Außerhalb des Planetoidengürtels zieht der größte aller Planeten, Jupiter, seine Bahn. Seine Masse übertrifft die aller anderen Planeten zusammengenommen. Man hat schon gesagt: »Das Sonnensystem besteht aus der Sonne, dem Jupiter und diversem Kleinzeug«.

Die mittlere Entfernung des Jupiters von der Sonne beträgt 778 Millionen km (gut das Fünffache der als »Astronomische Einheit« bezeichneten mittleren Entfernung Erde-Sonne), seine Umlaufperiode 11,86 Jahre und seine synodische Periode - das ist der Zeitraum, nach dem er wieder, von der Erde gesehen, in die gleiche Stellung zur Sonne gelangt - 399 Tage. Man kann ihn daher in jedem Jahr einige Monate lang bequem beobachten, und stets ist er ein strahlendes Objekt am Nachthimmel. Seine Helligkeit wird nur von der Venus und in seltenen Fällen vom Mars übertroffen.
Obwohl im Jupiter 1300mal das Volumen der Erde Platz hätte, ist seine Masse nur gleich 318 Erdmassen. Er hat also eine viel geringere Dichte. Wahrscheinlich besteht er bis weit zum Zentrum hin großenteils aus Wasserstoff. Infolge seiner schnellen Rotation (binnen weniger als 10 Stunden) ist er am äquator stark aufgewölbt. Jeder Blick durchs Fernrohr läßt die starke Abflachung an den Polen erkennen. Sein Durchmesser, am äquator gemessen, beträgt 143000 km, an den Polen aber nur 135 000 km. Diese beträchtliche Abplattung ist im Fernrohr sofort zu erkennen und auf die kurze Rotationsperiode von weniger als 10 Stunden zurückzuführen.

Beobachtungen mit dem Fernrohr

Im Fernrohr sieht man, daß die gelbe Scheibe des Planeten dunkle Querstreifen aufweist. Am ausgeprägtesten sind zwei solcher »Wolkenbänder« zu beiden Seiten des äquators. Bei starker Vergrößerung sieht man noch mehr Bänder und darin allerhand Details, die sich rasch ändern und damit kundtun, daß der Jupiter eine sehr aktive Welt ist.
Aufgrund der schnellen Rotation verschieben sich diese Details binnen weniger Minuten und ermöglichten genaue Messungen ihrer Periode, indem das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen durch den Zentralmeridian - von der Erde aus gesehen - leicht zu beobachten ist. Dabei stellte sich heraus, daß der Jupiter nicht als starrer Körper rotiert, sondern in verschiedenen Breiten unterschiedlich schnell. Man unterscheidet zwei hauptsächliche Rotationssysteme. System I in äquatornähe braucht für einen Umlauf 5 Minuten weniger als System II. Außerdem gibt es viele lokale Abweichungen.

4 Die Oberfläche des Jupiters zeigt helle Streifenzonen und dunkle Bänder. Dafür sind die folgenden Bezeichnungen üblich: [1] südliche Polarzone, [2] südl. arktisches Band, [3] südl. gemäßigtes Sand, [4/5] südl. äquatoriales Band, oft zweigeteilt, [6] Äquatorband, [7/8] nördl. äquatoriales Band, gleichfalls oft geteilt, [9] nördl. gemäßigtes Band, [10] nördl. arktisches Band, [11] nördl. polares Band, [12] nördl. Polarzone, [13] südliche arktische Zone, [14] südl. gemäßigte Zone, [15] südl. tropische Zone, [16] äquatorzone, [17] nördl. tropische Zone, [18] nördl. gemäßigte Zone, [19] nördl. arktische Zone, [20] der Große Rote Fleck mit dem dazugehörigen »Loch«. Der Bereich zwischen dem Südrand des nördlichen äquatorialen Bandes und dem Nordrande des südlichen äquatorialen Bandes bildet das System I;alles übrige bildet das System II, dessen Rotationsperiode durchschnittlich um 5 Minuten länger ist. Die Intensität der Bänder unterliegt starken Schwankungen; z. B. ist das südliche äquatoriale Band manchmal ebenso breit und dunkel wie das nördliche äquatoriale Band. Die ständige Verfolgung der rasch wechselnden Einzelheiten auf der Jupiteroberfläche ist bis heute eine interessante und wissenschaftlich lohnende Arbeit vieler Liebhaberastronomen in aller Welt, da sie keine besonders großen und teuren Instrumente erfordert.

