Jupitersatelliten
Der Gasriese Jupiter ist von einem umfassenden System von 67 Satelliten (Stand: Juni 2015) umgeben, welches sicherlich noch erweitert wird.
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Heute bezeichnen wir die vier größten Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto, die Galilei seinerzeit entdeckte, als Galileische Monde.
Quelle: University of St Andrews, Scotland
Man kann die Jupitermonde in Abhängigkeit ihrer Distanz zum Mutterkörper in 4 Gruppen einteilen:
- Die inneren Monde. Es handelt sich um Zwergsatelliten mit Namen wie Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe. Ihre Durchmesser sind kleiner als 300 [km] und sie umlaufen in einer Distanz von 2 bis 3 Jupiterradien auf fast kreisförmigen Bahnen in der Äquatorebene.
- Bei rund 6 Jupiterradien stoßen wir auf die Io, den ersten der Galileischen Monde. Es folgen die Europa, der Ganymed und die Kallisto, die ihren Planeten ebenfalls in der Äquatorebene auf recht kreisrunden Bahnen umwandern. Interessant ist, dass die beiden inneren Monde erdartig, die anderen beiden aber eisartig sind.
- Zwischen etwa 155 bis 165 Jupiterradien stoßen wir auf weitere Zwergmonde, so die Leda, die Himalia, die Lysithea und die Elara. Ihre Bahnen liegen erheblich außerhalb der Äquatorebene und weisen deutliche Exzentrizitäten auf.
- Ab rund 300 Jupiterradien ziehen weitere Zwerge ihre Bahn, Ananke, Carme, Pasiphae und Sinope. Im Gegensatz zu den übrigen Satelliten bewegen sie sich rückläufig, weshalb ihre Namen auf "e" enden.
Hier eine Auflistung der bekanntesten Jupitermonde, eine exakte und vollständige Liste gibt es hier:
1. Metis 2. Adrastea 3. Amalthea 4. Thebe 5. Io 6. Europa 7. Ganymed 8. Callisto 9. Themisto 10. Leda 11. Himalia 12. Lysithea 13. Elara 14. S/2000 J11 15. Iocaste 16. Praxidike |
17. Harpalyke 18. Ananke 19. Isonoe 20. Erinome 21. Taygete 22. Chaldene 23. Carme 24. Pasiphae 25. S/2002 J1 26. Kalyke 27. Magaclite 28. Sinope 29. Callirrhoe 30. Euporie 31. Kale 32. Orthosie |
33. Thyone 34. Euanthe 35. Hermippe 36. Pasithee 37. Eurydome 38. Aitne 39. Sponde 40. Autonoe |
Wenden wir uns nun den interessantesten, den Galileischen Monden zu:
Die Io umkreist Jupiter in einer Distanz von 421 600 [km] (große Halbachse) auf einer wenig elliptischen Bahn (Exzentrizität nur 0,004). Einen Umlauf um den Jupiter erledigt sie in nur 1 Tag, 18 Stunden und 27,5 Minuten. Wie bei unserem Erdmond ist die Rotation gebunden, was bedeutet, dass Io sich während eines Umlaufs einmal um sich selbst dreht und damit Jupiter stets dieselbe Seite zuwendet. Mit 8,94 · 1022 [kg] ist sie etwas schwerer als unser Mond.
Io war die Tochter einer Herapriesterin in Argos. Gott Zeus stellte ihr natürlich nach, um aber seine argwöhnische Gattin Hera zu täuschen, verwandelte er Io in eine Kuh. Hera aber bemerkte das und ließ Io vom hundertäugigen Riesen Argos bewachen. Der aber wurde vom Boten Hermes getötet im Auftrag des Zeus. Hera schickte eine Bremse ("Kuhfliege"), die Io um die "ganze Erde" jagte (u.a. über das "Ionische Meer").
