Mit einer Masse von \(1,898 \times 10^{27}\) kg, mehr als 318-mal so viel wie die Erde, dominiert Jupiter das Sonnensystem durch seine Schwerkraft und seinen orbitalen Einfluss. Seine Zusammensetzung, etwa 70 % Wasserstoff und 20 % Helium, ähnelt der der Sonne, was ihm den Spitznamen "gescheiterter Stern" einbringt. Doch der Druck und die Temperatur in seinem Kern, obwohl gewaltig, reichen nicht aus, um die thermonukleare Fusion auszulösen.
| Bestandteil | Massenanteil | Hauptstandort | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| Wasserstoff (H₂) | ≈ 71 – 74 % | Äußere Hülle und metallische Schicht | Hauptgas von Jupiter; wird unter Druck > 3 Mbar metallisch |
| Helium (He) | ≈ 23 – 25 % | Atmosphäre und innere Schichten | In der oberen Atmosphäre verarmt, da es zum Zentrum hin absinkt |
| Schwere Elemente (O, C, N, Si, Fe, Mg, S, etc.) | ≈ 3 – 6 % | Felsiger und eisiger Kern | Entspricht 10 bis 20 Erdmassen; vor der Gasakkretionsphase gebildet |
Quelle: NASA – Juno-Mission (2024), ESA – JUICE-Mission.
Damit ein Himmelskörper die Wasserstofffusion starten kann, muss er eine kritische Masse von etwa dem 75-fachen der Jupitermasse erreichen. Andernfalls bleibt der Innendruck unzureichend, damit Protonen ihre elektrostatische Abstoßung überwinden, eine notwendige Bedingung für die Reaktion \(\mathrm{H + H \rightarrow He}\). Jupiter blieb daher ein Gasriese mit einem felsigen oder eisigen Kern von etwa 10 bis 20 Erdmassen, umgeben von einer riesigen Hülle aus metallischem Wasserstoff. Im Inneren Jupiters erscheint diese Phase in Tiefen von etwa 15.000 bis 20.000 km unter der sichtbaren Oberfläche. Metallischer Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung des internen Magnetfelds durch den Dynamoeffekt. Sein partieller Übergang zwischen molekularem und metallischem Zustand trägt auch zur Freisetzung von Gravitations- und thermischer Energie bei, die die Infrarotstrahlung des Planeten antreibt.
N.B.:
Metallischer Wasserstoff ist ein exotischer Materiezustand, der von Eugene Wigner (1902-1991) und Hillard Bell Huntington (1903-1989) im Jahr 1935 vorhergesagt wurde. Unter Drücken von mehr als 3 Millionen Atmosphären (≈ 3 Mbar) verlieren Wasserstoffatome ihre Valenzelektronen und bilden ein Gitter aus H⁺-Ionen, das in ein "freies Elektronengas" eingebettet ist. Dieses Verhalten verleiht dem Wasserstoff metallische Eigenschaften: hohe elektrische Leitfähigkeit und optische Reflexion, vergleichbar mit der von flüssigem Metall.
Jupiter gibt etwa 1,7-mal mehr Energie ab, als er von der Sonne empfängt. Diese Energie stammt aus der langsamen gravitativen Kontraktion des Planeten, ein Phänomen, das als Kelvin-Helmholtz-Mechanismus bekannt ist. Durch die sehr langsame Kontraktion wandelt Jupiter einen Teil seiner Gravitationsenergie in innere Wärme um, die er im Infrarotbereich abstrahlt.
Die Atmosphäre Jupiters besteht aus Wolkenschichten, die in parallelen Bändern zum Äquator angeordnet sind. Diese Bänder wechseln sich zwischen hellen und dunklen Zonen ab, die als Zonen bzw. Bänder bezeichnet werden. Dort wehen ständig Winde mit Geschwindigkeiten von über 500 km/h. Der berühmte Große Rote Fleck ist ein gigantischer Antizyklon mit einem Durchmesser von 12.000 km (≈12.756 km für die Erde), der seit über 300 Jahren aktiv ist, laut den Beobachtungen von Giovanni Cassini (1625-1712).
Das Jupitersystem umfasst heute mehr als 95 natürliche Satelliten, von denen die vier größten — Io, Europa, Ganymed und Kallisto — 1610 von Galileo Galilei (1564-1642) entdeckt wurden. Diese galileischen Monde bilden eine dynamische Einheit, die in kleinem Maßstab an ein echtes Planetensystem erinnert. Ihre Beobachtung ermöglichte es Galileo, zu zeigen, dass nicht alle Himmelskörper die Erde umkreisen, und unterstützte damit die Gültigkeit des heliozentrischen Modells von Kopernikus (1473-1543).
