Jupiter -Jupiter

Jupiter♃
siehe Bildunterschrift
Vollständige Scheibenansicht von Jupiter, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 2020
Bezeichnungen
Aussprache / ˈ dʒ p ɪ t ər / ( hören )
Benannt nach
Jupiter
Adjektive Jovianisch / ˈ dʒ v i ə n /
Orbitale Eigenschaften
Epoche J2000
Aphel 816,363  Gm (5,4570  AE )
Perihel 740,595 g (4,9506 AE)
778,479 g (5,2038 AE)
Exzentrizität 0,0489
398,88 d
Durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit
13,07 km / s (8,12 mi / s)
20.020°
Neigung
100,464°
21. Januar 2023
273,867°
Bekannte Satelliten 80 (Stand 2021)
Physikalische Eigenschaften
Mittlerer Radius
69.911 km (43.441 Meilen)
10.973 der Erde
71.492 km (44.423 Meilen)
11.209 der Erde
66.854 km (41.541 Meilen)
10.517 der Erde
Abflachung 0,06487
6,1469 × 10 10  km 2 (2,3733 × 10 10  Quadratmeilen)
120,4 der Erde
Volumen 1,4313 × 10 15  km 3 (3,434 × 10 14 Kubikmeter  )
1.321 der Erde
Masse 1,8982 × 10 27  kg (4,1848 × 10 27  Pfund)
Mittlere Dichte
1.326  kg/m³ (2.235  Pfund /Kubikmeter )
24,79  m/s² ( 81,3  Fuß/ )
2,528  g
0,2756 ± 0,0006
59,5 km / s (37,0 mi / s)
9,9258 Std . (9 Std. 55 Min. 33 Sek.)
9,9250 Stunden (9 Std. 55 Min. 30 Sek.)
Äquatoriale Rotationsgeschwindigkeit
12,6 km / s (7,8 mi / s; 45.000 km / h)
3,13 ° (zur Umlaufbahn)
Rektaszension am Nordpol
268,057°; 17 Std . 52 Min. 14 Sek
Deklination des Nordpols
64,495°
Albedo 0,503 ( Bindung )
0,538 ( geometrisch )
Oberflächentemp . Mindest bedeuten max
1 bar 165K _
0,1bar 78K 128K
–2,94 bis –1,66
29,8" bis 50,1"
Atmosphäre
Oberflächendruck _
200–600 kPa (undurchsichtiges Wolkendeck)
27 km
Zusammensetzung nach Volumen

Jupiter ist der fünfte Planet von der Sonne und der größte im Sonnensystem . Es ist ein Gasriese mit einer Masse , die mehr als zweieinhalb Mal so groß ist wie die aller anderen Planeten im Sonnensystem zusammen, aber etwas weniger als ein Tausendstel der Sonnenmasse. Jupiter ist nach dem Mond und der Venus das dritthellste natürliche Objekt am Nachthimmel der Erde und wird seit prähistorischen Zeiten beobachtet . Es wurde nach dem römischen Gott Jupiter , dem König der Götter, benannt.

Jupiter besteht hauptsächlich aus Wasserstoff , aber Helium macht ein Viertel seiner Masse und ein Zehntel seines Volumens aus. Er hat wahrscheinlich einen felsigen Kern aus schwereren Elementen, aber wie die anderen Riesenplaneten im Sonnensystem fehlt ihm eine klar definierte feste Oberfläche. Die anhaltende Kontraktion des Jupiterinneren erzeugt mehr Wärme, als er von der Sonne erhält. Aufgrund seiner schnellen Rotation hat der Planet die Form eines abgeflachten Sphäroids : Er hat eine leichte, aber merkliche Ausbuchtung um den Äquator. Die äußere Atmosphäre ist in eine Reihe von Breitenbändern unterteilt, mit Turbulenzen und Stürmen entlang ihrer interagierenden Grenzen. Ein prominentes Ergebnis davon ist der Große Rote Fleck , ein riesiger Sturm, der seit mindestens 1831 beobachtet wird.

Jupiter ist von einem schwachen planetarischen Ringsystem und einer starken Magnetosphäre umgeben . Jupiters magnetischer Schweif ist fast 800 Millionen  Kilometer (5,3  AE ; 500 Millionen  Meilen ) lang und deckt fast die gesamte Entfernung zur Umlaufbahn des Saturn ab. Jupiter hat 80 bekannte Monde und möglicherweise viele mehr, einschließlich der vier großen Monde , die 1610 von Galileo Galilei entdeckt wurden: Io , Europa , Ganymed und Callisto . Io und Europa sind etwa so groß wie der Erdmond; Callisto ist fast so groß wie der Planet Merkur und Ganymed ist größer.

Pioneer 10 war das erste Raumschiff, das Jupiter besuchte und sich dem Planeten im Dezember 1973 am nächsten näherte. Jupiter wurde seitdemvon mehreren robotischen Raumfahrzeugen erkundet , beginnend mit den Pioneer- und Voyager -Vorbeiflugmissionen von 1973 bis 1979 und später mit dem Galileo -Orbiter im Jahr 1995. Im Jahr 2007 besuchte die New Horizons Jupiter , indem sie seine Schwerkraft nutzte , um seine Geschwindigkeit zu erhöhen, und bog seine Flugbahn auf dem Weg zu Pluto ab . Die jüngste Sonde, die den Planeten besuchte, Juno , trat im Juli 2016 in eine Umlaufbahn um Jupiter ein. Zukünftige Ziele für die Erforschung des Jupiter-Systems umfassen den wahrscheinlich eisbedeckten flüssigen Ozean von Europa.

Name und Symbol

Sowohl in der antiken griechischen als auch in der römischen Zivilisation wurde Jupiter nach dem Hauptgott des göttlichen Pantheons benannt : Zeus für die Griechen und Jupiter für die Römer. Die Internationale Astronomische Union (IAU) nahm 1976 offiziell den Namen Jupiter für den Planeten an. Die IAU benennt neu entdeckte Jupitermonde für die mythologischen Liebhaber, Favoriten und Nachkommen des Gottes. Das Planetensymbol für Jupiter, ♃, stammt von einem griechischen Zeta mit einem horizontalen Strich , ⟨Ƶ⟩, als Abkürzung für Zeus ab .

Jove, der archaische Name von Jupiter, wurde um das 14. Jahrhundert als poetischer Name für den Planeten verwendet. Die Römer benannten den fünften Tag der Woche nach dem Planeten Jupiter diēs Iovis ("Jove's Day"). In der germanischen Mythologie wird Jupiter mit Thor gleichgesetzt , woher der englische Name Thursday für den römischen dies Jovis stammt .

Die ursprüngliche griechische Gottheit Zeus liefert die Wurzel zeno- , die verwendet wird, um einige Jupiter-bezogene Wörter zu bilden, wie z. B. zenographisch . Jupiter ist die Adjektivform von Jupiter. Die ältere Adjektivform jovial , die von Astrologen im Mittelalter verwendet wurde, bedeutet mittlerweile „glücklich“ oder „fröhlich“, Stimmungen, die Jupiters astrologischem Einfluss zugeschrieben werden .

Bildung und Migration

Jupiter gilt als der älteste Planet im Sonnensystem. Aktuelle Modelle zur Entstehung des Sonnensystems legen nahe, dass Jupiter an oder jenseits der Schneegrenze entstanden ist : eine Entfernung von der frühen Sonne, in der die Temperatur ausreichend kalt ist, damit flüchtige Stoffe wie Wasser zu Feststoffen kondensieren können. Der Planet begann als fester Kern, der dann seine gasförmige Atmosphäre ansammelte. Folglich muss sich der Planet gebildet haben, bevor der Sonnennebel vollständig zerstreut war. Während seiner Entstehung nahm Jupiters Masse allmählich zu, bis er die 20-fache Masse der Erde hatte (etwa die Hälfte davon in Silikaten, Eis und anderen Bestandteilen schwerer Elemente). Während die umlaufende Masse über 50 Erdmassen anwuchs, schuf sie eine Lücke im Sonnennebel. Danach erreichte der wachsende Planet seine endgültige Masse in 3–4 Millionen Jahren.

