von der Erde aus mit einer sehr hoher räumlichen Auflösung im Detail sichtbar zu machen und dabei im nahen Infrarotbereich des Lichtspektrums auch einen gerade erfolgenden Ausbruch des Vulkans zu dokumentieren. Auf den entsprechenden Aufnahmen des Jupitermondes erscheint Loki Patera als ein auffälliger heller Fleck. Diese Färbung wird durch das Entweichen einer intensiven Wärmestrahlung hervorgerufen.

Das Large Binocular Telescope
Für ihre Studie nutzten die daran beteiligten Astronomen das Large Binocular Telescope (abgekürzt „LBT“) auf dem Mount Graham im US-Bundesstaat Arizona. Dieses Teleskop wird im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Forschungseinrichtungen aus den USA, Italien und Deutschland betrieben. Das LBT besteht aus zwei Hauptspiegeln mit einer Öffnung von jeweils 8,4 Metern, welche in einem Abstand von sechs Metern zueinander auf einer gemeinsamen Montierung befestigt sind. Kombiniert erreichen die beiden Optiken die gleiche Lichtsammelleistung wie ein einzelnes Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 11,8 Metern. Das von den beiden Einzelspiegeln aufgefangene Licht kann interferometrisch überlagert werden, wodurch eine sehr hohe Auflösung erreicht wird, welche der optische Auflösung eines 22,8-Meter-Spiegels entspricht.

„Wir überlagern das von den zwei sehr großen Einzelspiegeln empfangene Licht in kohärenter Weise derart, dass die Spiegel zu einem virtuellen Riesenteleskop verbunden werden“, so Albert Conrad von der University of Arizona, der Erstautor der entsprechenden Veröffentlichung und am Large Binocular Telescope Observatory (abgekürzt LBTO) tätiger Wissenschaftler. „Auf diese Weise konnten wir zum ersten Mal die unterschiedlichen Helligkeiten im Bereich des Kratersees von Loki vermessen, welche von verschiedenen Regionen ausgehen.“

Für Phil Hinz, dem Leiter des Large Binocular Telescope Interferometer-Projekts (abgekürzt LBTI) vom Steward-Observatorium der University of Arizona, ist dieses Resultat das Ergebnis einer fast 15 Jahre andauernden Entwicklungsarbeit. Der Astronom betont zudem, dass die Beobachtung von Io nur eine der einzigartigen Möglichkeiten des LBTI darstellt.

„Wir haben das LBTI entwickelt, um Aufnahmen mit einer extrem hohen Auflösung zu erhalten, aber auch dafür, um Staub und sehr lichtschwache Planeten um nahe gelegene Sterne zu entdecken. Auch die kürzlich erfolgten Beobachtungen der Sterne Eta Corvus und HR 8799 [Raumfahrer.net berichtete] sind großartige Beispiele für das Potential, das in diesem System steckt.“

Angefertigt wurden die Io-Aufnahmen mit einem Instrument names LMIRcam. Hierbei handelt es sich um eine im Infrarotbereich von drei bis fünf Mikrometern Wellenlänge arbeitende Kamera, welche im Rahmen einer Doktorarbeit von Jarron Leisenring an der University of Virginia entwickelt wurde.

„Diese Beobachtungen stellen für mich und das ganze Team einen Meilenstein dar. Mit der interferometrischen Kombination der Spiegel haben wir jetzt den entscheidenden Schritt unternommen, um das volle Potential des LBT auszuschöpfen und eine Fülle von neuen wissenschaftlichen Möglichkeiten anzusteuern“, so Dr. Leisenring, der mittlerweile als Instrumentwissenschaftler für die Infrarotkamera NIRCam für das zukünftige James-Webb-Weltraumteleskop am Steward-Observatorium tätig ist.

Um eine Aufnahme mit höchster Auflösung zu erzielen musste jedoch zunächst eine große Zahl von LMIRcam-Rohbildern verarbeitet werden. „Die aufgenommenen Rohbilder sind von Interferenzmustern überzogen und haben dadurch eine nur begrenzte Bildschärfe“, so Professor Gerd Weigelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. „Mit modernen interferometrischen Bildrekonstruktionsmethoden, sogenannten Entfaltungsmethoden, ist es uns jedoch möglich, eine wirklich spektakuläre Bildauflösung zu erreichen.“

„Es ist sehr wichtig, unterschiedlichen Bildverarbeitungsmethoden zu entwickeln und anzuwenden, damit auch feinste Bilddetails mit hoher Zuverlässigkeit rekonstruiert werden können“, ergänzt Mario Bertero, Professor für Informationswissenschaften an der Universität von Genua in Italien. Dabei gelang es den an der Untersuchung des Jupitermondes beteiligten Wissenschaftler Daten zu gewinnen, durch deren Auswertung sich auch neue Einblicke in den auf Io aktiven Vulkanismus ergeben könnten.