Obwohl Io keine Atmosphäre besitzt, stellen wir erstaunt fest, dass ihre Oberfläche längst nicht so pockennarbig aussieht wie die unseres Mondes oder von Merkur. Die Ursache ist die Vulkanaktivität dieses Mondes. Io ist der vulkanisch aktivste Körper im ganzen Sonnensystem! Das Auswurfmaterial der Vulkane wird bis zu 200, ja gar 300 [km] hoch geschleudert. Wenn es auf den Mond zurück fällt, bildet es große Niederschlagsringe, die bis über 1000 [km] Durchmesser erreichen können. Auf diese Weise sind längst alle Einschlagkrater eingeebnet. Neue Einschläge durch Kometen oder Asteroiden werden fast schneller "beseitigt" als sie entstehen können. Das Element Schwefel ist die Ursache für die unterschiedlichen weißen, gelben, roten oder braunen Farbtöne auf der Oberfläche, denn es tritt bei verschiedenen Temperaturen in unterschiedlichen Modifikationen auf. Die Aufnahme entstand 1996 durch die NASA- Sonde Galileo.
Mit freundlicher Genehmigung von NASA/ University of Arizona / LPL
Damit müssen wir uns nun fragen, worin der äußerst aktive Vulkanismus begründet ist. Schließlich ist Io nur ein paar Kilometer größer als unser völlig inaktiver Erdmond! Nun, des Rätsels Lösung ist den starken Gezeitenkräften zu finden. Nicht nur Jupiter mit seiner riesigen Masse zerrt am innersten der großen Satelliten, auch dessen Nachbarn Europa und Ganymed helfen fleißig mit, Io regelrecht durchzuwalken. Der Mond wird durch die einwirkenden Kräfte in die Form eines Ellipsoids mit 3 Achsen gezwungen, wobei die große Achse auf das Jupiterzentrum weist. Der mittlere Durchmesser von 3642 [km] wird so um 18 [km] vergrößert.
Die Gezeitenkräfte bewirken ein regelmäßiges, wechselseitiges Zusammenpressen und Entspannen des Mondinnern. Hierdurch entstehen große Reibungskräfte, die letztendlich in Wärme umgewandelt werden. Die freigesetzte Wärmemenge ist so hoch, dass große Teile der Materie im Innern aufschmelzen. Aus dieser Quelle, letztendlich in Wärme umgewandelte Gravitationsenergie, beziehen die Vulkane ihren ständigen Nachschub an frischer Magma. In dieser Aufnahme von Voyager 2 aus dem Jahr 1979 sehen wir gleich zwei Rauchsäulen vulkanischen Ursprungs, die sich 100 [km] über die Oberfläche erheben. Wie schon im Kapitel über Jupiter angedeutet, werfen die heftigen Vulkanausbrüche neben schwefelhaltigen Stoffen, die wieder auf den Boden abregnen, auch gasförmiges Schwefeldioxid aus. Dieses verteilt sich längs der Iobahn zu einem torusförmigen Ring, in welchem Schwefel-, Sauerstoff- und sogar Natriumionen nachgewiesen wurden. Auf diese Weise verliert Io ständig an Masse.
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Von ihrer Dichte her gesehen, 3,53 [g/cm3], muss man die Io zu den erdartigen, planetaren Körpern zählen.
Den inneren Aufbau der Io kann man in etwa ableiten aus ihrem Gravitationsfeld und den Messungen ihres Magnetfeldes durch die Galileo- Raumsonde. Im Zentrum sehen wir einen Kern, der aus einer Eisen- Nickel- Legierung bestehen dürfte. Der Kern ist umgeben von einer Schale aus silikatischem Gestein, welche die Hauptmasse des Mondes darstellt. Die vom Vulkanismus gezeichnete Kruste hat vermutlich längst flüchtige Verbindungen wie z.B. Wasser, Kohlendioxid oder Stickstoff verloren.
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Als nächster Nachbar der Io umkreist die Europa den Jupiter auf eine Ellipsenbahn, deren großer Halbmesser 670 900 [km] misst und die eine Exzentrizität von nur 0,01 hat. Für einen Umlauf benötigt sie 3 Tage, 13 Stunden und 13,7 Minuten. Wie die Io weist auch Europa eine gebundene Rotation auf. Mit ihrem Durchmesser von 3138 [km] ist sie etwas mehr als 300 [km] kleiner als unser Mond, auch ihre Masse von 4,87 · 1022 [kg] und ihre Dichte von 3,01 [g/cm3] liegen ein wenig darunter. Aufgrund dieser Daten zählt auch Europa zu den erdartigen Himmelskörpern.