Gemäß der „ Grand-Tack-Hypothese “ begann sich Jupiter in einer Entfernung von etwa 3,5  AE (520 Millionen  km ; 330 Millionen  Meilen ) von der Sonne zu bilden. Als der junge Planet an Masse zunahm , bewirkten Wechselwirkungen mit der Gasscheibe, die die Sonne umkreist, und Umlaufresonanzen mit Saturn, dass er nach innen wanderte. Dies störte die Umlaufbahnen mehrerer Supererden , die näher an der Sonne kreisen, und verursachte eine zerstörerische Kollision. Saturn hätte später begonnen, auch viel schneller als Jupiter nach innen zu wandern, bis die beiden Planeten in einer mittleren Bewegungsresonanz von 3: 2 bei etwa 1,5 AE (220 Millionen km; 140 Millionen Meilen) von der Sonne eingefangen wurden. Dies änderte die Migrationsrichtung, was dazu führte, dass sie von der Sonne weg und aus dem inneren System zu ihren aktuellen Standorten wanderten. All dies geschah über einen Zeitraum von 3–6 Millionen Jahren, wobei die letzte Wanderung des Jupiters mehrere hunderttausend Jahre dauerte. Jupiters Weggang aus dem inneren Sonnensystem ermöglichte schließlich die Bildung der inneren Planeten – einschließlich der Erde – aus den Trümmern.

Es gibt mehrere Probleme mit der Grand-Tack-Hypothese. Die resultierenden Entstehungszeitskalen von terrestrischen Planeten scheinen nicht mit der gemessenen elementaren Zusammensetzung übereinzustimmen. Es ist wahrscheinlich, dass Jupiter sich auf einer viel näher an der Sonne liegenden Umlaufbahn niedergelassen hätte, wenn er durch den Sonnennebel gewandert wäre . Einige konkurrierende Modelle zur Entstehung des Sonnensystems sagen die Entstehung von Jupiter mit Bahneigenschaften voraus, die denen des heutigen Planeten nahe kommen. Andere Modelle sagen voraus, dass sich Jupiter in viel weiter entfernten Entfernungen bildet, z. B. 18 AE (2,7 Milliarden km; 1,7 Milliarden mi).

Basierend auf Jupiters Zusammensetzung haben Forscher für eine anfängliche Formation außerhalb der Schneegrenze von molekularem Stickstoff (N 2 ) plädiert, die auf 20–30 AE (3,0–4,5 Milliarden km; 1,9–2,8 Milliarden mi) von der Sonne geschätzt wird, und möglicherweise sogar außerhalb der Argon-Schneegrenze, die bis zu 40 AE (6,0 Milliarden km; 3,7 Milliarden Meilen) betragen kann. Nachdem er sich in einer dieser extremen Entfernungen gebildet hätte, wäre Jupiter dann nach innen zu seinem derzeitigen Standort gewandert. Diese Einwanderung hätte über einen Zeitraum von etwa 700.000 Jahren stattgefunden, während einer Epoche etwa 2–3 Millionen Jahre nach Beginn der Planetenbildung. In diesem Modell hätten sich Saturn, Uranus und Neptun noch weiter außen als Jupiter gebildet, und Saturn wäre auch nach innen gewandert.

Physikalische Eigenschaften

Jupiter ist ein Gasriese , der hauptsächlich aus Gas und Flüssigkeit und nicht aus fester Materie besteht. Es ist der größte Planet im Sonnensystem mit einem Durchmesser von 142.984 km (88.846 mi) an seinem Äquator . Die durchschnittliche Dichte von Jupiter, 1,326 g/cm 3 , entspricht in etwa der von einfachem Sirup (Sirup USP ) und ist geringer als die der vier terrestrischen Planeten .

Komposition

Jupiters obere Atmosphäre besteht zu etwa 90 % aus Wasserstoff und zu 10 % aus Helium. Da Heliumatome massereicher sind als Wasserstoffmoleküle, besteht Jupiters Atmosphäre zu etwa 24 % aus Helium. Die Atmosphäre enthält Spuren von Methan , Wasserdampf , Ammoniak und Verbindungen auf Siliziumbasis . Es gibt auch fraktionierte Mengen an Kohlenstoff , Ethan , Schwefelwasserstoff , Neon , Sauerstoff , Phosphin und Schwefel . Die äußerste Schicht der Atmosphäre enthält Kristalle von gefrorenem Ammoniak. Durch Infrarot- und Ultraviolettmessungen wurden auch Spuren von Benzol und anderen Kohlenwasserstoffen gefunden. Das Innere des Jupiter enthält dichtere Materialien – der Masse nach besteht es zu etwa 71 % aus Wasserstoff, zu 24 % aus Helium und zu 5 % aus anderen Elementen.

Die atmosphärischen Anteile von Wasserstoff und Helium liegen nahe an der theoretischen Zusammensetzung des primordialen Sonnennebels . Neon in der oberen Atmosphäre besteht nur aus 20 Massenteilen pro Million, was etwa einem Zehntel so viel entspricht wie in der Sonne. Helium wird auch auf etwa 80 % der Heliumzusammensetzung der Sonne reduziert. Diese Erschöpfung ist das Ergebnis des Niederschlags dieser Elemente als heliumreiche Tröpfchen, ein Prozess, der tief im Inneren des Planeten stattfindet.

Basierend auf der Spektroskopie wird angenommen, dass Saturn in seiner Zusammensetzung Jupiter ähnlich ist, aber die anderen Riesenplaneten Uranus und Neptun haben relativ weniger Wasserstoff und Helium und relativ mehr der zweithäufigsten Elemente , einschließlich Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel. Diese Planeten sind als Eisriesen bekannt , weil die meisten ihrer flüchtigen Verbindungen in fester Form vorliegen.

Größe und Masse

siehe Bildunterschrift
Jupiter mit seinem Mond Europa links. Der Durchmesser der Erde ist 11-mal kleiner als Jupiter und 4-mal größer als Europa.

Jupiters Masse ist 2,5-mal so groß wie die aller anderen Planeten im Sonnensystem zusammen – so massiv, dass sein Baryzentrum mit der Sonne über der Sonnenoberfläche bei 1,068  Sonnenradien vom Sonnenzentrum liegt. Jupiter ist viel größer als die Erde und wesentlich weniger dicht: Er hat das 1.321-fache Volumen der Erde, aber nur die 318-fache Masse. Jupiters Radius beträgt etwa ein Zehntel des Radius der Sonne, und seine Masse beträgt ein Tausendstel der Sonnenmasse , da die Dichten der beiden Körper ähnlich sind. Eine „ Jupitermasse “ ( M J oder M Jup ) wird oft als Einheit verwendet, um die Masse anderer Objekte zu beschreiben, insbesondere von extrasolaren Planeten und Braunen Zwergen . Beispielsweise hat der extrasolare Planet HD 209458 b eine Masse von 0,69  M J , während Kappa Andromedae b eine Masse von 12,8  M J hat .

Theoretische Modelle deuten darauf hin, dass, wenn Jupiter über 40 % mehr Masse hätte, das Innere so komprimiert wäre, dass sein Volumen trotz der zunehmenden Menge an Materie abnehmen würde. Bei kleineren Massenänderungen würde sich der Radius nicht nennenswert ändern. Infolgedessen wird angenommen, dass Jupiter einen ungefähr so ​​großen Durchmesser hat, wie es ein Planet seiner Zusammensetzung und Evolutionsgeschichte erreichen kann. Der Prozess des weiteren Schrumpfens mit zunehmender Masse würde sich fortsetzen, bis eine nennenswerte Sternzündung erreicht wäre. Obwohl Jupiter etwa 75-mal massereicher sein müsste, um Wasserstoff zu verschmelzen und ein Stern zu werden, könnte der kleinste Rote Zwerg einen nur geringfügig größeren Radius als Saturn haben.

Jupiter strahlt aufgrund des Kelvin-Helmholtz-Mechanismus in seinem kontrahierenden Inneren mehr Wärme ab, als er durch Sonnenstrahlung erhält . Dieser Prozess führt dazu, dass Jupiter um etwa 1 mm (0,039 in) / Jahr schrumpft. Als er entstand, war Jupiter heißer und hatte etwa das Doppelte seines derzeitigen Durchmessers.

Interne Struktur

Diagramm von Jupiter, seinem Inneren, Oberflächenmerkmalen, Ringen und inneren Monden.