Neue Erkenntnisse
„Während wir vorher bereits über die Jahre hinweg immer wieder ein helles Aufblitzen von Loki sahen, zeigen diese phantastischen Aufnahmen des LBTI jetzt erstmals, dass dieses Aufleuchten jeweils gleichzeitig in unterschiedlichen Regionen auftritt“, so Imke de Pater, Professorin an der University of California in Berkeley/USA. „Dies ist ein starkes Indiz darauf, dass es sich bei der abgebildeten hufeisenförmigen Struktur – wie schon bereits in der Vergangenheit angenommen wurde – höchstwahrscheinlich um einen aktiven Lavasee mit einem variablen Aussehen handelt.“

Neben dem Vulkan Loki sind auf den mit dem LBT erstellten Aufnahmen von Io noch 15 weitere, allerdings deutlich schwächere Ausbruchsstellen erkennbar. Zwei dieser beobachteten Eruptionszonen waren den Wissenschaftlern zuvor unbekannt.

„Zwei der vulkanischen Strukturen auf Io treten an neuen aktiven Plätzen auf“, erklärt die Doktorandin Katherine de Kleer von der University of California. „Sie befinden sich in einem Gebiet namens Colchis Regio, wo erst wenige Monate zuvor eine enorme Eruption stattgefunden hat. Bei diesen jetzt neu entdeckten Strukturen könnte es sich durchaus um die Nachwehen dieser Eruption handeln. Die hohe Genauigkeit des LBTI ermöglicht es uns, die Restaktivität in dieser Region in verschiedenen Bereichen getrennt darzustellen. Hierbei könnte es sich um Lavaflüsse handeln.“

„Die Untersuchung dieser sehr dynamischen vulkanischen Aktivität auf Io, welche die Oberfläche ständig verändert, gibt uns auch Hinweise auf den Aufbau und die innere Struktur dieses Mondes“, so Chick Woodward von der University of Minnesota, ein weiterer der an dieser Studie beteiligten Wissenschaftler. „Hierdurch bereiten wir auch den Weg für zukünftige NASA-Missionen wie den Io Volcano Observer.“

Durch die elliptische Umlaufbahn von Io um seinen Planeten, welcher in einem Abstand von durchschnittlich lediglich 421.800 Kilometern um den Jupiter verläuft, wirken extrem starke Gezeitenkräfte auf Io ein. Dabei wird das Innere des Mondes regelrecht ‚durchgeknetet‘. Diese extrem starke Gezeitenkräfte sind mit dem Quetschen einer reifen Orange vergleichbar, wobei der Fruchtsaft durch Risse in der Schale herausgedrückt wird.

Auch Christian Veillet, der Direktor des LBTO ist von den Aufnahmen begeistert und richtet seinen Blick zugleich in die Zukunft, wo den Astronomen in einigen Jahren noch größere und leistungsfähigere Teleskope zur Verfügung stehen werden.

„Das einzigartige binokulare Design des LBT zeigt jetzt seine Fähigkeit zur Auflösung von Strukturen, die ansonsten nur ein Einzelteleskop der 23-Meter-Klasse erreichen könnte. Die jetzt veröffentlichten spektakulären Resultate des Jupitermondes Io sind eine Anerkennung für viele Mitarbeiter, die an das LBT-Konzept geglaubt und viele Jahre harter Arbeit in seine Realisierung investiert haben. Obwohl es noch eine Menge Arbeit bedeutet, die Kombination der beiden Optiken zu einem interferometrisch arbeitenden Teleskop noch weiter zu perfektionieren, können wir jetzt bereits feststellen, dass das Large Binocular Telescope einen Wegbereiter für die nächste Generation von Riesenteleskopen darstellt, die erst in frühestens einem Jahrzehnt ihren Betrieb aufnehmen werden.“

Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Untersuchung des Vulkans Loki Patera auf dem Jupitermond Io wurden von Albert Conrad et al. am 30. April 2015 unter dem Titel „Spatially Resolved M-band Emission from Io’s Lok Patera-Fizeau Imaging at the 22.8 m LBT“ in der Fachzeitschrift The Astronomical Journal publiziert.

