Ju­pi­ter – Gas­rie­se und Ring­pla­net

Knapp zwölf Jahre benötigt Jupiter für einen Umlauf um die Sonne. Pro Sekunde legt Jupiter dabei durchschnittlich 13 Kilometer auf seiner Bahn zurück. Im Jupiter ist 318mal so viel Masse wie in der Erde vereint. Damit beeinflusst der Planetenriese die Bahnen aller anderen Körper im Sonnensystem – dieser Effekt muss bei genauen Bahnberechnungen von planetaren Körpern und Raumsonden berücksichtigt werden. Auch lässt der Gravitationseinfluss Lücken im Asteroidengürtel entstehen. Er bringt Kometen von ihrer ursprünglichen Bahn ab und zieht manche von ihnen so stark an, dass sie als extrem kurzperiodische Kometen die „Jupiterfamilie“ bilden, wie zum Beispiel der von der ESA-Raumsonde Rosetta zwischen 2014 und 2016 aus der Nähe untersuchte Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Oder sie stürzen mit hoher Geschwindigkeit in die Gashülle des Planeten wie zum Beispiel 1994 der Komet Shoemaker-Levy 9. Auch nutzt man Jupiters starkes Gravitationsfeld, um Raumsonden auf dem Weg ins äußere Sonnensystem zu beschleunigen und deren Kurs merklich zu ändern, wie es mit den NASA-Sonden Voyager und New Horizons oder bei der NASA/ESA-Mission Cassini-Huygens durchgeführt wurde.

Jupiters äquatorialer Radius beträgt 71.492 Kilometer, eine Rotation um die eigene Achse dauert knapp zehn Stunden. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit führt zu einer starken Abplattung des Riesenplaneten: Der polare Radius beträgt 66.854 Kilometer und ist damit etwa sechs Prozent kleiner als der Radius am Äquator. Die Hauptbestandteile des Planeten sind, wie in der Sonne, Wasserstoff und Helium. Dies erklärt seine vergleichsweise geringe mittlere Dichte von 1.330 Kilogramm pro Kubikmeter. Am Äquator treten Windgeschwindigkeiten von 540 Kilometern pro Stunde auf. Der markante Große Rote Fleck mit anderthalb Erddurchmessern Ausdehnung gilt als ein isoliertes, gigantisches Wirbelsturmgebiet, das relativ zur Bewegung anderer Atmosphärenstrukturen in seinem Wolkenband zurückbleibt und dessen Wolken mit bis zu 680 Kilometern pro Stunde rotieren. Im Gegensatz zu kleineren Wirbeln war der Große Rote Fleck seit seiner ersten Erwähnung vor mehr als 300 Jahren bis vor Kurzem stabil. Er ist aber dynamisch, und er veränderte in jüngerer Vergangenheit seine Form von oval in Richtung kreisförmig.

Erkenntnisse über die Zusammensetzung der Atmosphäre konnten durch spektroskopische Messungen sowohl von der Erde aus als auch an Bord von Raumsonden gewonnen werden. Bedeutende Erkenntnisse über die obersten Wolkenschichten Jupiters haben die NASA-Missionen Galileo und Juno erbracht. Die Raumsonde Galileo führte einen Atmosphären-Eintrittskörper mit, der 1995 in die kalte Atmosphäre des Planeten eintauchte und – an einem Fallschirm in die Tiefe schwebend – wissenschaftliche Experimente und Messungen durchführte.

Die obersten Schichten der dichten Atmosphäre enthalten vorwiegend Wasserstoff, Helium, Ammoniak-Eiskristalle, Ammoniumhydrogensulfid sowie Wassereis und Wassertröpfchen. Der Planet besteht zu einem großen Teil aus einem molekularen Wasserstoff-Helium-Gemisch. Aufgrund des hohen Drucks geht der Wasserstoff ab einer Tiefe von etwa 20.000 Kilometern in einen metallischen Zustand über. Dabei lösen sich die Elektronen von ihrem Atomkern und werden frei beweglich. Dieser elektrisch sehr gut leitende und um den Jupiterkern rotierende metallische Wasserstoff dürfte die Ursache für das enorm starke Magnetfeld sein. Im Zentrum des Planeten befindet sich vermutlich ein Gesteinskern, der 12 bis 45 Erdmassen in sich vereint. Dort erreichen die Temperaturen 36.000 Grad Celsius, und es herrschen Drücke von mehr als 30 Millionen bar.

Jupiter wurde erstmals 1973 und 1974 von Raumsonden beobachtet – Pioneer 10 und 11. Es folgten 1979 die Vorbeiflüge von Voyager 1 und 2 mit enormem Erkenntnisgewinn. Nach der Galileo-Sonde (1995-2003) erreichte die NASA-Mission Juno 2016 als zweiter Jupiter-Orbiter ihr Ziel. Sie umkreist den Gasriesen auf einer langgestreckten polaren Bahn, die im jupiternächsten Punkt mit ihren Messinstrumenten bis auf 3.500 Kilometer an die Wolkengrenze herankommt. Juno führte zunächst eine detaillierte Untersuchung des inneren Aufbaus des Riesenplaneten und seiner polaren Magnetosphäre durch. In Folge der Missionsverlängerung kam es auch zu Nahvorbeiflügen an den Monden Ganymed und Europa. Die Ergebnisse bestätigten, dass Jupiter einen sehr großen, nicht klar von den darüber liegenden Schichten abgegrenzten Kern besitzt. Sein Magnetfeld erwies sich als stärker und weitaus komplexer als zuvor angenommen. Zudem zeigt die Atmosphäre in Bezug auf Temperatur und Zusammensetzung starke Zonierungen, die zu neuen Modellen für deren Dynamik führten.

Drei Ringe aus kleinsten Staubteilchen

Jupiter besitzt wie seine drei äußeren Nachbarplaneten ein äquatoriales Ringsystem, das aber sehr viel filigraner ist als die sehr ausgeprägten Ringe des Saturn. Es ist extrem dunkel und wurde erst beim Vorbeiflug von Voyager 1 im Jahr 1979 entdeckt, konnte aber in älteren Messdaten der NASA-Sonde Pioneer 11 aus 1974 im Nachhinein ebenfalls identifiziert werden.

Das Ringsystem besteht aus drei Teilen: einem Hauptring mit einem Durchmesser von circa 6.000 Kilometern und einer Dicke von weniger als 30 bis 100 Kilometern, in dem die beiden kleinen Monde Metis (Durchmesser: 43 Kilometer) und Adrastea (Durchmesser: 16-17 Kilometer) kreisen. Der Ring besteht aus kleinen, nur mikrometergroßen Staubteilchen aus Silikaten und Kohlenstoffverbindungen. Der Hauptring ist ober- und unterhalb der Ringebene von einem Halo – ein Effekt, der durch Reflexion von Licht an Eiskristallen entsteht – umgeben. Dieser hat die Form einer runden, wulstartig geformten Fläche von 20.000 bis 40.000 Kilometer Dicke mit einem Loch in der Mitte.