Physikalische Eigenschaften

Jupiter ist ein Gasriese, der zu über 90 % aus Wasserstoff und Helium besteht, ohne eine feste Oberfläche im eigentlichen Sinne: Unter seinen bunten Wolken steigt der Druck so schnell an, dass sich das Gas allmählich zu einem Ozean aus flüssigem Wasserstoff verdichtet und noch tiefer zu leitfähigem metallischem Wasserstoff wird. Seine Masse allein übertrifft die 2,5-fache Masse aller anderen Planeten des Sonnensystems zusammen.

Der Große Rote Fleck, ein antizyklonaler Sturm, der mindestens seit dem 19. Jahrhundert beobachtet wird, ist groß genug, um mehrere Erden zu verschlingen — auch wenn er in den letzten Jahrzehnten merklich geschrumpft ist, ohne dass ein vollständiges Verschwinden absehbar wäre.

Der Große Rote Fleck aus der Nähe

Dieses Nahaufnahme-Bild, aufgenommen von der Sonde Juno bei einem Vorbeiflug in geringer Höhe und in verstärkten Farben verarbeitet, offenbart die komplexe wirbelnde Struktur des Großen Roten Flecks: Wolkenbänder winden sich mit Geschwindigkeiten von über 400 km/h an seinen Rändern umeinander und umgeben einen ruhigeren Kern. Wissenschaftler vermuten, dass sein rötlicher Farbton von chemischen Verbindungen stammt, die aus den tieferen Schichten der Atmosphäre aufgestiegen und durch die ultraviolette Strahlung der Sonne verändert wurden — ihre genaue Natur bleibt jedoch umstritten.

Bei seiner ersten detaillierten Beobachtung im 19. Jahrhundert noch so groß wie die Erde, ist der Sturm seit den 1930er-Jahren kontinuierlich geschrumpft und misst heute nur noch etwas mehr als eine Erdbreite. Junos Messungen zeigen zudem, dass er im Verhältnis zu seiner Breite erstaunlich flach ist: Seine Wurzeln reichen nur einige Hundert Kilometer tief in die Atmosphäre — ein winziger Bruchteil des gesamten Planetenradius.

Mondsystem

Die vier größten Monde Jupiters — Io, Europa, Ganymed und Kallisto — wurden bereits 1610 von Galilei entdeckt, der erste beobachtende Beweis dafür, dass nicht alle Himmelskörper um die Erde kreisen. Io ist der vulkanisch aktivste Körper des Sonnensystems, ständig aufgeheizt durch die gravitative Reibung mit Jupiter und seinen Nachbarmonden. Europa verbirgt unter einer Eiskruste vermutlich einen Ozean aus salzhaltigem flüssigem Wasser in Kontakt mit einem Gesteinskern — eine der Umgebungen, die als vielversprechendste Kandidaten für mögliches mikrobielles Leben gelten. Ganymed ist der größte Mond des Sonnensystems, größer sogar als Merkur.

Magnetfeld und Ringe

Jupiter besitzt das stärkste Magnetfeld aller Planeten, erzeugt durch seinen schnell rotierenden metallischen Wasserstoff — der Planet dreht sich trotz seiner Größe in weniger als 10 Stunden einmal um die eigene Achse. Dieses Feld fängt gewaltige Mengen geladener Teilchen in Strahlungsgürteln ein, die einen längeren menschlichen Aufenthalt in der Nähe extrem gefährlich machen würden.

Jupiter besitzt außerdem ein Ringsystem, das deutlich dünner und dunkler ist als jenes von Saturn — zusammengesetzt aus feinem Staub, der wahrscheinlich von Meteoriteneinschlägen auf seinen kleinen inneren Monden stammt und von der Erde aus ohne Spezialinstrumente unsichtbar ist.

Innerer Aufbau

Unter den Wolken Jupiters steigen Druck und Temperatur so schnell an, dass der Wasserstoff mehrfach seinen Zustand wechselt: nahe der Oberfläche gasförmig, wird er einige tausend Kilometer tiefer flüssig und verwandelt sich jenseits von etwa 20.000 km Tiefe in metallischen Wasserstoff — einen auf der Erde äußerst seltenen Materiezustand, in dem sich Elektronen frei bewegen wie in einem leitfähigen Metall. Genau die schnelle Rotation dieses metallischen Ozeans erzeugt das gewaltige Magnetfeld des Planeten.

Im Zentrum Jupiters vermutet man einen teilweise aufgelösten Kern, der laut den Schwerkraftmessungen der Sonde Juno größer und diffuser ist als erwartet — wahrscheinlich einige Erdmassen an Gestein und Eis, die allmählich mit dem umgebenden metallischen Wasserstoff vermischt sind, statt scharf abgegrenzt, wie ältere Modelle nahelegten.

Ein Planet, der seine eigene Wärme abstrahlt

Jupiter strahlt etwa 1,7-mal mehr Energie ab, als er von der Sonne empfängt — ein Wärmeüberschuss, der im Wesentlichen aus seiner langsamen gravitativen Kontraktion seit seiner Entstehung stammt, einem Prozess, der als Kelvin-Helmholtz-Mechanismus bezeichnet wird. Diese innere Energie treibt eine bemerkenswert heftige Meteorologie an: Zonalwinde von über 600 km/h gliedern die Atmosphäre in helle und dunkle Bänder, die schon mit einem kleinen Teleskop gut sichtbar sind.

Wäre Jupiter etwa 80-mal massereicher gewesen, hätte der Druck in seinem Kern ausgereicht, um die Kernfusion von Wasserstoff zu zünden — er wäre dann zu einem Stern geworden und hätte mit der Sonne ein Doppelsternsystem gebildet. Trotzdem wird Jupiter manchmal, etwas übertrieben, als „missglückter Stern" bezeichnet.

Erkundung

Die Sonden Pioneer 10 und 11 (1973-1974) waren die ersten, die Jupiter überflogen, gefolgt von Voyager 1 und 2 im Jahr 1979, die den aktiven Vulkanismus von Io und erste Details des Großen Roten Flecks offenbarten. Die Sonde Galileo (1995-2003) war die erste, die in eine Umlaufbahn um Jupiter einschwenkte, und setzte eine Atmosphärensonde aus, die die Zusammensetzung der jovianischen Wolken direkt maß.

Seit 2016 untersucht die Sonde Juno im Detail das Magnetfeld, den inneren Aufbau und die tiefe Atmosphäre Jupiters. Die Missionen JUICE (ESA, gestartet 2023) und Europa Clipper (NASA, gestartet 2024) sind derzeit unterwegs, um die eisigen Monde des jovianischen Systems genauer zu untersuchen, insbesondere den möglichen Ozean Europas.