Der Große Rote Fleck

Auf dem Jupiter sind oft viele, meist kurzlebige Flecken zu erkennen. Eine Ausnahme bildet der seit mehr als 300 Jahren bekannte Große Rote Fleck, der zwar gelegentlich verschwindet, aber immer wiederkehrt. Besonders ausgeprägt war er 1878 als ziegelroter elliptischer Fleck von 48 000 km Länge und 11 000 km Breite (das entspricht ungefähr der gesamten Oberfläche des Planeten Erde). In der Mitte der sechziger Jahre unseres Jahrhunderts ist er wieder deutlich hervorgetreten.
Lange glaubte man, der Rote Fleck sei eine Art Insel, die in den äußeren Gasen schwimme, wobei das gelegentliche Verschwinden durch zeitweiliges Untertauchen zu erklären sei. Andererseits dachte man an eine »Taylor-Säule« in dem Sinne, daß ein großes festes Gebilde auf der Planetenoberfläche über sich infolge Unterbrechung der atmosphärischen Zirkulation eine Säule aus stehendem Gas bilden könnte. Die Ergebnisse der Pioneer-Sonden deuten jedoch darauf hin, daß es sich nur um einen Wirbelsturm handelt, wobei die Frage, wie die rote Färbung zustande kommt, allerdings noch unbeantwortet bleibt.

Der innere Aufbau des Jupiters

Lange Jahre glaubte man, der Jupiter bestünde aus einem Gesteinskern mit einer dicken Eisschicht darauf, das Ganze umgeben von der Atmosphäre. Aber inzwischen haben spektroskopische Arbeiten gezeigt, daß die Gase im Außenbereich viel Wasserstoff und Wasserstoffverbindungen wie Ammoniak und Methan enthalten. Daher meint man, daß wegen der geringen Dichte überhaupt Wasserstoff in flüssiger Form der wesentlichste Bestandteil sei. In Nähe des Kerns würde der Wasserstoff wegen der hohen Temperaturen und Drücke allerdings wohl metallische Eigenschaften annehmen.
Im Zentrum des Jupiters mag die Temperatur mehrere tausend Grad erreichen; das ist viel mehr als bei der Erde. Trotzdem ist der Jupiter ohne Zweifel ein echter Planet und kein kleiner Stern, denn diese Temperatur reicht bei weitem nicht aus, um Atomkernreaktionen in Gang zu setzen. Dennoch scheint der Jupiter mehr Energie auszustrahlen, als er dürfte, wenn er völlig auf die Sonne angewiesen wäre. Das ließe sich wohl auf eine standige leichte Kontraktion zurückführen, die viel zu gering wäre, als daß man sie beobachten könnte, aber immerhin einen ausreichenden Betrag an Gravitationsenergie freisetzen würde. Der Jupiter hat auch ein mächtiges Magnetfeld und ist eine kraftige Quelle von Radiostrahlung. Leider haben die Astronomen dafür noch keine sichere Erklärung.
Die Oberfläche des Jupiters ist gasförmig, vielleicht flüssig. Daher ist eine Landung gewiß unmöglich. Manche Forscher glauben, daß unterhalb der äußeren Wolken, wo alle nötigen Substanzen vorhanden und die Temperaturen erträglich sein würden, Leben existieren könnte. Doch das ist eine höchst gewagte Vermutung. Es dürfte auch schwierig sein, in absehbarer Zeit nachzuprüfen, ob etwas Wahres daran ist.

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Jupiterlandschaften

Zum Mond ist ein Raumfahrzeug nur ein paar Tage unterwegs, bis zum Mars und der Venus einige Monate lang, der Jupiter aber ist so weit entfernt, daß die Reise dahin länger als l Jahr dauert. Infolge der Entfernung nehmen die Schwierigkeiten der Lenkung enorm zu; auch wird es immer problematischer, die Meldungen der Bordsender zu empfangen, weil aus der Entfernung des Jupiters (629 000 000 km) nur ein winziger Teil der Sendeenergie die Erde erreicht.