Vor dem frühen 21. Jahrhundert schlugen die meisten Wissenschaftler eines von zwei Szenarien für die Entstehung von Jupiter vor. Wenn der Planet zuerst als fester Körper akkretiert würde, würde er aus einem dichten Kern , einer umgebenden Schicht aus flüssigem metallischem Wasserstoff (mit etwas Helium), die sich nach außen auf etwa 80 % des Radius des Planeten erstreckt, und einer äußeren Atmosphäre bestehen, die hauptsächlich aus besteht molekularer Wasserstoff . Wenn der Planet alternativ direkt aus der gasförmigen protoplanetaren Scheibe kollabierte , wurde erwartet, dass ihm vollständig ein Kern fehlt, der statt aus dichterer und dichterer Flüssigkeit (überwiegend molekularer und metallischer Wasserstoff) bis zum Zentrum besteht. Daten der Juno - Mission zeigten, dass Jupiter einen sehr diffusen Kern hat, der sich mit seinem Mantel vermischt. Dieser Mischprozess könnte während der Entstehung entstanden sein, während der Planet Feststoffe und Gase aus dem umgebenden Nebel ansammelte. Alternativ könnte es durch einen Einschlag eines Planeten von etwa zehn Erdmassen einige Millionen Jahre nach der Entstehung des Jupiters verursacht worden sein, der einen ursprünglich festen Jupiterkern zerstört hätte. Es wird geschätzt, dass der Kern 30–50 % des Planetenradius einnimmt und schwere Elemente mit einer Gesamtmasse von 7–25 Erdmassen enthält.

Außerhalb der Schicht aus metallischem Wasserstoff liegt eine transparente Innenatmosphäre aus Wasserstoff. In dieser Tiefe liegen Druck und Temperatur über dem kritischen Druck von molekularem Wasserstoff von 1,3 MPa und der kritischen Temperatur von 33  K (–240,2  ° C ; –400,3  ° F ). In diesem Zustand gibt es keine getrennten flüssigen und gasförmigen Phasen – Wasserstoff soll sich in einem überkritischen flüssigen Zustand befinden. Das Wasserstoff- und Heliumgas, das sich von der Wolkenschicht nach unten ausbreitet, geht in tieferen Schichten allmählich in eine Flüssigkeit über, die möglicherweise so etwas wie einen Ozean aus flüssigem Wasserstoff und anderen überkritischen Flüssigkeiten ähnelt. Physikalisch wird das Gas mit zunehmender Tiefe allmählich heißer und dichter.

Regenähnliche Tröpfchen aus Helium und Neon fallen durch die untere Atmosphäre nach unten und erschöpfen die Fülle dieser Elemente in der oberen Atmosphäre. Berechnungen legen nahe, dass sich Heliumtropfen in einem Radius von 60.000 km (37.000 mi) (11.000 km (6.800 mi) unter den Wolkenspitzen) von metallischem Wasserstoff trennen und bei 50.000 km (31.000 mi) (22.000 km (14.000 mi) unter den Wolken wieder verschmelzen ). Regenfälle von Diamanten wurden vermutet, ebenso wie auf Saturn und den Eisriesen Uranus und Neptun.

Die Temperatur und der Druck innerhalb des Jupiters steigen stetig nach innen, da die Hitze der Planetenentstehung nur durch Konvektion entweichen kann. In einer Oberflächentiefe, in der das atmosphärische Druckniveau 1  bar (0,10  MPa ) beträgt, beträgt die Temperatur etwa 165 K (–108 ° C; –163 ° F). Der Bereich des überkritischen Wasserstoffs ändert sich allmählich von einer molekularen Flüssigkeit zu einer metallischen Flüssigkeit und erstreckt sich über Druckbereiche von 50–400 GPa mit Temperaturen von 5.000–8.400 K (4.730–8.130 ° C; 8.540–14.660 ° F). Die Temperatur von Jupiters verdünntem Kern wird auf 20.000 K (19.700 ° C; 35.500 ° F) mit einem Druck von etwa 4.000 GPa geschätzt.

Atmosphäre

Die Atmosphäre von Jupiter erstreckt sich bis zu einer Tiefe von 3.000 km (2.000 mi) unter den Wolkenschichten.

Wolkenschichten

Blick auf den Südpol des Jupiters
Verbesserte Farbansicht von Jupiters Südstürmen

Jupiter ist ständig mit Wolken aus Ammoniakkristallen bedeckt, die auch Ammoniumhydrogensulfid enthalten können . Die Wolken befinden sich in der Tropopausenschicht der Atmosphäre und bilden Bänder in verschiedenen Breitengraden, die als tropische Regionen bekannt sind. Diese werden in hellere Zonen und dunklere Gürtel unterteilt . Die Wechselwirkungen dieser widersprüchlichen Zirkulationsmuster verursachen Stürme und Turbulenzen . Windgeschwindigkeiten von 100 Metern pro Sekunde (360 km/h; 220 mph) sind in zonalen Jetstreams üblich . Es wurde beobachtet, dass die Zonen von Jahr zu Jahr in Breite, Farbe und Intensität variieren, aber sie blieben stabil genug, dass Wissenschaftler sie benennen konnten.

Die Wolkenschicht ist etwa 50 km tief und besteht aus mindestens zwei Decks mit Ammoniakwolken: einer dünnen, klareren Region oben mit einem dickeren unteren Deck. Möglicherweise befindet sich unter den Ammoniakwolken eine dünne Wasserwolkenschicht , wie durch Blitze nahegelegt wird , die in der Atmosphäre des Jupiter entdeckt wurden. Diese elektrischen Entladungen können bis zu tausendmal so stark sein wie Blitze auf der Erde. Es wird angenommen, dass die Wasserwolken ähnlich wie terrestrische Gewitter Gewitter erzeugen, angetrieben durch die aus dem Inneren aufsteigende Hitze. Die Juno-Mission enthüllte das Vorhandensein von "flachen Blitzen", die von Ammoniak-Wasser-Wolken stammen, die relativ hoch in der Atmosphäre sind. Diese Entladungen tragen mit Eis bedeckte "Mushballs" aus Wasser-Ammoniak-Schlamm, die tief in die Atmosphäre fallen. In Jupiters oberer Atmosphäre wurden Blitze in der oberen Atmosphäre beobachtet, helle Lichtblitze, die etwa 1,4 Millisekunden dauern. Diese werden als "Elfen" oder "Kobolde" bezeichnet und erscheinen aufgrund des Wasserstoffs blau oder rosa.

Die orangefarbenen und braunen Farben in den Jupiterwolken werden durch aufsteigende Verbindungen verursacht, die ihre Farbe ändern, wenn sie dem ultravioletten Licht der Sonne ausgesetzt werden. Die genaue Zusammensetzung bleibt ungewiss, aber es wird angenommen, dass die Substanzen aus Phosphor, Schwefel oder möglicherweise Kohlenwasserstoffen bestehen. Diese farbenfrohen Verbindungen, bekannt als Chromophore , vermischen sich mit den wärmeren Wolken des Unterdecks. Die hellen Zonen entstehen, wenn aufsteigende Konvektionszellen kristallisierendes Ammoniak bilden, das die Chromophore verdeckt.

Jupiters geringe axiale Neigung bedeutet, dass die Pole immer weniger Sonneneinstrahlung erhalten als die Äquatorregion des Planeten. Konvektion im Inneren des Planeten transportiert Energie zu den Polen und gleicht die Temperaturen an der Wolkenschicht aus.

Großer Roter Fleck und andere Wirbel

Nahaufnahme des Großen Roten Flecks, aufgenommen von der Raumsonde Juno im April 2018

Das bekannteste Merkmal von Jupiter ist der Große Rote Fleck , ein anhaltender antizyklonaler Sturm, der sich 22° südlich des Äquators befindet. Es ist bekannt, dass er seit mindestens 1831 und möglicherweise seit 1665 existiert. Bilder des Hubble-Weltraumteleskops haben bis zu zwei „rote Flecken“ neben dem Großen Roten Fleck gezeigt. Der Sturm ist durch erdgestützte Teleskope mit einer Öffnung von 12 cm oder größer sichtbar. Das ovale Objekt dreht sich gegen den Uhrzeigersinn, mit einem Zeitraum von etwa sechs Tagen. Die maximale Höhe dieses Sturms beträgt etwa 8 km (5 Meilen) über den umliegenden Wolkendecken. Die Zusammensetzung des Flecks und die Quelle seiner roten Farbe bleiben ungewiss, obwohl photodissoziiertes Ammoniak , das mit Acetylen reagiert , eine wahrscheinliche Erklärung ist.