Derartige erdgebundene Beobachtungen stellen neben Beobachtungen durch die in Erdnähe befindlichen Weltraumteleskope bis auf weiteres die einzige Möglichkeit dar, den Jupitermond Io eingehender zu untersuchen. Zwar wird bereits am 4. Juli 2016 die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde Juno in eine Umlaufbahn um den größten Planeten unseres Sonnensystems eintreten. Diese ist jedoch mit keinem leistungsstarken Kamerasystem ausgestattet und wird sich im Rahmen der geplanten einjährigen Untersuchung des Jupiters in erster Linie auf dessen inneren Aufbau sowie auf die Atmosphäre und das Magnetfeld konzentrieren. Untersuchungen der Jupitermonde werden dabei nicht erfolgen. Und auch die von der europäischen Weltraumagentur ESA mit einem derzeitigen Startdatum im Juni 2022 geplante Jupitersonde JUICE wird nach dem Erreichen ihrer Umlaufbahn um den Gasriesen im Januar 2030 in den folgenden 3,5 Jahren den Mond Io nach dem derzeitigen Planungsstand wohl leider eher ’stiefmütterlich‘ behandeln.

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Fachartikel von Albert Conrad et al.:

• Spatially Resolved M-band Emission from Io’s Lok Patera-Fizeau Imaging at the 22.8 m LBT (Volltext, engl.)

Der Beitrag Der Vulkan Loki Patera auf dem Jupitermond Io erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein.

Einleitung

Die ersten Jupitermonde wurden bereits kurz nach der Entwicklung des Fernrohrs im Jahr 1609 durch Galileo Galilei entdeckt. Dem großen Universalgelehrten waren im Jahr darauf bei der Betrachtung des Jupiters durch sein Fernrohr vier „Sterne“ aufgefallen, die ihre Position änderten: Galilei hatte die vier größten Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto entdeckt, die nach ihrem Entdecker auch die Galileischen Monde genannt werden. Diese vier Monde sind übrigens sämtlich nach Figuren der römischen Mythologie benannt, die dort dem Göttervater Jupiter als Geliebte dienen. Konsequenterweise sind auch die anderen Monde des Jupiter nach mythologischen Gestalten aus dem Gefolge von Zeus bzw. Jupiter benannt.

Es sollte dann trotz ständiger Verbesserungen der Optiken und Spiegel beim Teleskopbau bis zum Jahr 1892 dauern, bis die nächsten Jupitermonde entdeckt werden. Dieser lange Zeitraum von fast drei Jahrhunderten wird verständlich, wenn man weiß, dass der fünfgrößte Satellit des Jupiter nicht einmal 200 Kilometer im Durchmesser misst – jeder der Galileischen Monde hingegen aber mehr als 3.000 Kilometer. Bis heute sind 63 Satelliten entdeckt worden, und angesichts der Dimensionen und Bahncharakteristika vieler dieser Himmelskörper ist der Begriff „Satellit“ mit Bedacht gewählt: Von „Monden“ möchte man bei den meisten Mitgliedern des so genannten Jovianischen Systems, die eher kleineren und größeren Felsbrocken ähneln, nicht so recht sprechen.

Mit ständig leistungsfähigeren Teleskopen ist für die Zukunft eine ganze Schwemme an Neuentdeckungen zu erwarten: Verschiedene Astronomen rechnen mit mehreren hundert Gesteinsbocken mit mehr als einem Kilometer Durchmesser, die den Jupiter umkreisen sollen. Die derzeitige Anzahl bekannter natürlicher Satelliten ist also nur vorläufig, und mit Sicherheit wird der größte Planet unseres Sonnensystems auch zukünftig derjenige mit den meisten natürlichen Satelliten bleiben – eine Auswirkung der gigantischen Masse, die Jupiter in sich vereint, wodurch er wie eine Art „Staubsauger“ des äußeren Sonnensystems in der Vergangenheit viele vagabundierende Kleinstmeteoriten an sich gebunden hat.

Einteilung der Satelliten

Die bis heute entdeckten Jupitersatelliten können aufgrund ihrer Umlaufbahnen in so genannte reguläre und irreguläre Satelliten unterteilt werden. Zu den regulären Satelliten zählen nur die vier Galileischen Monde sowie vier kleine, innerhalb der Umlaufbahn des Io um den Planeten kreisende Trabanten, während alle außerhalb der Galileischen Monde umlaufenden Satelliten zur Gruppe der irregulären Satelliten gehören.

