Die kleinen Jupitermonde

Die oben genannten Monde machen 99,997 Prozent der Masse aller Jupitermonde aus, die anderen 91 Monde nur 0,003 Prozent. Im Gegensatz zu den drei Monden im inneren Sonnensystem – neben dem Erdmond die Marsmonde Phobos und Deimos – haben fast alle Trabanten der Planeten im äußeren Sonnensystem eine oder mehrere gefrorene Komponenten flüchtiger Stoffe, wie (hauptsächlich) Wasser, sowie Ammoniak, Stickstoff, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid oder -dioxid, mit zum Teil sehr tiefen Gefrierpunkten. Von den vier großen Monden wird mit großer Sicherheit angenommen, dass sie zeitgleich wie Jupiter und unmittelbar in dessen Nähe entstanden sind.

Für die kleinen Monde wird vermutet, dass es sich dabei eher um von der Schwerkraft eingefangene Asteroiden handelt, oder Körper, die von ferneren Regionen wie dem Kuipergürtel hinter dem Neptun auf ihrem Weg ins innere Sonnensystem am Jupiter „hängengeblieben“ sind. Ähnlich wie die sogenannten „Trojaner-Asteroiden“, die Jupiter auf dessen Bahn 60 Winkelgrad voraus- und hinterher„laufen“, sind diese sehr dunklen Körper vermutlich reich an Kohlenstoff, könnten komplexere organische Moleküle und viele gefrorene flüchtige Verbindungen enthalten. Sie sind Ziel der 2021 gestarteten NASA-Mission Lucy, an der auch das DLR mit dem Institut für Planetenforschung beteiligt ist.

Nach der Entdeckung der Galileischen Monde im Januar 1610 mit einem dünnen Fernrohr der Brennweite 133 Zentimeter und 20-facher Vergrößerung bemühten sich nahezu alle großen Astronomen mit immer leistungsstärkeren Teleskopen an den Sternwarten in Europa und Amerika, weitere Monde um Jupiter zu finden. Doch es sollte über 270 Jahre dauern, ehe Edward Emerson Barnard (1857-1923), ein Autodidakt und Pionier der Astrofotografie, am 38-Zoll-Teleskop des Lick-Observatoriums in Kalifornien – dem damals größten Fernrohr der Welt – 1892 einen weiteren Trabanten entdeckte.

Die vier innersten Monde Jupiters

Der von Barnard entdeckte Mond umkreist Jupiter innerhalb der Bahn von Io und bekam nach der Nymphe, die der Mythologie nach Zeus in dessen Kindheit mit Ziegenmilch nährte, den Namen Amalthea. Der Mond ist, wie Aufnahmen der Galileo-Mission zeigten, sehr unregelmäßig geformt und hat die „x-y-z-Achsenlängen“ 131 Kilometer mal 73 Kilometer mal 67 Kilometer. Er zeigt mit seiner Längsachse immer auf Jupiter und umkreist den Planeten in zwölf Stunden und in 110.000 Kilometern Höhe über den Wolken. Wäre Amalthea langsamer, würde er in Richtung Jupiter stürzen und dabei von dessen Schwerkraft zu Staub zermahlen werden. Amalthea war der fünfte und letzte Mond Jupiters, der durch ein Teleskop nur mit Augenschein entdeckt wurde. Die nachfolgenden Entdeckungen erfolgten an Teleskopen über analoge Bildaufzeichnungen – chemisch beschichtete Foto-Glasplatten – und schließlich mit digitalen Bildsensoren in der Brennebene irdischer Teleskope oder den Kameras von Raumsonden.

Innerhalb der Bahn von Io wurden noch drei weitere Trabanten entdeckt: Metis (Durchmesser 40 Kilometer) und Adrastea (Durchmesser 20 Kilometer). Sie „teilen“ sich fast die Bahn in knapp 130.000 Kilometer Höhe über der Jupiteratmosphäre. Innerhalb der dünnen Hauptringe des Jupiter umkreisen sie den Planeten auf Bahnen mit wenigen Tausend Kilometern Abstand und liefern den Ringen vermutlich Staub. Metis und Adrastea sind die beiden einzigen Monde, die Jupiter schneller umkreisen als dieser sich um seine eigene Achse dreht. Die Monde dürften in astronomisch gesehen „kurzen“ Zeiträumen auseinanderbrechen: Jupiters Gezeitenkräfte setzen die Körper unter große Spannung und ziehen auch deren Orbit enger an sich. Beide Körper befinden sich schon jetzt innerhalb der „Roche-Grenze“, unterhalb derer die Gezeitenkräfte größer sind als der innere Zusammenhalt.