Der Große Rote Fleck ist größer als die Erde. Mathematische Modelle deuten darauf hin, dass der Sturm stabil ist und ein dauerhaftes Merkmal des Planeten sein wird. Seit seiner Entdeckung hat es jedoch deutlich an Größe abgenommen. Erste Beobachtungen in den späten 1800er Jahren zeigten einen Durchmesser von ungefähr 41.000 km (25.500 Meilen). Zum Zeitpunkt der Vorbeiflüge der Voyager im Jahr 1979 hatte der Sturm eine Länge von 23.300 km (14.500 Meilen) und eine Breite von ungefähr 13.000 km (8.000 Meilen). Hubble -Beobachtungen im Jahr 1995 zeigten, dass seine Größe auf 20.950 km (13.020 Meilen) zurückgegangen war, und Beobachtungen im Jahr 2009 zeigten, dass die Größe 17.910 km (11.130 Meilen) betrug. Ab 2015 wurde der Sturm auf ungefähr 16.500 x 10.940 km (10.250 x 6.800 Meilen) gemessen und nahm um etwa 930 km (580 Meilen) pro Jahr an Länge ab. Im Oktober 2021 maß eine Juno -Vorbeiflugmission die Tiefe des Großen Roten Flecks auf etwa 300 bis 500 Kilometer (190 bis 310 Meilen).

Juno -Missionen zeigen, dass es an Jupiters Polen mehrere polare Wirbelsturmgruppen gibt. Die nördliche Gruppe enthält neun Wirbelstürme, mit einem großen in der Mitte und acht weiteren um ihn herum, während sein südliches Gegenstück ebenfalls aus einem zentralen Wirbel besteht, aber von fünf großen Stürmen und einem einzigen kleineren umgeben ist. Diese polaren Strukturen entstehen durch die Turbulenzen in Jupiters Atmosphäre und können mit dem Sechseck am Nordpol des Saturn verglichen werden.

Bildung von Oval BA aus drei weißen Ovalen

Im Jahr 2000 bildete sich auf der Südhalbkugel ein atmosphärisches Merkmal, das dem Großen Roten Fleck ähnelt, aber kleiner ist. Dies entstand, als kleinere, weiße, ovale Stürme zu einem einzigen Merkmal verschmolzen – diese drei kleineren weißen Ovale wurden zwischen 1939 und 1940 gebildet. Das zusammengeführte Feature wurde Oval BA genannt . Seitdem hat es an Intensität zugenommen und sich von Weiß zu Rot geändert, was ihm den Spitznamen "Little Red Spot" gab.

Im April 2017 wurde in Jupiters Thermosphäre am Nordpol ein „Great Cold Spot“ entdeckt . Dieses Merkmal ist 24.000 km (15.000 mi) breit, 12.000 km (7.500 mi) breit und 200 ° C (360 ° F) kühler als das umgebende Material. Während dieser Fleck kurzfristig Form und Intensität ändert, behält er seine allgemeine Position in der Atmosphäre seit mehr als 15 Jahren bei. Es könnte ein riesiger Wirbel ähnlich dem Großen Roten Fleck sein und scheint quasi stabil zu sein wie die Wirbel in der Thermosphäre der Erde. Dieses Merkmal kann durch Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen, die von Io erzeugt werden, und dem starken Magnetfeld von Jupiter gebildet werden, was zu einer Umverteilung des Wärmeflusses führt.

Magnetosphäre

Polarlichter am Nord- und Südpol
(Animation)
Polarlichter am Nordpol
(Hubble)
Infrarotansicht des Südlichts
( Jovian IR Mapper )

Jupiters Magnetfeld ist das stärkste aller Planeten im Sonnensystem, mit einem Dipolmoment von 4,170 Gauss (0,4170  mT ), das in einem Winkel von 10,31° zum Rotationspol geneigt ist. Die Stärke des Oberflächenmagnetfelds variiert von 2 Gauss (0,20 mT) bis zu 20 Gauss (2,0 mT). Es wird angenommen, dass dieses Feld durch Wirbelströme – Wirbelbewegungen von leitenden Materialien – innerhalb des flüssigen metallischen Wasserstoffkerns erzeugt wird. Bei etwa 75 Jupiterradien vom Planeten erzeugt die Wechselwirkung der Magnetosphäre mit dem Sonnenwind einen Bogenstoß . Jupiters Magnetosphäre ist von einer Magnetopause umgeben , die sich am inneren Rand einer Magnetosheath befindet – einer Region zwischen ihr und dem Bugschock. Der Sonnenwind interagiert mit diesen Regionen, dehnt die Magnetosphäre auf der Leeseite des Jupiters aus und dehnt sie nach außen aus, bis sie fast die Umlaufbahn des Saturn erreicht. Die vier größten Jupitermonde umkreisen alle innerhalb der Magnetosphäre, die sie vor dem Sonnenwind schützt.

Die Vulkane auf dem Mond Io stoßen große Mengen Schwefeldioxid aus und bilden entlang der Umlaufbahn des Mondes einen Gastorus . Das Gas wird in Jupiters Magnetosphäre ionisiert und produziert Schwefel- und Sauerstoffionen . Sie bilden zusammen mit Wasserstoffionen, die aus der Jupiteratmosphäre stammen, eine Plasmaschicht in der Äquatorialebene des Jupiters. Das Plasma in der Schicht dreht sich mit dem Planeten mit, wodurch das Dipol-Magnetfeld in das einer Magnetscheibe verformt wird. Elektronen innerhalb der Plasmaschicht erzeugen eine starke Funksignatur mit kurzen, überlagerten Ausbrüchen im Bereich von 0,6–30  MHz , die von der Erde aus mit Kurzwellen-Funkempfängern für Verbraucher erkennbar sind . Während sich Io durch diesen Torus bewegt, erzeugt die Wechselwirkung Alfvén-Wellen , die ionisierte Materie in die Polarregionen des Jupiter tragen. Als Ergebnis werden Radiowellen durch einen Zyklotron - Maser -Mechanismus erzeugt und die Energie entlang einer kegelförmigen Oberfläche übertragen. Wenn die Erde diesen Kegel schneidet, können die Radioemissionen von Jupiter die Radioausgabe der Sonne übersteigen.

Planetenringe

Jupiter hat ein schwaches Planetenringsystem , das aus drei Hauptsegmenten besteht: einem inneren Torus aus Partikeln, der als Halo bekannt ist, einem relativ hellen Hauptring und einem äußeren hauchdünnen Ring. Diese Ringe scheinen aus Staub zu bestehen, während die Ringe des Saturn aus Eis bestehen. Der Hauptring besteht höchstwahrscheinlich aus Material, das von den Satelliten Adrastea und Metis ausgestoßen wird und aufgrund des starken Gravitationseinflusses des Planeten in Jupiter hineingezogen wird. Durch zusätzliche Schläge kommt neues Material hinzu. Auf ähnliche Weise wird angenommen, dass die Monde Thebe und Amalthea die beiden unterschiedlichen Komponenten des staubigen hauchdünnen Rings produzieren. Es gibt Hinweise auf einen vierten Ring, der aus Kollisionstrümmern von Amalthea bestehen könnte, die entlang der Umlaufbahn desselben Mondes aufgereiht sind.

Umlaufbahn und Drehung

siehe Bildunterschrift
Umlaufbahn von Jupiter und anderen Planeten des äußeren Sonnensystems

Jupiter ist der einzige Planet, dessen Baryzentrum mit der Sonne außerhalb des Sonnenvolumens liegt, allerdings nur um 7 % des Sonnenradius. Der durchschnittliche Abstand zwischen Jupiter und der Sonne beträgt 778 Millionen km (5,2 AE ) und er absolviert alle 11,86 Jahre eine Umlaufbahn. Dies ist ungefähr zwei Fünftel der Umlaufzeit von Saturn, wodurch eine nahe Umlaufbahnresonanz entsteht . Die Bahnebene des Jupiters ist gegenüber der Erde um 1,30° geneigt . Da die Exzentrizität seiner Umlaufbahn 0,049 beträgt, ist Jupiter am Perihel etwas mehr als 75 Millionen km näher an der Sonne als am Aphel .