Die regulären Satelliten zeichnen sich durch relativ kreisförmige Umlaufbahnen mit einer geringen Bahnneigung gegenüber der Bahnebene des Jupiters (= „Inklination“) aus. Außer den Galileischen Monden gehören noch die Satelliten Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe zu dieser Gruppe, die allesamt innerhalb der Umlaufbahn des innersten Galileischen Mondes Io ihre Bahnen um den Planeten ziehen. Wahrscheinlich sind diese acht Jupitermonde aus einer Gas- und Staubscheibe entstanden, die den jungen Jupiter umgab. Die filigranen Jupiterringe werden vermutlich von den vier kleinen Trabanten dieser Gruppe gespeist: Aufgrund ihrer geringen Größe (Durchmesser zwischen rund 20 und 189 Kilometer) und der damit einhergehenden geringen Schwerkraft wird durch Einschläge von Mikrometeoriten ständig Material aus ihnen herausgesprengt, das sich dann in Gestalt der Ringe in bestimmten Orbits um den Planeten sammelt.

Deutlich anders stellen sich die Umlaufbahnen der übrigen, so genannten irregulären Satelliten dar, die stark elliptisch sind und zum Teil auch eine große Inklination aufweisen. Sie sind wahrscheinlich vor langer Zeit von Jupiter „eingefangen“ worden: eine Vermutung, die aufgrund ihrer geringen Größe und der exzentrischen Umlaufbahnen nahe liegt. Der größte Satellit dieser Gruppe, Himalia, weist einen Durchmesser von nur 180 Kilometer auf, während andere „Irreguläre“ in dieser Disziplin nicht einmal auf 10 Kilometer kommen. Die bisher bekannten 55 irregulären Satelliten des Jupiter lassen sich aufgrund ihrer Umlaufbahnen in fünf Gruppen einteilen, die jeweils von einem größeren Satelliten dominiert werden. Die irregulären Satelliten können noch weiter in so genannte prograde und retrograde Satelliten unterteilt werden. Die prograden irregulären Satelliten kreisen in der gleichen Richtung um den Jupiter, in der sich der Planet um die eigene Achse dreht, während sich die retrograden irregulären Satelliten entgegengesetzt zur Drehrichtung des Planeten bewegen. Übrigens läßt sich bei den äußeren Monden am Namen erkennen, in welcher Richtung sie um den Jupiter kreisen: Die Namen der in retrograder Richtung um den Planeten ziehenden Monde enden auf den Buchstaben „e“, die der prograden Satelliten auf den Buchstaben „a“.

Der Jupitermond Io

Io ist der wohl bemerkenswerteste Mond des Jupiters. Er umkreist den Gasriesen in einer Entfernung von durchschnittlich 422.000 Kilometer und ist ihm damit von den Galileischen Monden am nächsten. Schon seine Oberfläche ist auffällig: Sie ist grünlich-gelb mit orangen und weißen Flecken. Auf Io gibt es mindestens acht aktive Eruptionszentren, dass heißt aktive Vulkane. Während eines besonders engen Vorbeiflugs der Sonde Galileo an Io gelang ihr eine Aufnahme, die einen grell leuchtenden Ausbruch eines Io-Vulkans zeigt (siehe Bild rechts). Mittlerweile wurden auch Lavaströme auf Io beobachtet. Der Vulkanismus auf Io wurde von den Voyager-Sonden entdeckt. Io ist neben der Erde der einzige Himmelskörper, auf dem Vulkanismus in der Gegenwart nachgewiesen wurde. Die Aktivität des Jupiter-Mondes wurde vorausgesagt, da durch die Nähe zum Mutterplaneten enorme Kräfte auf den Himmelskörper einwirken: Die Oberfläche von Io wird durch die Gezeitenkräfte um teilweise 100 Meter auf und ab bewegt! Selbst der maximale Tidenhub unserer Meere von 18 Metern wirkt dagegen gering (von den noch viel kleineren Bewegungen der festen Erdoberfläche durch Gezeitenkräfte ganz abgesehen). Die Daten der Jupitersonde Galileo lassen außerdem vermuten, dass Io einen großen metallischen Kern besitzt.