Mit Thebe bewegt sich noch ein vierter kleiner Mond innerhalb der Bahn Ios. Er hat einen Durchmesser von 100 Kilometern und wurde, wie Metis und Adrastea, bei den Vorbeiflügen der beiden Voyagersonden 1979 auf Fotos beider Kamerasysteme gefunden. Einen guten Überblick über die Monde im Jupitersystem ist auf den „Solar System Exploration“ Seiten der NASA zu finden, einen sehr detaillierten Einblick zu (fast) allen bekannten Monden Jupiters ist dort durch den Link „In Depth“ gegeben.

Neben den inneren zweimal vier Monden hat Jupiter noch 87 weitere Trabanten, die ihn „umkreisen“ – wobei es sich bei den Bahnen dieser Körper noch viel weniger um Kreisbahnen handelt, als bei den Galileischen und den vier innersten Monden.

Die Bahnen von Monden, die einen Planeten, ihren „Primärkörper“ umkreisen, werden von drei Parametern beschrieben:

• Umrundet der Trabant den Primärkörper in der gleichen Richtung wie dieser sich um seine eigene Achse dreht (prograd) – oder entgegen dieser Richtung (retrograd)?
• Wie stark ist seine Bahn zu einer Ellipse gedehnt, welche Exzentrizität hat er?
• Wie stark ist die Bahn gegenüber der Äquatorebene des Planeten geneigt, welche Inklination hat er?

Umrundet der Mond den Planeten in der gleichen Richtung, wie dieser sich dreht (prograd), und sind die Exzentrizität und die Inklination geringer als fünf Prozent bzw. fünf Grad, spricht man von einem „regulären“ natürlichen Satelliten; umläuft der Mond den Planeten retrograd, oder ist die Exzentrizität über fünf Prozent oder die Inklination über fünf Grad, spricht man von „irregulären“ Satelliten.

Die äußeren Satelliten Jupiters sind allesamt irregulär: Ihre Bahnen haben zum Teil steile Inklinationen gegenüber dem Jupiteräquator und sind sehr stark zu Ellipsen gedehnt, deren jupiterfernste Punkte (Apojovium) zum Teil bei mehr als 20 Millionen Kilometer Entfernung von Jupiter liegen. Aus diesem Grund werden sich fast alle dieser Körper Beobachtungen mit JUICE während der Missionsphase der Jupiterumläufe entziehen. Nur zu Beginn der Mission gibt es drei Beobachtungsgelegenheiten.

Stark mehrheitlich sind diese Mondbahnen retrograd, was nach Modellrechnungen zu größeren Bahnstabilitäten führt. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass Jupiter in dieser dynamischen Monde-Population vermutlich noch viel mehr, einst prograde, Satelliten hatte. Diese wurde aber aufgrund ihrer geringeren Bahnstabilität von der Gravitation des Riesenplaneten aus ihrer ursprünglichen Jupiterbahn wieder „herausgekickt“ oder zu Staub zerrieben. Außerdem haben alle 95 Monde eine sogenannte gebundene Rotation, was bedeutet, dass ihre Rotationsperiode identisch ist mit der Umlaufzeit um Jupiter. So zeigen sie, wie der Erdmond, dem Planeten stets dieselbe Hemisphäre.

Namensgebung inspiriert von der griechischen Mythologie

Alle diese äußeren Monde wurden mit Teleskopen von der Erde entdeckt. Die bisherigen Missionen konnten mit ihren Instrumenten keine weiteren Monde entdecken. Allerdings gelang es der Raumsonde Cassini bei ihrem Vorbeiflug im Dezember 2000, den größten dieser äußeren Monde, Himalia (Durchmesser 170 Kilometer) aus 4,4 Millionen Kilometer Entfernung zu fotografieren.

Die Vielzahl der Trabanten jenseits der Galileischen Monde wird aufgrund von Bahneigenschaften in Gruppen oder „Familien“ eingeteilt, deren Namensgeber der jeweils größte Körper in dieser Gruppe ist, wie zum Beispiel Themisto, Himalia, Ananke, Pasiphae und Carme.

Neu entdeckte Monde erhalten zunächst eine technische Bezeichnung wie S/2003 J:a5 ‚S‘ wie Satellit, ‚2003‘ entdeckt, ‚J‘ für Jupiter und ‚5‘ für den fünften in diesem Jahr entdeckten Trabanten. Wenn die Entdeckung durch Nachbeobachtungen gesichert ist, werden sie von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) mit Namen von Figuren der griechischen Mythologie belegt. Heutzutage wird dafür ein öffentlicher Wettbewerb ausgeschrieben.