Die axiale Neigung des Jupiter ist mit nur 3,13° relativ gering, sodass seine Jahreszeiten im Vergleich zu denen von Erde und Mars unbedeutend sind.

Jupiters Rotation ist die schnellste aller Planeten des Sonnensystems und vollendet eine Rotation um seine eigene Achse in etwas weniger als zehn Stunden; Dadurch entsteht eine äquatoriale Wölbung , die durch ein Amateurteleskop leicht zu sehen ist. Da Jupiter kein fester Körper ist, unterliegt seine obere Atmosphäre einer unterschiedlichen Rotation . Die Rotation der Jupiter-Polatmosphäre ist etwa 5 Minuten länger als die der äquatorialen Atmosphäre. Der Planet ist ein abgeflachtes Sphäroid, was bedeutet, dass der Durchmesser über seinem Äquator länger ist als der Durchmesser, der zwischen seinen Polen gemessen wird . Auf Jupiter ist der Äquatordurchmesser 9.276 km (5.764 mi) länger als der Poldurchmesser.

Drei Systeme werden als Referenzrahmen für die Verfolgung der Planetenrotation verwendet, insbesondere bei der grafischen Darstellung der Bewegung atmosphärischer Merkmale. System I gilt für Breiten von 7° N bis 7° S; seine Periode ist mit 9h 50m 30.0s die kürzeste des Planeten. System II gilt für nördliche und südliche Breiten; seine Periode beträgt 9h 55m 40,6s. System III wurde von Radioastronomen definiert und entspricht der Rotation der Magnetosphäre des Planeten; seine Periode ist Jupiters offizielle Rotation.

Überwachung

siehe Bildunterschrift
Jupiter und vier galiläische Monde, gesehen durch ein Amateurteleskop

Jupiter ist normalerweise das vierthellste Objekt am Himmel (nach der Sonne, dem Mond und der Venus ), obwohl Mars bei Opposition heller erscheinen kann als Jupiter. Abhängig von Jupiters Position in Bezug auf die Erde kann seine visuelle Helligkeit von bis zu –2,94 bei Opposition bis zu –1,66 bei Konjunktion mit der Sonne variieren. Die mittlere scheinbare Helligkeit beträgt –2,20 mit einer Standardabweichung von 0,33. Der Winkeldurchmesser von Jupiter variiert ebenfalls zwischen 50,1 und 30,5 Bogensekunden . Günstige Oppositionen treten auf, wenn Jupiter das Perihel seiner Umlaufbahn passiert und ihn näher an die Erde bringt. In der Nähe der Opposition scheint Jupiter für einen Zeitraum von etwa 121 Tagen in eine rückläufige Bewegung überzugehen, wobei er sich um einen Winkel von 9,9° rückwärts bewegt, bevor er wieder zur fortschreitenden Bewegung zurückkehrt.

Da die Umlaufbahn des Jupiters außerhalb der Erdbahn liegt, beträgt der Phasenwinkel des Jupiters von der Erde aus gesehen immer weniger als 11,5°; Daher erscheint Jupiter immer fast vollständig beleuchtet, wenn er durch erdgestützte Teleskope betrachtet wird. Nur während Raumfahrzeugmissionen zum Jupiter wurden Halbmondansichten des Planeten erhalten. Ein kleines Teleskop zeigt normalerweise die vier galiläischen Jupitermonde und die markanten Wolkengürtel über der Jupiteratmosphäre . Ein größeres Teleskop mit einer Öffnung von 10,16–15,24 cm (4–6 Zoll) zeigt Jupiters Großen Roten Fleck, wenn er der Erde zugewandt ist.

Geschichte

Vorteleskopische Forschung

Modell im Almagest der Längsbewegung des Jupiter (☉) relativ zur Erde (🜨)

Die Beobachtung des Jupiter geht mindestens auf die babylonischen Astronomen des 7. oder 8. Jahrhunderts v. Chr. zurück. Die alten Chinesen kannten Jupiter als den " Suì- Stern" ( Suìxīng 歲星) und legten ihren Zyklus von 12 irdischen Ästen fest , basierend auf der ungefähren Anzahl von Jahren, die Jupiter braucht, um sich um die Sonne zu drehen; Die chinesische Sprache verwendet immer noch ihren Namen ( vereinfacht als), wenn sie sich auf das Alter bezieht. Bis zum 4. Jahrhundert v. Chr. hatten sich diese Beobachtungen zum chinesischen Tierkreis entwickelt und wurden jedes Jahr mit einem Tai-Sui -Stern und Gott in Verbindung gebracht , der die Region des Himmels gegenüber Jupiters Position am Nachthimmel kontrollierte. Diese Überzeugungen überleben in einigen taoistischen religiösen Praktiken und in den zwölf Tieren des ostasiatischen Tierkreises. Der chinesische Historiker Xi Zezong hat behauptet, dass Gan De , ein alter chinesischer Astronom , einen kleinen Stern „im Bündnis“ mit dem Planeten gemeldet hat, was darauf hindeuten könnte, dass mit bloßem Auge einer der Jupitermonde gesichtet wurde. Wenn dies zutrifft, würde dies fast zwei Jahrtausende vor Galileos Entdeckung liegen.

Eine Abhandlung aus dem Jahr 2016 berichtet, dass die Trapezregel von den Babyloniern vor 50 v. Chr. verwendet wurde, um die Geschwindigkeit des Jupiters entlang der Ekliptik zu integrieren . In seiner Arbeit Almagest aus dem 2. Jahrhundert konstruierte der hellenistische Astronom Claudius Ptolemaeus ein geozentrisches Planetenmodell auf der Grundlage von Deferenten und Epizykeln , um Jupiters Bewegung relativ zur Erde zu erklären, und gab seine Umlaufzeit um die Erde mit 4332,38 Tagen oder 11,86 Jahren an.

Bodengestützte Teleskopforschung

Galileos ursprüngliche Beobachtungsnotiz der Jupitermonde

Im Jahr 1610 entdeckte der italienische Universalgelehrte Galileo Galilei mit einem Teleskop die vier größten Jupitermonde (heute bekannt als die Galileischen Monde ). Es wird angenommen, dass dies die erste teleskopische Beobachtung von anderen Monden als der Erde ist. Nur einen Tag nach Galileo entdeckte Simon Marius selbstständig Monde um Jupiter, obwohl er seine Entdeckung erst 1614 in einem Buch veröffentlichte. Es waren jedoch Marius' Namen für die großen Monde, die hängen blieben: Io, Europa, Ganymed und Callisto . Die Entdeckung war ein wichtiger Punkt zugunsten der heliozentrischen Theorie von Copernicus über die Bewegungen der Planeten; Galileis ausgesprochene Unterstützung der kopernikanischen Theorie führte dazu, dass er von der Inquisition vor Gericht gestellt und verurteilt wurde .

In den 1660er Jahren benutzte Giovanni Cassini ein neues Teleskop, um Flecken und bunte Bänder in Jupiters Atmosphäre zu entdecken, zu beobachten, dass der Planet abgeflacht erschien, und seine Rotationsperiode abzuschätzen. 1692 bemerkte Cassini, dass die Atmosphäre einer unterschiedlichen Rotation unterliegt.

Der Große Rote Fleck wurde möglicherweise bereits 1664 von Robert Hooke und 1665 von Cassini beobachtet, obwohl dies umstritten ist. Der Apotheker Heinrich Schwabe fertigte 1831 die früheste bekannte Zeichnung an, die Details des Großen Roten Flecks zeigt. Der Rote Fleck wurde Berichten zufolge zwischen 1665 und 1708 mehrmals aus dem Blickfeld verloren, bevor er 1878 ziemlich auffällig wurde. 1883 wurde ein erneutes Verblassen registriert und zu Beginn des 20. Jahrhunderts.