Europa war die Tochter des phoenizischen Königs Agenor. Als Zeus sich in sie verliebte, verwandelte er sich wegen seiner Gattin Hera in einen Stier und ließ sich mit einer Herde vom Götterboten Hermes in die Nähe der Europa treiben. Er entführte sie auf seinem Rücken und brachte sie, übers Meer schwimmend, nach Kreta, wo er wieder seine Gestalt annahm.
Betrachtet man die Oberfläche der Europa, gewinnt man den Eindruck als schaue man auf gesprungenes Glas:
Das ist auch kein Wunder, ist doch die gesamte Europa von einer 10 bis 30 [km] dicken Kruste aus Wassereis überzogen. Am auffälligsten sind jedoch die langen, dunklen Streifen. Sie können sich bis über 3000 [km] weit erstrecken. Die braun erscheinenden Gebiete deuten auf gesteinsartiges Material hin, das entweder aus dem Mondinnern aufgeschwemmt wurde (Schlammausflüsse?) oder von eingesammelten Kleinkörpern stammt. Insgesamt ist Europa topografisch gesehen eher langweilig. Gebirge oder Täler sucht man hier vergebens. Lediglich 3 größere Einschlagkrater bieten ein wenig Abwechslung. Die Ursache für die relativ ebene Oberfläche ist darin zu suchen, dass der Eispanzer in der Vergangenheit mindestens einmal geschmolzen war, das Wasser hat dabei alle Bodenformationen überdeckt. Die Energie für die Eisschmelze lieferten wieder die Gezeitenkräfte: Jupiter und die Nachbarmonde Io und Ganymed pressen und entspannen Europa ständig durch ihre Gravitationskräfte.
Mit freundlicher Genehmigung der NASA
In dieser Aufnahme der Galileo- Raumsonde aus dem Jahr 1997 sehen wir einen Einschlagkrater mit Namen Pwyll auf Europa. Der Krater hat einen Durchmesser von 26 [km]. Später gewonnene, hochauflösende Aufnahmen zeigen, dass durch den Impakt Auswurfmaterial Hunderte von Kilometern über die eisige Oberfläche verstreut wurde. Die dunklen Zonen im und um den Krater bestehen aus Material, das aus einigen Kilometern Tiefe nach oben befördert wurde. Wir sehen auch das komplexe Rillensystem der Eisoberfläche.
Mit freundlicher Genehmigung der NASA
Wie ein großer Eiskristall sieht die Oberfläche Europas aus, hier die so genannte Conamara- Region. Die weißen und blauen Farben stellen Zonen dar, die mit einer dünnen Staubschicht aus Eiskristallen bedeckt sind. Der Staub entstand bei der Erzeugung des oben gezeigten Kraters Pwyll, der allerdings einige Tausend Kilometer weiter südlich liegt. Durch den Einschlag sind bei seiner Bildung auch große Eisblöcke fortgeschleudert worden, die beim Auftreffen auf die Oberfläche weitere kleine, unter 500 Meter durchmessende Krater schlugen. Die dunkleren Zonen im Bild sind mit Mineralien überzogen, die mit dem beim Impakt gebildeten Wasserdampf aus dem Mondinnern zutage befördert wurden.
Mit freundlicher Genehmigung der NASA
Astrobiologen halten es für möglich, dass tief unterhalb des Eispanzers Ozeane aus flüssigem Wasser vorhanden sind, in denen sich sogar Leben entwickelt haben könnte. Ähnliches vermutet man in der Antarktis, wo man tief unter dem ewigen Eis einen See aus flüssigem Wasser nachgewiesen hat. Dieser See ist vor langer Zeit völlig von der Außenwelt abgeschnitten worden, jedoch könnten darin Mikroben aus der Frühzeit der Erdgeschichte überlebt haben. Die NASA plant, durch absolut sterile Bohrungen an den See zu gelangen und Proben des Wassers nach oben zu befördern. Sollte das eines Tages gelingen, so wird womöglich einmal eine Sonde auf Europa landen, die einen ähnlichen Versuch durchführen wird.