| Mondname | Radius (km) | Durchschnittliche Entfernung zu Jupiter (km) | Hauptmerkmale | Mythologische Figur |
|---|---|---|---|---|
| Io | 1.821 | 421.800 | Vulkanisch aktivster Mond im Sonnensystem, junge und schwefelhaltige Oberfläche | Nymphe, von Zeus (Jupiter) geliebt, in eine Kuh verwandelt, um Hera zu entkommen |
| Europa | 1.561 | 671.100 | Glatte Eisoberfläche, innerer Ozean unter dem Eis, Kandidat für mikrobielles Leben | Phönizische Prinzessin, von Zeus in Gestalt eines weißen Stiers entführt |
| Ganymed | 2.634 | 1.070.400 | Größter Mond im Sonnensystem, besitzt ein Magnetfeld und einen inneren Ozean | Junger trojanischer Prinz, von Zeus entführt, um der Mundschenk der Götter zu werden |
| Kallisto | 2.410 | 1.882.700 | Alter und kraterreicher Mond, wenig differenzierter Kern, möglicher tiefer Ozean | Nymphe der Artemis, von Zeus verführt, in einen Bären und dann in ein Sternbild verwandelt |
| Amalthea | 83 | 181.400 | Unregelmäßiger rötlicher Mond, sehr nah an Jupiter, intensive thermische Beleuchtung | Ziege, die Zeus in seiner Kindheit nährte, Symbol des Überflusses |
| Himalia | 85 | 11.480.000 | Unregelmäßiger Mond der Himalia-Gruppe, geneigte prograde Umlaufbahn | Nymphe, die Zeus drei Söhne gebar |
| Elara | 43 | 11.740.000 | Unregelmäßiger Mond, wahrscheinlich ein eingefangenes Fragment | Nymphe, von Zeus geliebt, Mutter des Riesen Tityos |
| Pasiphae | 30 | 23.500.000 | Retrograder Mond der Pasiphae-Gruppe, wahrscheinlich ein eingefangener Körper | Gattin des Minos und Mutter des Minotaurus, Tochter des Sonnengottes Helios |
| Sinope | 19 | 23.860.000 | Kleiner retrograder Mond, unregelmäßige Form, Pasiphae-Gruppe | Princessin, die Zeus verführen wollte, aber sie täuschte ihn, um Jungfrau zu bleiben |
| Lysithea | 18 | 11.720.000 | Unregelmäßiger Mond, leicht geneigte Umlaufbahn | Nymphe, von Zeus geliebt, Mutter des Dionysos in einigen Versionen |
Jenseits dieser riesigen Monde umkreisen zahlreiche unregelmäßige Satelliten den Jupiter in größerer Entfernung, oft durch Gravitation eingefangen. Ihre komplexe Verteilung gibt Aufschluss über die Akkretions- und Planetenmigrationsprozesse, die vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren stattfanden.
Die kolossale Masse Jupiters, die 318-mal so groß ist wie die der Erde, verleiht dem Planeten eine grundlegende Rolle für die gravitative Stabilität des Sonnensystems. Sein immenses Gravitationsfeld wirkt als natürlicher Schild für die inneren Planeten, insbesondere die Erde, indem es eine große Anzahl potenziell gefährlicher Kometen und Asteroiden ablenkt oder einfängt. Dieses Phänomen, gravitative Streuung genannt, verändert die Dynamik kleiner Körper aus dem Asteroidengürtel und der Oortschen Wolke.
Orbitalsimulationen zeigen, dass ohne Jupiter der Fluss interplanetarer Projektilen zur Erde um einen Faktor zwischen 10 und 100 zunehmen würde, je nach Modell (Horner und Jones, 2010). Der Planet wirkt auch als dynamischer Stabilisator: Er begrenzt die orbitalen Störungen des Mars und des Hauptgürtels, indem er einen Teil der gravitativen Resonanzen absorbiert.
Seine Wirkung ist jedoch nicht ausschließlich schützend. Einige seiner Lindblad-Resonanzen und mittlere Bewegungsresonanzen können im Gegenteil Asteroiden destabilisieren und sie in das innere System schleudern. Jupiter wirkt somit sowohl als Wächter als auch als Architekt des Sonnensystems und formt ständig die Verteilung der planetaren Umlaufbahnen und der kleinen Körper.
N.B.:
Die schützende Rolle Jupiters bleibt umstritten. Obwohl der Gasriese die Häufigkeit katastrophaler Einschläge verringert, kann er auch einige Objekte in Richtung der inneren Planeten umlenken. Seine Gesamtwirkung auf die Einschlagswahrscheinlichkeit hängt stark von den dynamischen Epochen und der Verteilung der langperiodischen Kometen ab.
Um den grundlegenden Unterschied zwischen Jupiter und einem Stern wie der Sonne zu verstehen, ist es nützlich, ihre wesentlichen physikalischen Parameter zu vergleichen.
| Merkmal | Jupiter | Sonne | Kommentar |
|---|---|---|---|
| Masse | \(1,898 \times 10^{27}\) kg | \(1,989 \times 10^{30}\) kg | Es wären 75 Jupiter nötig, um die Mindestmasse eines roten Zwergsterns zu erreichen |
| Radius | 71.492 km | 696.340 km | Die Sonne ist fast zehnmal größer |
| Zentrale Temperatur | ≈ 20.000 K | ≈ 15.000.000 K | Die Kernfusion erfordert > 4 × 106 K |
| Energiequelle | Gravitative Kontraktion | Wasserstofffusion | Die Sonne verwandelt Wasserstoff in Helium, Jupiter nicht |
N.B.:
Wenn die protosolare Nebel in ihrer äußeren Region etwas massereicher gewesen wäre, hätte der Kern Jupiters die kritische Schwelle von etwa 13 Jupitermassen erreichen können. Das in der zirkumsolaren Scheibe verfügbare Gas, das bereits durch die Entstehung der Sonne verarmt war, ermöglichte jedoch keinen vollständigen gravitativen Kollaps. Jupiter ist somit das Produkt eines unvollendeten Sterns, der aus einem lokalen Reservoir zu geringer Dichte geboren wurde, um zu zünden.
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