Sowohl Giovanni Borelli als auch Cassini erstellten sorgfältige Tabellen der Bewegungen der Jupitermonde, die Vorhersagen darüber ermöglichten, wann die Monde vor oder hinter dem Planeten vorbeiziehen würden. In den 1670er Jahren beobachtete Cassini, dass diese Ereignisse etwa 17 Minuten später als erwartet eintreten würden, wenn Jupiter auf der der Erde entgegengesetzten Seite der Sonne stand. Ole Rømer folgerte, dass sich Licht nicht sofort fortbewegt (eine Schlussfolgerung, die Cassini zuvor abgelehnt hatte), und diese zeitliche Diskrepanz wurde verwendet, um die Lichtgeschwindigkeit abzuschätzen .

1892 beobachtete EE Barnard mit dem 36-Zoll-Refraktor (910 mm) am Lick Observatory in Kalifornien einen fünften Jupitersatelliten . Dieser Mond wurde später Amalthea genannt . Es war der letzte Planetenmond, der direkt von einem visuellen Beobachter durch ein Teleskop entdeckt wurde. Weitere acht Satelliten wurden vor dem Vorbeiflug der Sonde Voyager 1 im Jahr 1979 entdeckt.

Jupiter von JWST im Infraroten betrachtet
(14. Juli 2022)

1932 identifizierte Rupert Wildt Absorptionsbanden von Ammoniak und Methan in den Spektren von Jupiter. 1938 wurden drei langlebige antizyklonale Merkmale, sogenannte „weiße Ovale“, beobachtet. Mehrere Jahrzehnte lang blieben sie als getrennte Merkmale in der Atmosphäre, die sich manchmal einander näherten, aber nie verschmolzen. Schließlich fusionierten 1998 zwei der Ovale, übernahmen dann im Jahr 2000 das dritte und wurden zu Oval BA .

Weltraumgestützte Teleskopforschung

Am 14. Juli 2022 präsentierte die NASA Bilder von Jupiter und verwandten Gebieten, die zum ersten Mal vom James Webb Space Telescope (JWST) aufgenommen wurden, einschließlich Infrarotansichten.

Forschung am Radioteleskop

Bild von Jupiter und seinen Strahlungsgürteln im Radio

1955 entdeckten Bernard Burke und Kenneth Franklin , dass Jupiter Radiowellen mit einer Frequenz von 22,2 MHz aussendet. Die Periode dieser Ausbrüche stimmte mit der Rotation des Planeten überein, und sie verwendeten diese Informationen, um einen genaueren Wert für die Rotationsgeschwindigkeit des Jupiter zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass Funkstöße von Jupiter in zwei Formen auftreten: lange Bursts (oder L-Bursts) mit einer Dauer von bis zu mehreren Sekunden und kurze Bursts (oder S-Bursts) mit einer Dauer von weniger als einer Hundertstelsekunde.

Wissenschaftler haben drei Formen von Radiosignalen entdeckt, die von Jupiter gesendet werden:

  • Dekametrische Radioblitze (mit einer Wellenlänge von mehreren zehn Metern) variieren mit der Rotation von Jupiter und werden durch die Wechselwirkung von Io mit Jupiters Magnetfeld beeinflusst.
  • Die dezimetrische Radioemission (mit in Zentimetern gemessenen Wellenlängen) wurde erstmals 1959 von Frank Drake und Hein Hvatum beobachtet. Der Ursprung dieses Signals ist ein torusförmiger Gürtel um Jupiters Äquator, der Zyklotronstrahlung aus Elektronen erzeugt, die in Jupiters Magnetfeld beschleunigt werden .
  • Wärmestrahlung wird durch Wärme in der Atmosphäre des Jupiters erzeugt.

Erkundung

Jupiter wird seit 1973 von automatisierten Raumfahrzeugen besucht, als die Raumsonde Pioneer 10 nahe genug an Jupiter vorbeiflog, um Enthüllungen über seine Eigenschaften und Phänomene zurückzusenden. Missionen zum Jupiter werden mit Energiekosten durchgeführt, die durch die Nettogeschwindigkeitsänderung des Raumfahrzeugs oder Delta-v beschrieben werden . Das Eintreten in eine Hohmann-Transferbahn von der Erde zum Jupiter aus einer niedrigen Erdumlaufbahn erfordert ein Delta-v von 6,3 km / s, was vergleichbar ist mit den 9,7 km / s delta-v, die zum Erreichen einer niedrigen Erdumlaufbahn erforderlich sind. Die Gravitationsunterstützung durch planetare Vorbeiflüge kann verwendet werden, um die Energie zu reduzieren, die erforderlich ist, um Jupiter zu erreichen.

Flyby-Missionen

Raumfahrzeug Engste
Annäherung
Distanz
Pionier 10 3. Dezember 1973 130.000 Kilometer
Pionier 11 4. Dezember 1974 34.000 Kilometer
Reisender 1 5. März 1979 349.000 km
Reisender 2 9. Juli 1979 570.000 km
Ulysses 8. Februar 1992 408.894 Kilometer
4. Februar 2004 120.000.000 Kilometer
Kassini 30. Dezember 2000 10.000.000 Kilometer
Neue Horizonte 28. Februar 2007 2.304.535 km

Seit 1973 haben mehrere Raumfahrzeuge planetare Vorbeiflugmanöver durchgeführt, die sie in Beobachtungsreichweite von Jupiter brachten. Die Pioneer -Missionen erhielten die ersten Nahaufnahmen von Jupiters Atmosphäre und mehreren seiner Monde. Sie entdeckten, dass die Strahlungsfelder in der Nähe des Planeten viel stärker waren als erwartet, aber beide Raumschiffe konnten in dieser Umgebung überleben. Die Flugbahnen dieser Raumfahrzeuge wurden verwendet, um die Massenschätzungen des Jupiter-Systems zu verfeinern. Radiobedeckungen durch den Planeten führten zu besseren Messungen des Jupiterdurchmessers und des Ausmaßes der Polabflachung.

Sechs Jahre später verbesserten die Voyager - Missionen das Verständnis der galiläischen Monde erheblich und entdeckten Jupiters Ringe. Sie bestätigten auch, dass der Große Rote Fleck antizyklonal war. Der Vergleich der Bilder zeigte, dass der Fleck seit den Pioneer-Missionen seinen Farbton geändert hatte und sich von orange zu dunkelbraun verändert hatte. Entlang der Umlaufbahn von Io wurde ein Torus aus ionisierten Atomen entdeckt, die von ausbrechenden Vulkanen auf der Mondoberfläche stammen. Als das Raumschiff hinter dem Planeten vorbeiflog, beobachtete es Blitze in der Atmosphäre der Nachtseite .

Die nächste Mission zur Begegnung mit Jupiter war die Sonnensonde Ulysses . Im Februar 1992 führte es ein Vorbeiflugmanöver durch, um eine polare Umlaufbahn um die Sonne zu erreichen. Während dieses Vorbeiflugs untersuchte das Raumschiff Jupiters Magnetosphäre, obwohl es keine Kameras hatte, um den Planeten zu fotografieren. Sechs Jahre später passierte die Raumsonde Jupiter, diesmal in viel größerer Entfernung.

Im Jahr 2000 flog die Cassini -Sonde auf ihrem Weg zum Saturn an Jupiter vorbei und lieferte Bilder mit höherer Auflösung.

Die Sonde New Horizons flog 2007 an Jupiter vorbei, um auf dem Weg zu Pluto von der Schwerkraft unterstützt zu werden . Die Kameras der Sonde maßen den Plasmaausstoß von Vulkanen auf Io und untersuchten alle vier galiläischen Monde im Detail.

Galileo- Mission

Galileo in Vorbereitung auf die Paarung mit der Rakete, 2000

Das erste Raumschiff, das Jupiter umkreiste, war die Galileo -Mission, die den Planeten am 7. Dezember 1995 erreichte. Sie blieb über sieben Jahre im Orbit und führte mehrere Vorbeiflüge an allen galiläischen Monden und Amalthea durch . Die Raumsonde wurde auch Zeuge des Aufpralls des Kometen Shoemaker–Levy 9 , als dieser 1994 mit Jupiter kollidierte. Einige der Missionsziele wurden aufgrund einer Fehlfunktion in Galileos High-Gain-Antenne vereitelt.