Bis dahin gilt es allerdings noch einiges zu überdenken. Die Galileo- Sonde hat zum Schluss ihrer Mission ermittelt, dass möglicherweise auf Europa Wasserstoffperoxid (H2O2) und Schwefelsäure (H2SO4) in hohen Konzentrationen vorkommen könnten. Diese beiden Substanzen sind jedoch pures Gift für lebende Organismen. Zwar wird das Wasserstoffperoxid nur direkt auf der Eisoberfläche durch Reaktion des Wassers mit der intensiven Bestrahlung aus dem Jupitermagnetfeld erzeugt, so dass unterhalb des Eispanzers doch freundlichere Bedingungen für Mikroben herrschen könnten. Die Schwefelsäure stammt wohl aus Reaktionen von Schwefeldioxidemissionen (SO2) der (früheren?) Vulkane mit Wasser und könnte vielleicht auch in größeren Tiefen vorkommen. Oder aus Reaktionen des reichlich vorhandenen Magnesiumsulfats (MgSO4).
Aus den Messungen der Galileo- Sonde konnte man auch einige Schlüsse ziehen über den inneren Aufbau der Europa:
Demnach schlägt man zwei Modelle für das innere geologische Gefüge vor. Beiden gemeinsam ist ein metallischer Kern, dessen Hauptbestandteile Eisen und Nickel sein dürften. Darüber schließt sich ein dicker Gesteinsmantel an. Wesentliche Unterschiede bestehen aber bei der möglichen Gestaltung der äußeren Schichten.
Das erste Modell geht von einer "warmen" Eisschicht aus, in der Bewegungen durch Konvektion möglich sind. Obenauf befindet sich eine Kruste aus kaltem, spröden Eis.
Das zweite, vielleicht interessantere Modell vermutet einen 100 [km] tiefen (!) Ozean aus flüssigem Wasser, auf dem die etwa 15 bis 30 [km] dicke Eiskruste liegt. Insgesamt dürfte Europa in beiden Fällen mehr als doppelt so viel Wasser aufweisen wie die Erde. So wie die Ozeane der Erde gelöstes Natriumchlorid (Kochsalz) enthalten, ist in Europas Ozean und Eispanzer Magnesiumsulfat enthalten. Unter diesen unwirtlichen Bedingungen erscheint es doch eher unwahrscheinlich, dass sich selbst primitivstes Leben entwickeln könnte.
Bildvorlage: NASA
Der nächste zu betrachtende Mond des Jupiter ist Ganymed, der zugleich größter Trabant im gesamten Sonnensystem ist. Mit einem Durchmesser von 5262 [km] übertrifft er sogar den Merkur. Würde er allein die Sonne umkreisen, müsste man ihn zu den Planeten zählen. Aufgrund seiner geringen Dichte von nur 1,93 [g/cm3] ist seine Masse mit 1,49 · 1023 [kg] aber nicht einmal halb so groß wie die des Merkur. Sein Muttergestirn umkreist Ganymed auf einer elliptischen Bahn mit einer großen Halbachse von 1 070 000 [km] und einer geringen Exzentrizität von 0,001. Wie seine beiden Geschwistermonde weist auch er eine gebundene Rotation auf, das heißt in 7 Tagen, 3 Stunden und 42½ Minuten umläuft er Jupiter und dreht sich dabei einmal um seine Achse. Das bedeutet, wie wir wissen, dass er dem Planeten stets die selbe Seite zuwendet.
Ganymed war ein jugendlicher, trojanischer Schönling. Er fiel Zeus auf, welcher ihn in Gestalt eines Adlers entführte, zu seinem Geliebten und Mundschenk der Götter machte.
Erst seit den Besuchen von Voyager 1 und 2 wissen wir etwas über die Beschaffenheit der Oberfläche Ganymeds.