Der Jupitermond Europa

Europa ist von Jupiter aus gezählt der zweite große Mond des Planeten. Seine Oberfläche zeigt ein komplexes Netz von einander kreuzenden Linien. Unter dieser Schicht von Wassereis könnte sich ein Ozean befinden, der durch die Gezeitenkräfte vom Jupiter warm und damit flüssig gehalten wird. Dies ließe unter Umständen den Schluss zu, dass sich unter der Eisschicht primitive Lebensformen gebildet haben könnten. Aus diesem Grund war bereits eine Forschungssonde geplant, die auf Europa landen sollte. Anschließend sollte eine Sonde sich durch den Eispanzer hinabschmelzen, um dann im vermuteten flüssigen Ozean darunter nach Spuren von Leben zu suchen. In letzter Zeit haben Wissenschaftler auf Basis neuer Messdaten und Aufnahmen der Jupitersonde Galileo jedoch Indizien dafür gefunden, dass der den Mond überziehende Eispanzer deutlich stärker als bisher angenommen ist, so dass die geplante Mission deswegen (und wegen knapper finanzieller Mittel der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA) wieder unwahrscheinlicher geworden ist.

Der Jupitermond Ganymed

Ganymed ist mit einem Durchmesser von 5.268 Kilometern der größte Mond des Sonnensystems, er lässt sogar die beiden Planeten Merkur und Pluto hinter sich. Seine Oberfläche ist im Gegensatz zu Io und Europa mit vielen Kratern übersät. Es gibt allerdings auch größere Flächen, die weniger zerfurcht sind. Bemerkenswert an Ganymed ist sein Magnetfeld, das an seiner Oberfläche stärker als das der Planeten Venus und Merkur ist. Ebenfalls eine Seltenheit für einen Mond ist das Vorhandensein einer (allerdings nur extrem dünnen) Atmosphäre aus Sauerstoff, die bei Beobachtungen mit Hilfe des Weltraumteleskops Hubble entdeckt worden ist. Wahrscheinlich wird sie durch Sauerstoffatome gebildet, die durch geladene Teilchen aus Wassermolekülen an der stellenweise mit Eis bedeckten Mondoberfläche herausgeschlagen werden. Ganymed setzt sich wahrscheinlich aus einem steinernen Kern mit einem Mantel aus (gefrorenem) Wasser und einer Kruste aus Felsen und Eis zusammen. Die geringe Dichte des Mondes von nur 1,94 g/cm³ spricht dafür, dass erhebliche Teile des Mondes aus Wasser und Wassereis sowie Silikaten bestehen.

Der Jupitermond Kallisto

Er ist der dunkelste der Galileischen Monde und der drittgrößte Mond des Sonnensystems, etwa so groß wie der innerste Planet Merkur. Aufgrund seiner geringen durchschnittlichen Dichte, die nicht einmal doppelt so groß wie die von Wasser ist, gehen Wissenschaftler davon aus, dass er etwa zu gleichen Teilen aus felsigem Material und Wassereis zusammengesetzt ist und wahrscheinlich über einen steinernen Kern verfügt. Seiner archaischen Oberfläche fehlen jegliche prägnanten geologischen Strukturen wie Gebirgszüge oder Canyons, alleine Unmengen von Einschlagskratern und durch sie erzeugte konzentrische „Vielring“-Strukturen geben der Mondoberfläche Gestalt. Die konzentrischen Ringe haben zum Teil enorme Dimensionen, so haben die äußersten Ringe um den größten Einschlagkrater Valhalla einen Durchmesser von 3.000 Kilometer. Kallisto verfügt nur über eine extrem dünne Atmosphäre aus Kohlendioxid, besitzt jedoch kein Magnetfeld.

Fakten

In den letzten Jahren ist die Anzahl der entdeckten Jupitermonde stark nach oben geschnellt, da durch leistungsfähigere Teleskope immer neue Kleinstsatelliten entdeckt worden sind. Mittlerweile (Mai 2005) sind 63 Trabanten bekannt, deren Bahn- und Satellitendaten sich allerdings durch weitere Beobachtungen noch ändern können, denn von vielen insbesondere kleinen Monden existieren nur wenige Daten, so dass die potentiellen Ungenauigkeiten relativ hoch sind (was natürlich nicht für lange bekannte und gut beobachtbare Jupitersatelliten wie die Galileischen Monde gilt).
Auf die Wiedergabe einer detaillierten tabellarischen Übersicht aller Jupitermonde wird hier verzichtet, zumal die Daten der vielen Kleinstmonde wohl nur für Experten von Interesse sind. Statt dessen haben wir uns auf eine Übersicht der so genannten regulären Satelliten – also der inneren acht Jupitermonde – konzentriert, die aufgrund ihrer Größe oder ihrer Bahndaten interessant sind. Wenn Sie sich für eine vollständige Übersicht der aktuellen Daten aller Jupitermonde interessieren, so finden Sie am Ende dieser Seite einen weiterführenden Link.

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