Jupiter - Atmosphäre und Magnetfeld

Die Atmosphäre

Schon in einem kleinen Teleskop offenbart Jupiter ein System von kontrastreichen Wolkenbändern. In ihnen gibt es große und kleine Flecken (Sturmgebiete), Verwirbelungen und Windströmungen, die um den Planeten herumlaufen. Oftmals weisen sie verschiedene Geschwindigkeiten auf, insbesondere abhängig vom Breitengrad -- Jupiter rotiert differentiell. Die Bänder verändern sich sehr langsam, und sind dennoch über erstaunlich lange Zeiträume stabil. Dieser Umstand ist bis heute noch nicht verstanden.

Das markanteste Element auf Jupiter ist der Große Rote Fleck auf der südlichen Hemisphäre. Er wird schon seit vielen Jahrhunderten kontinuierlich beobachtet. Dabei handelt es sich um einen Wirbelsturm mit imposanten Ausmaßen: Die Erdkugel würde zwei- bis dreimal hineinpassen. Abb. 1: Großer Roter Fleck mit seiner Umgebung, aufgenommen am 25.02.1979 von Voyager 1 aus einer Entfernung von 9,2 Mio km. Die kleinsten Strukturen sind 160 km groß (NASA-Bildarchiv).

Die Struktur der Wolken und der Wirbel sind das Resultat der schnellen Rotation des Planeten. Er dreht sich in knapp 10 Stunden um die eigene Achse -- dies ist die höchste Eigendrehung im ganzen Planetensystem. Die auftretenden Coriolis-Kräfte sorgen für zyklonartige Winde, die sich bis in die Polargegend erstrecken.

Seit längerem bekannt ist auch ein auffälliges weißes Oval, ebenso ein Wirbelsturm, der sich in niedrigerer Höhe befindet. Im Frühjahr 2008 änderte er plötzlich seine Farbe und wurde rot. Schon zwei Jahre zuvor hat man die Entstehung eines kleineren Roten Flecks beobachtet, so dass man es insgesamt mit drei Roten Flecken zu tun hatte. Man vermutet, dass die Stürme Material, allen voran ein Ammoniak-Schwefel-Gemisch, in größe Höhen transportieren. Dort spaltet die UV-Strahlung der Sonne die Verbindungen auf. Der Schwefel rekombiniert auf mehreren Wegen und geht neue Bindungen ein, wobei die Farbe zu rot, braun oder gelb wechseln kann.

Das Magnetfeld

Den ersten Hinweis auf eine gewaltige Magnetosphäre um Jupiter lieferten 1955 Beobachtungen im Radiobereich: Aus der Richtung des Planeten stammte eine nicht-thermische Strahlung. Sie wird von relativistischen Elektronen in einem starken Magnetfeld produziert. Das Dipolfeld am Äquator beträgt 4,2 Gauss (Vergleich: bei der Erde sind es 0,3 Gauss, wobei der Planetenradius 11-mal kleiner ist!). Könnte man die Magnetosphäre des Jupiter sehen, so würde sie 10-mal so groß wie der Vollmond erscheinen. Allerdings ist auch zu bedenken, dass der Druck des Sonnenwindes nur noch 5% des Wertes beträgt, den er in der Erdumlaufbahn hat.

Jupiters Magnetfeld ist reich an Besonderheiten und ungewöhnlichen Eigenschaften. Es wird bestimmt durch eine Population von geladenen wie auch neutralen Teilchen. Bei Messungen im UV-Bereich fand man einen Plasmatorus von S++-Ionen, der sich in der Bahnebene des Mondes Io konzentriert. Um den Teilchenfluss in diesem Torus aufrecht zu erhalten, verliert Io etwa 1 Tonne Masse pro Sekunde in Form von neutralen Molekülen (SO2). Eine Ionisation findet in einer gewissen Entfernung vom Mond statt. Ios Massenverlust füttert einen intensiven Strahlungsgürtel, dessen Dosis den tödlichen Wert für Menschen um das 1000-fache übersteigt.

Im Unterschied zur Erde, die eine fast kugelförmige Plasmasphäre innerhalb der Magnetosphäre besitzt, hat Jupiter eher eine flache Plasmaschicht. Sie ist auf die Äquatorebene konzentriert und wird in der Nähe des Planeten durch Korotation geprägt, d.h. sie rotiert mit dem Magnetfeld mit. Erst in größer Entfernung ist die magnetische Feldstärke so weit abgefallen, dass sich das Ionenplasma davon lösen kann und seitlich "abbiegt".

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