Auf den ersten Blick sieht Ganymed der Oberfläche unseres Mondes recht ähnlich. Man findet Gebirge und Täler, Einschlagkrater, Rillen und lavaüberschwemmte Gebiete. Die große dunkle Fläche nennt man Galileo- Region, die teilweise eisüberzogen ist und eine Ausdehnung von 3200 [km] aufweist. Als helle Flecken erscheinen junge Einschlagkrater. Insgesamt ergibt sich eine komplexe Oberflächenstruktur, die im Schnitt einige hundert Meter Höhendifferenz aufweist. Die helleren Gebiete entstanden allem Anschein nach viel später als die dunkel erscheinenden Zonen. Hier spielten wohl tektonische Vorgänge eine Rolle, die tatsächliche Ursache ist allerdings noch völlig unbekannt. Die Oberflächentemperatur ist nicht sehr einladend, sie liegt nur zwischen 90 und 160 [K] (-113 bis -183 [°C]).
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Die geringe Dichte des Ganymed sowie Untersuchungen der Raumsonde Galileo weisen darauf hin, dass die Oberfläche aus einer Gesteins- Wassereismischung beschaffen ist. Zudem folgt daraus, dass der Kern des Mondes mindestens 50% des Durchmessers ausmachen wird. Sicher ist, dass Ganymed keine nennenswerte Atmosphäre besitzt. Allerdings wurde durch Untersuchungen des Hubble- Weltraumteleskops Ozon auf der Mondoberfläche entdeckt, in viel geringerer Konzentration als auf der Erde. Diese energiereiche Sauerstoffverbindung entsteht durch den andauernden Beschuss mit den vom Jupitermagnetfeld eingefangenen geladenen Teilchen. Sie brechen die Moleküle des Wassereises auf und es entsteht eine sehr dünne Atmosphäre, wie man sie auch auf der Europa nachgewiesen hat.
Auf Ganymed werden längst nicht solche Höhen wie auf dem Erdmond erreicht. Wir sehen ein Detail der südlichen Galileo- Region. Die meisten der Krater erscheinen recht flach und befinden sich in unterschiedlichen Erosionsstadien. Allerdings handelt es sich hier nicht um eine Erosion durch Wind und Wasser wie auf der Erde, sondern durch Bewegungen innerhalb der stark eishaltigen Kruste. Die beiden hellen Flecken sind völlig eingeebnete ehemalige Einschlagkrater.
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Die dunklen Gebiete des Mondes sind relativ alte Regionen, denn hier finden wir eine große Anzahl von Kratern pro Flächeneinheit. In den jüngeren, hellen Zonen ist die Kraterhäufigkeit wesentlich geringer. Hier könnten Aufschmelzungen des Eises, Fließvorgänge der viskosen Kruste und plattentektonische Vorgänge zu Veränderungen der Oberflächenstrukturen führen.
Ganymeds innerer Aufbau besteht möglicherweise aus 4 Teilen. Weil der eisige Mond ein Magnetfeld besitzt, wird in seinem Zentrum ein sehr dichter Kern versteckt sein, vermutlich aus Eisen, welcher in der Vergangenheit sicher einmal heiß war. Darüber könnte sich ein Gesteinsmantel befinden, über dem eine Schale "warmen" Eises liegt. Die äußere Kruste ist eine Gesteins- Wassereismischung. Der Kern könnte einem anderen Modell zufolge allerdings auch aus einer undifferenzierten Eis- Gesteinsmischung bestehen und von einer Schicht warmen, weichen Eises umgeben sein, auf der wiederum die Kruste ruht. Ganymed zählt man in jedem Fall aufgrund seiner Dichte zu den eisartigen Körpern des Sonnensystems.
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Als zweitgrößter Mond umkreist die Kallisto auf einer elliptischen Bahn den Jupiter. Die große Halbachse der Bahn misst 1 883 000 [km], die Exzentrizität liegt bei 0,007 und die Umlaufzeit beträgt 16 Tage, 16 Stunden und 32,2 Minuten. Auch Kallisto hat eine gebundene Rotation, mit einem Durchmesser von 4800 [km] ist sie fast so groß wie der Merkur. Die geringe Dichte von 1,86 [g/cm3] weist darauf hin, dass wir es auch hier mit einem eisartigen Körper zu tun haben. Rund 40% der Masse besteht aus Eis.
Die Kallisto war einst, der griechischen Mythologie zufolge, eine von Zeus geliebte Nympfe, die ihm den Sohn Arkas gebar. Hera entdeckte natürlich das Verhältnis und hat Kallisto daraufhin in eine Bärin verwandelt. Zeus verewigte sie dann am Himmel in Form des Sternbildes Ursa Major, den Großen Bären.