Eine 340 Kilogramm schwere atmosphärische Sonde aus Titan wurde im Juli 1995 aus dem Raumschiff entlassen und trat am 7. Dezember in Jupiters Atmosphäre ein. Sie flog mit einem Fallschirm durch 150 km (93 Meilen) der Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von etwa 2.575 km / h (1600 mph) und sammelte sich Daten für 57,6 Minuten, bis das Raumschiff zerstört wurde. Der Galileo -Orbiter selbst erlebte eine schnellere Version des gleichen Schicksals, als er am 21. September 2003 absichtlich auf den Planeten gelenkt wurde. Die NASA zerstörte das Raumschiff, um jede Möglichkeit zu vermeiden, dass das Raumschiff auf den Mond Europa stürzt und ihn möglicherweise kontaminiert kann Leben beherbergen .

Daten dieser Mission zeigten, dass Wasserstoff bis zu 90 % der Atmosphäre des Jupiters ausmacht. Die aufgezeichnete Temperatur betrug mehr als 300 °C (570 °F) und die gemessene Windgeschwindigkeit mehr als 644 km/h (>400 mph), bevor die Sonden verdampften.

Juno- Mission

siehe Bildunterschrift
Juno bereitet sich auf den Test in einem Rotationsstand vor, 2011

Die Juno -Mission der NASA erreichte Jupiter am 4. Juli 2016 mit dem Ziel, den Planeten im Detail von einer polaren Umlaufbahn aus zu untersuchen . Ursprünglich sollte die Raumsonde den Jupiter innerhalb von zwanzig Monaten siebenunddreißig Mal umrunden. Während der Mission wird die Raumsonde hohen Strahlungswerten von Jupiters Magnetosphäre ausgesetzt , was zu einem zukünftigen Ausfall bestimmter Instrumente führen kann. Am 27. August 2016 absolvierte die Raumsonde ihren ersten Vorbeiflug an Jupiter und schickte die allerersten Bilder von Jupiters Nordpol zurück.

Juno absolvierte 12 Umlaufbahnen vor dem Ende ihres budgetierten Missionsplans, der im Juli 2018 endete. Im Juni dieses Jahres verlängerte die NASA den Missionsbetriebsplan bis Juli 2021, und im Januar dieses Jahres wurde die Mission mit vier Vorbeiflügen am Mond bis September 2025 verlängert : einer von Ganymed, einer von Europa und zwei von Io. Wenn Juno das Ende der Mission erreicht, wird sie einen kontrollierten Deorbit durchführen und in Jupiters Atmosphäre zerfallen. Dadurch wird das Risiko einer Kollision mit den Jupitermonden vermieden.

Abgebrochene Missionen und Zukunftspläne

Es besteht großes Interesse an Missionen zur Untersuchung von Jupiters größeren Eismonden, die möglicherweise flüssige Ozeane unter der Oberfläche haben. Finanzierungsschwierigkeiten haben den Fortschritt verzögert, was dazu führte, dass der JIMO ( Jupiter Icy Moons Orbiter ) der NASA im Jahr 2005 abgesagt wurde. Ein anschließender Vorschlag wurde für eine gemeinsame NASA / ESA - Mission namens EJSM/Laplace mit einem vorläufigen Starttermin um 2020 entwickelt. EJSM/Laplace würde bestanden aus dem von der NASA geführten Orbiter Jupiter Europa und dem von der ESA geführten Orbiter Jupiter Ganymede . Die ESA beendete die Partnerschaft jedoch im April 2011 offiziell und verwies auf Budgetprobleme bei der NASA und die Auswirkungen auf den Missionszeitplan. Stattdessen plante die ESA, mit einer rein europäischen Mission fortzufahren, um an ihrer L1 Cosmic Vision - Auswahl teilzunehmen. Diese Pläne wurden als Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation verwirklicht , der 2023 starten soll, gefolgt von der Europa Clipper - Mission der NASA, die 2024 starten soll.

Andere vorgeschlagene Missionen umfassen die Gan De -Mission der chinesischen Nationalen Weltraumbehörde , die darauf abzielt, um das Jahr 2035 einen Orbiter zum Jupiter-System und möglicherweise Callisto zu starten , sowie CNSAs Interstellar Express und NASAs Interstellar Probe , die beide die Schwerkraft des Jupiter nutzen würden, um ihnen zu helfen, das zu erreichen Ränder der Heliosphäre.

Monde

Jupiter hat 80 bekannte natürliche Monde . Davon haben 60 einen Durchmesser von weniger als 10 km. Die vier größten Monde sind Io, Europa, Ganymed und Callisto, die zusammen als die „ galiläischen Monde “ bekannt sind und in einer klaren Nacht von der Erde aus mit einem Fernglas sichtbar sind.

Galileische Monde

Die von Galileo entdeckten Monde – Io, Europa, Ganymed und Callisto – gehören zu den größten im Sonnensystem. Die Bahnen von Io, Europa und Ganymed bilden ein Muster, das als Laplace-Resonanz bekannt ist ; für alle vier Umlaufbahnen, die Io um Jupiter macht, macht Europa genau zwei Umlaufbahnen und Ganymed macht genau eine. Diese Resonanz bewirkt, dass die Gravitationseffekte der drei großen Monde ihre Umlaufbahnen in elliptische Formen verzerren, da jeder Mond bei jeder Umlaufbahn am selben Punkt einen zusätzlichen Zug von seinen Nachbarn erhält. Die Gezeitenkraft von Jupiter hingegen arbeitet daran, ihre Umlaufbahnen zu kreisförmigisieren .

Die Exzentrizität ihrer Umlaufbahnen verursacht eine regelmäßige Biegung der Formen der drei Monde, wobei die Schwerkraft von Jupiter sie ausdehnt, wenn sie sich ihm nähern, und es ihnen ermöglicht, in kugelförmigere Formen zurückzuspringen, wenn sie wegschwingen. Die Reibung , die durch diese Gezeitenbewegung entsteht, erzeugt Wärme im Inneren der Monde. Dies zeigt sich am dramatischsten in der vulkanischen Aktivität von Io (das den stärksten Gezeitenkräften ausgesetzt ist) und in geringerem Maße in der geologischen Jugend der Oberfläche Europas , was auf eine kürzlich erfolgte Wiedererneuerung des Äußeren des Mondes hinweist.

Die galiläischen Monde in Prozent des Erdmondes
Name IPA Durchmesser Masse Orbitalradius Umlaufzeit
km % kg % km % Tage %
Io /ˈaɪ.oʊ/ 3.643 105 8,9×10 22 120 421.700 110 1,77 7
Europa /jʊˈroʊpə/ 3.122 90 4,8×10 22 65 671.034 175 3.55 13
Ganymed /ˈɡænimiːd/ 5.262 150 14,8×10 22 200 1.070.412 280 7.15 26
Kallisto /kəˈlɪstoʊ/ 4.821 140 10,8×10 22 150 1.882.709 490 16.69 61
Die Galileischen Monde.  Von links nach rechts, in der Reihenfolge zunehmender Entfernung vom Jupiter: Io, Europa, Ganymed, Callisto.
Die galiläischen Monde Io , Europa , Ganymed und Callisto (in der Reihenfolge zunehmender Entfernung vom Jupiter)

Einstufung

Jupiters Monde wurden traditionell in vier Vierergruppen eingeteilt, basierend auf ihren ähnlichen Orbitalelementen . Dieses Bild wurde durch die Entdeckung zahlreicher kleiner äußerer Monde seit 1999 kompliziert. Jupiters Monde werden derzeit in mehrere verschiedene Gruppen eingeteilt, obwohl es mehrere Monde gibt, die keiner Gruppe angehören.

Es wird angenommen, dass sich die acht innersten regelmäßigen Monde , die fast kreisförmige Umlaufbahnen nahe der Äquatorebene des Jupiters haben, neben Jupiter gebildet haben, während der Rest unregelmäßige Monde sind und vermutlich eingefangene Asteroiden oder Fragmente eingefangener Asteroiden sind. Die unregelmäßigen Monde innerhalb jeder Gruppe können einen gemeinsamen Ursprung haben, vielleicht als ein größerer Mond oder ein eingefangener Körper, der sich aufgelöst hat.