Die erste Jupiter-Sonde

Im März 1972 wurde Pioneer 10 als erste unbemannte Raumsonde zum Jupiter gestartet. Sie erreichte ihr Ziel im Dezember 1973. Ihre Hauptaufgabe war, die Verhältnisse in Jupiternähe zu untersuchen und Photoaufnahmen zu machen. Radiostrahlung vom Jupiter, die 1955 zufällig von B. F. Burke und W. Franklin in Amerika aufgefangen worden war, hatte das Vorhandensein eines sehr starken äußeren Magnetfeldes erwarten lassen. So rechnete man auch mit intensiven Strahlungszonen nach Art der Van-Allen-Gürtel, die die Erde umgeben. Die Forscher waren sehr gespannt darauf, wie sich diese Jupiterstrahlung auf die Bordinstrumente auswirken würde, zumal Pioneer 10 die äquatorgebiete des Planeten passieren sollte, wo eine höhere Strahlungsintensität als an den Polen vermutet wurde.
Tatsächlich funktionierte Pioneer 10 ausgezeichnet. Er flog innerhalb 132000km am Jupiter vorbei und sendete Daten über das Magnetfeld - das sich als stark, aber in seiner Struktur ganz anders als das irdische erwies - und über die Strahlungsgürtel. Die Instrumente waren fast bis zur Grenze ihrer Meßbereiche beansprucht - wäre Pioneer 10 noch näher an Jupiter herangekommen, hätten sie wohl versagt. Pioneer 10 entfernte sich dann wieder vom Jupiter und begann eine Reise ins Weltall. Er wird in den achtziger Jahren das Sonnensystem verlassen und sicher viele Millionen Jahre seine Bahn zwischen den Sternen ziehen.
Pioneer 11, gestartet im März 1971, erreichte den Jupiter im Dezember 1974. Diesmal näherte sich die Sonde dem Planeten von der Polseite her und durchquerte die äquatorgebiete verhältnismäßig rasch, um die stärkste Strahlung zu vermeiden. Die Ergebnisse von Pioneer 10 wurden durch die jetzt neu gewonnenen Daten bestätigt, Pioneer 11 steuerte schließlich in eine Bahn, die ihn 1979 zum Saturn führen soll.

Pioneer 10 und 11: Resultate

Die ersten beiden Pioneer-Sonden haben manche Fragen über Jupiter beantwortet, aber viele Rätsel harren noch der Lösung. Da ist vor allem der Rote Fleck, wegen seiner Größe, Farbe und Langlebigkeit ein einzigartiges Objekt. Die Theorie, daß es sich bei ihm um eine »schwimmende Insel« handle, erwies sich als falsch. Der Fleck ist kein halbfester Körper, der in der oberen Jupiteratmosphäre dahintreibt, vielmehr muß er als ein meteorologisches Phänomen des Jupiters gelten. Einige Pioneer-Bilder lassen im Roten Fleck eine deutliche Struktur erkennen [ l, 4].
Die hellen Zonen der Planetenoberfläche befinden sich auf höherem Niveau als die dunklen Bänder, sie sind auch um etliche Grade kühler. Dies hatte man erwartet, aber es stellte sich außerdem heraus, daß die Oberflächentemperatur an den Polen die gleiche ist wie am äquator. Falls der Jupiter allein auf die Wärme angewiesen wäre, die er von der Sonne erhält, müßten die Pole jedoch die kältesten Stellen sein. Es besteht deshalb wohl kein Zweifel, daß es eine innere Wärmequelle geben muß. Wenn diese innere Wärme in hohen Breiten wirksamer ist, müßte ein merklicher Einfluß auf die Struktur der Gasschichten ausgeübt werden, wobei Turbulenz und Konvektionsströme anzunehmen wären. Tatsächlich zeigen Bilder der Polgebiete, die beide Pioneer-Sonden gemacht haben [5], daß eben dies zutrifft. Der Unterschied in der Oberflächenstruktur ist sehr auffällig.

Weitere Entdeckungen

Von der Erde aus wäre es unmöglich, solche Feinheiten der Oberfläche auf dem Jupiter feststellen zu wollen. Erst die in ziemlicher Nähe gemachten Aufnahmen lassen erkennen, wie in ungefähr 45° Breite die stabile Band- und Gürtelstruktur aufbricht und nach den Polen hin die Verhältnisse immer unbeständiger werden, mit vielen erkennbaren Störungen in den Wolkenbändern [5].
Zu den interessanten Zügen der Oberfläche des Planeten gehören die »Federbüsche«: Wolkenstreifcn, die beim ersten Blick wie Kometen aussehen [2]. Eine solche von Pioneer 10 festgestellte Wolke existierte noch ein Jahr später, als Pioneer 11 vorbeiflog. Beobachter auf der Erde haben diesen Wolkenstreifen schon seit 1964 verfolgt, so daß er praktisch während eines vollen Jupiterjahres (gleich 12 Erdenjahren) vorhanden gewesen ist. Es mag noch weitere »Federn« mit noch längerer Lebensdauer gegeben haben. Da von 1973 bis 1975 die äquatorzone des Jupiters ungewöhnlich dunkel war, konnten solche Gebilde gut erkannt werden.
Die Erfahrungen mit den ersten Pioneer-Sonden werden den künftigen Unternehmungen dieser Art zugute kommen. Namentlich ist man bestrebt, das mächtige Schwerefeld des Jupiters zu einer zusätzlichen Beschleunigung der Raumflugkörper auszunützen, so daß sie auch noch weiter entfernte Planeten, vor allem den Saturn, besuchen können.
Daneben ist auch eine langfristige überwachung des Jupiters aus geringer Entfernung sehr erwünscht, damit nicht nur die dynamischen Vorgänge auf seiner Oberfläche besser verständlich werden, sondern auch die Wechselwirkung seiner Strahlungsgürtel mit dem interplanetaren Medium.

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