Die auffälligste Erscheinung auf Kallistos Oberfläche ist die ungeheure Anzahl von Kratern. Im gesamten Sonnensystem ist kein Körper mit einer vergleichbaren Kraterdichte bekannt.
Die Oberfläche der Kallisto ist sehr alt, etwa 4 Milliarden Jahre. Strukturen wie größere Gebirge wird man hier vergeblich suchen. Der Mond ist eine kalte, seit Urzeiten tote Welt, auf dessen Oberfläche im Laufe der Jahrmilliarden kaum Veränderungen stattfanden. Neben den unzähligen Einschlagkratern aller Größen findet man zwei markante Strukturen, die auf den Einschlag von Körpern mit mehr als 30 [km] Durchmesser schließen lassen. Doch sind auch hier, wie auf dem Nachbarmond Ganymed, einige der alten Krater inzwischen mehr oder weniger eingeebnet. Auf Kallisto werden daher ähnliche, langsame Oberflächenprozesse der zäh- viskosen Kruste stattfinden.
Mit freundlicher Genehmigung von NASA/JPL/DLR(German Aerospace Center)
Diese Nahaufnahme von Kallisto zeigt uns die kraterübersäte Oberfläche und eine der beiden riesigen Ringstrukturen mit Namen Walhalla. Die helle Zentralregion um die Einschlagstelle hat einen Durchmesser von 300 [km], während sich die konzentrischen Ringe bis zu Distanzen von 1500 [km] finden lassen. Wahrscheinlich waren die Erhebungen der Ringe früher viel ausgeprägter, die langsamen Kriechvorgänge der Kruste haben sie inzwischen jedoch eingeebnet.
Copyright Calvin J. Hamilton, www.solarviews.com
Die äußeren Jupitertrabanten sind unscheinbare, kleine Gesteinsbrocken, von denen kaum sehenswerte Bilder veröffentlicht wurden. Höchst wahrscheinlich handelt es sich bei ihnen um ehemalige Planetoiden, die Jupiter im Laufe der Zeit einfing. Weil die kleinen Monde relativ bedeutungslos sind, hier nur eine kurze Zusammenstellung der wichtigsten:
Äußere Jupitermonde | ||||
---|---|---|---|---|
Name | Durch- messer [km] | Masse [kg] | Distanz zu Jupiter (Mill. [km]) | Mythologie |
Leda | 8 | 5,68 · 1015 | 11,094 | Sie war Königin von Sparta. Zeus schwängert sie in Gestalt eines Schwans uns sie gebiert Helena. Zudem Mutter von Castor und Pollux. |
Himalia | 93 | 9,56 · 1018 | 11,480 | Eine zweigeschlechtliche Nymphe, die drei Kinder von Zeus bekam. |
Lysithea | 18 | 7,77 · 1016 | 11,720 | Geliebte des Zeus. Wollte ihre Schwangerschaft geheim halten und wurde daraufhin von einem Stein bis zur Entbindung eingeschlossen. Ihre Tränen schenkte sie dem Stein, so entstand Bergkristall. |
Elara | 38 | 7,77 · 1017 | 11,737 | Nymphe und Mutter des Riesen Tithyos. Wegen einer versuchten Vergewaltigung straften ihn die Götter mit einer ständig nachwachsenden Leber, die von 2 Geiern zerhackt wurde. |
Ananke | 15 | 3,82 · 1016 | 21,200 | Nymphe, Mutter von Adrasthea und Nemesis. War dem Alkohol zugetan. |
Carme | 20 | 9,56 · 1016 | 22,600 | Eine Wassernymphe. |
Pasiphae | 25 | 1,91 · 1017 | 23,500 | Altgriechische Mondgöttin und Mutter des Minotaurus. |
Sinope | 18 | 7,77 · 1016 | 23,700 | Hat mit Zeus ein sphinxartiges Wesen geschaffen, das Theben heimsuchte. Ödipus erschlug sie. |
Weitere Informationen:
http://www2.jpl.nasa.gov/galileo/moons/moons.html
http://www.solarviews.com/eng/jupiter.htm#moons