Regelmäßige Monde
Innere Gruppe Die innere Gruppe von vier kleinen Monden hat alle Durchmesser von weniger als 200 km, Umlaufbahnen mit Radien von weniger als 200.000 km und Bahnneigungen von weniger als einem halben Grad.
Galileische Monde Diese vier Monde, die von Galileo Galilei und Simon Marius parallel entdeckt wurden, umkreisen zwischen 400.000 und 2.000.000 km und gehören zu den größten Monden im Sonnensystem.
Unregelmäßige Monde
Himalia-Gruppe Eine dicht gedrängte Gruppe von Monden mit Umlaufbahnen um 11.000.000–12.000.000 km von Jupiter entfernt.
Ananke-Gruppe Diese rückläufige Umlaufbahngruppe hat ziemlich undeutliche Grenzen und ist durchschnittlich 21.276.000 km vom Jupiter entfernt mit einer durchschnittlichen Neigung von 149 Grad.
Carme-Gruppe Eine ziemlich ausgeprägte rückläufige Gruppe, die durchschnittlich 23.404.000 km von Jupiter entfernt ist und eine durchschnittliche Neigung von 165 Grad aufweist.
Pasiphae-Gruppe Eine verstreute und nur vage unterschiedliche rückläufige Gruppe, die alle äußersten Monde abdeckt.

Wechselwirkung mit dem Sonnensystem

Als massereichster der acht Planeten hat der Gravitationseinfluss von Jupiter dazu beigetragen, das Sonnensystem zu formen. Mit Ausnahme von Merkur liegen die Umlaufbahnen der Planeten des Systems näher an der Bahnebene des Jupiters als an der Äquatorebene der Sonne . Die Kirkwood-Lücken im Asteroidengürtel werden hauptsächlich von Jupiter verursacht, und der Planet war möglicherweise für das späte schwere Bombardement in der Geschichte des inneren Sonnensystems verantwortlich.

Zusätzlich zu seinen Monden kontrolliert Jupiters Gravitationsfeld zahlreiche Asteroiden , die sich um die Lagrange-Punkte angesiedelt haben , die dem Planeten auf seiner Umlaufbahn um die Sonne vorausgehen und folgen. Diese sind als trojanische Asteroiden bekannt und zu Ehren der Ilias in griechische und trojanische „Lager“ unterteilt . Der erste davon, 588 Achilles , wurde 1906 von Max Wolf entdeckt; seitdem wurden mehr als zweitausend entdeckt. Der größte ist 624 Hektor .

Die Jupiterfamilie wird als Kometen definiert, deren große Halbachse kleiner als die von Jupiter ist; die meisten kurzperiodischen Kometen gehören zu dieser Gruppe. Es wird angenommen, dass sich Mitglieder der Jupiterfamilie im Kuipergürtel außerhalb der Neptunbahn bilden. Bei engen Begegnungen mit Jupiter werden sie in Umlaufbahnen mit einer kleineren Periode gestört , die dann durch regelmäßige Gravitationswechselwirkung mit Sonne und Jupiter kreisförmig wird.

Auswirkungen

Braune Flecken markieren die Einschlagstellen von Comet Shoemaker–Levy 9 auf Jupiter

Jupiter wurde wegen seiner immensen Gravitationsquelle und seiner Lage in der Nähe des inneren Sonnensystems der Staubsauger des Sonnensystems genannt. Auf Jupiter gibt es mehr Einschläge wie Kometen als auf jedem anderen Planeten im Sonnensystem. Zum Beispiel erlebt Jupiter etwa 200-mal mehr Asteroiden- und Kometeneinschläge als die Erde. In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler, dass Jupiter das innere System teilweise vor Kometenbeschuss schützte. Computersimulationen aus dem Jahr 2008 deuten jedoch darauf hin, dass Jupiter keine Nettoverringerung der Anzahl von Kometen verursacht, die das innere Sonnensystem passieren, da seine Schwerkraft ihre Umlaufbahnen ungefähr so ​​oft nach innen stört, wie er sie ansammelt oder ausstößt. Dieses Thema bleibt unter Wissenschaftlern umstritten, da einige glauben, dass es Kometen aus dem Kuipergürtel zur Erde zieht , während andere glauben, dass Jupiter die Erde vor der Oortschen Wolke schützt .

Im Juli 1994 kollidierte der Komet Shoemaker–Levy 9 mit Jupiter. Die Einschläge wurden von Observatorien auf der ganzen Welt, einschließlich des Hubble-Weltraumteleskops und der Galileo -Raumsonde , genau beobachtet . Die Veranstaltung wurde von den Medien umfassend begleitet.

Untersuchungen früher astronomischer Aufzeichnungen und Zeichnungen ergaben zwischen 1664 und 1839 acht Beispiele für potenzielle Einschlagsbeobachtungen. Eine Überprüfung von 1997 ergab jedoch, dass diese Beobachtungen kaum oder gar nicht das Ergebnis von Einschlägen sein könnten. Weitere Untersuchungen dieses Teams ergaben, dass ein dunkles Oberflächenmerkmal, das 1690 vom Astronomen Giovanni Cassini entdeckt wurde , möglicherweise eine Einschlagsnarbe war.

In der Kultur

Jupiter, Holzschnitt aus einer 1550er Ausgabe von Guido Bonattis Liber Astronomiae

Der Planet Jupiter ist seit der Antike bekannt. Es ist mit bloßem Auge am Nachthimmel sichtbar und kann gelegentlich tagsüber gesehen werden, wenn die Sonne tief steht. Für die Babylonier repräsentierte dieser Planet ihren Gott Marduk , den Anführer ihres Pantheons aus der Hammurabi - Zeit. Sie nutzten Jupiters ungefähr 12-jährige Umlaufbahn entlang der Ekliptik , um die Konstellationen ihres Tierkreises zu definieren .

Der mythische griechische Name für diesen Planeten ist Zeus (Ζεύς), auch als Dias (Δίας) bezeichnet, dessen Planetenname im modernen Griechisch beibehalten wird . Die alten Griechen kannten den Planeten als Phaethon ( Φαέθων ), was „der Leuchtende“ oder „flammender Stern“ bedeutet. Die griechischen Zeusmythen aus homerischer Zeit zeigten besondere Ähnlichkeiten mit bestimmten Göttern des Nahen Ostens , darunter dem semitischen El und Baal , dem sumerischen Enlil und dem babylonischen Gott Marduk. Die Verbindung zwischen dem Planeten und der griechischen Gottheit Zeus wurde von Einflüssen aus dem Nahen Osten gezogen und war im vierten Jahrhundert v. Chr. vollständig etabliert, wie in den Epinomis von Platon und seinen Zeitgenossen dokumentiert.

Der Gott Jupiter ist das römische Gegenstück zu Zeus, und er ist der Hauptgott der römischen Mythologie . Die Römer nannten Jupiter ursprünglich den „Stern des Jupiters “ ( Iuppiter Stella ), weil sie glaubten, dass er seinem gleichnamigen Gott heilig sei. Dieser Name stammt von der proto-indoeuropäischen Vokativverbindung * Dyēu-pəter (Nominativ: * Dyēus -pətēr , was „Vater Himmelsgott“ oder „Vatertagsgott“ bedeutet. Als oberster Gott des römischen Pantheons war Jupiter der Gott des Donners, des Blitzes und der Stürme und wurde passenderweise der Gott des Lichts und des Himmels genannt .

In der vedischen Astrologie benannten hinduistische Astrologen den Planeten nach Brihaspati , dem religiösen Lehrer der Götter, und nannten ihn oft „ Guru “, was „Lehrer“ bedeutet. In zentralasiatischen türkischen Mythen wird Jupiter Erendiz oder Erentüz genannt , von eren (unbestimmter Bedeutung) und yultuz ("Stern"). Die Türken berechneten die Umlaufzeit des Jupiters auf 11 Jahre und 300 Tage. Sie glaubten, dass einige soziale und natürliche Ereignisse mit den Bewegungen von Erentüz am Himmel in Verbindung standen. Die Chinesen, Vietnamesen, Koreaner und Japaner nannten ihn den „Holzstern“ ( Chinesisch :木星; Pinyin : mùxīng ), basierend auf den chinesischen Fünf Elementen . In China wurde er als „Jahresstern“ (Sui-sing) bekannt, da chinesische Astronomen feststellten, dass er jedes Jahr um eine Tierkreiskonstellation übersprang (mit Korrekturen). In einigen altchinesischen Schriften wurden die Jahreszahlen zumindest prinzipiell in Übereinstimmung mit den jovianischen Tierkreiszeichen benannt.

Galerie

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links