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Jupiter über Wellendingen Walter Albert AVR 2017
Wozu Juno zum Jupiter schicken, wenn solche Bilder von
AVR-Fotografen von der Erde aus gemacht werden können??
Cassini:
Vorbeiflug an Jupiter 29.12.2000
Bis dahin detailliertestes
Echtfarben-Mosaik
aus Aufnahmen der
Schmalwinkel-Kamera
bei der größten Annäherung
an Jupiter aus ~ 10 Mio km
US-Raumsonde Juno
bei Jupiter
Astronomische Vereinigung Rottweil Herbert Haupt
Zimmern o.R. 12. Mai 2018
Juno-Sonde: Missionsübersicht
Start: 05.08.2011
Ankunft bei Jupiter: 04.07.2016
Wichtige Ziele:
- Ursprung und Evolution Jupiters
- fester Kern des Planeten?
- Gehalt von Wasser/Ammoniak/
Methan in der tiefen Atmosphäre
Theorie der Planetenformation
- Atmosphäre: Konvektion und
Windprofile
- Kartierung des Magnetfeldes
- polare Zonen und Polarlichter
NASA JPL Caltech 2009
Beipack der
Juno-Sonde
In Erinnerung an den
Entdecker der großen
Jupitermonde trägt Juno
eine Aluminiumplakette
mit dem Bildnis und
einer handschriftlichen
Notiz von Galileo Galilei
sowie drei Lego-Figuren
aus Aluminium: Galilei,
Jupiter und dessen Frau
Juno.
NASA-Sonde Juno:
Flug zu Jupiter
NASA / JPL-Caltech / SuW-Grafik
• Start 05.08.2011
• Schubmanöver des
Bordantriebs in 09-2012
Juno in Richtung Erde
gelenkt, um dort am
9.10.2013 Schwung zu
holen
• Ankunft bei Jupiter:
05.07.2016
5. Juli 2016: Junos Ankunft bei Jupiter
Junos erstes Bild aus dem Jupiterorbit
Sechs Tage nach Ankunft im Jupiterorbit am 5. Juli 2016:
Aufnahme aus 4,3 Mio km:
der Planet in Halbphase, mit den charakteristischen hellen Zonen
und dunklen Bändern sowie dem Großen Roten Fleck
NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS
Jupiter: ein paar Zahlen, die schon bekannt waren
• Masse: enthält 70 % der Gesamtmasse aller Planeten
Mjup = 318 Merde
• Perihel / Aphel: 4,95 – 5,46 AE (e = 0,048)
• Siderischer Umlauf: 11,86 Jahre
• Rotations-Periode: 9:55,5 h 12,6 km/s an OFäqu (Erde: 0,46 km/s)
6,5 % Abplattung
• Durchmesser am Äquator: 143.000 km (~12x Øerde),
am Pol: 133.700 km
• Neigung der Rotationsachse: 3,1° kaum Jahreszeiten
• Albedo: 0,52; Temperatur an „Oberfläche“ (1 Bar): - 108°C
• Helligkeit: max - 2,94 mag (Venus: max - 4,6 mag)
• Mittlere Dichte: 1,33 g/cm3
• Atmosphäre an Oberfläche: 90% H, 10% He, 0,3% CH4, 0,03% CH3
• Orbitalgeschwindigkeit: ~ 42 km/s, Fluchtgeschwindigkeit: ~ 60 km/s,
Juno am fernen Bahnwendepunkt 31.07.2016
Wegen Problemen mit zwei He-Ventilen im Antriebsystem wird auf den
Übergang in die kürzeren Orbits (blau) verzichtet.
Daher nur langgestreckter 53,5-Tage-Orbit, bis in 8,1 Mio km Entfernung
von Jupiter. - Geschwindigkeit beim nahen Vobeiflug: 58 km/s.
Gefährlicher
Strahlungsgürtel
Juno ist von links oben gekommen und soll in Pfeilrichtung wieder
wegfliegen. Farbig dargestellt der intensive Jupiter-Strahlungsgürtel,
den Juno auf den vorgesehenen Spiralbahnen weitgehend vermeidet.
Jupiters wirbelnde Atmosphäre
Jupiter bei Junos
9. nahen Vorbeiflug
Rohbild
Southern Timelapse 24.10.2017
Original-Bilder von Jupiters
Atmosphäre sind meist sehr blass.
Sie werden zum besseren
Erkennen der dynamischen
Strukturen farbverstärkt oder in
Falschfarben dargestellt, meist
durch Citizen Scientists: s. z. B.
https://www.missionjuno.swri.edu
/junocam/processing …
#citizenscience
Bildbearbeitung Südpolregion
Großräumige wirbelnde Wolkenstrukturen Die dynamischen Strukturen - großräumig und in kleineren Elementen -
verändern sich permanent; dabei bleiben aber einige über lange
Zeiträume prinzipiell bestehen, z.B. Bänder und Zyklone.
Norden Süden
Jupiter beim
10. nahen Vorbeiflug 15. Dez. 2017
farbverstärkt
Südliche Hemisphäre,
bei 50 Grad südlicher Breite
aus 31.000 km.
Oben: sehr langgestreckter
Wirbelsturm
Bildbearbeitung: Gerald Eichstädt
Juno beim 10. nahen Vorbeiflug Anfang Januar 2018
Zyklone des
String-of-Pearls
Südpolregion
NASA/JPL-Caltech/SWRI/Gerald Eichstädt
Jupiters
stürmische
Atmosphäre
16.12.2017,
aus 13.300 km.
Nördl. Hemisphäre
bei 49°.
Rechts oben die
Tag-Nacht-Grenze.
Auflösung:
9 km/pixel).
Bildbearbeitung:
G. Eichstädt /S. Doran
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran 9.11.2017
Wolken und Stürme über dem Planeten
9. Vorbeiflug Junos
Detailaufnahmen: beeindruckende Vielfalt der dynamischen Strukturen
Viele Wolken haben „Chevrons“ 9. Vorbeiflug Junos
Diese atmosphärischen Störungen wehen mit mehreren hundert km/h.
Spuren von Molekülen wie Ammoniak, Methan, Schwefel und Wasser
verleihen den Wolken unterschiedliche Farben und Eigenschaften.
Die Atmosphäre des Planeten eine turbulente Mischung aus Wasserstoff und Heliumgasen.
9. naher Vorbeiflug
Sturmwirbel bei 42° Nord aus 10.000 km
9. naher Vorbeiflug Junos, 24.10.2017, 7 km/px.
Großer Sturmwirbel, gegen den Uhrzeigersinn, mit sehr unterschiedlichen
Wolkenhöhen. Helle Wolken - vermutlich Aufwinde mit Ammoniak- und
Wassereiskristallen - reichen höher und werfen Schatten (Licht von links)
Jupiters wirbelnde
Wolken
07.02.2018 beim
11. Vorbeiflug,
aus 8.200 km
Nördlicher
gemäßigter Gürtel
bei 40°
Kevin M. Gill
Kampf der Wolkenbänder (Junos achter Vorbeiflug) „Zwei Wolkenbänder kämpfen um die Überlegenheit.“ Eines enthält
einen Wirbelsturm, der vielfach größer ist als ein Hurrikan auf der Erde.
Projektion der
Südhalbkugel
Jupiters mit Hilfe
von Cassini beim dessen Vorbeiflug
am 11./12.12.2000
Markante Strukturen: rot-braune und weiße Bänder, der Große Rote
Fleck, viele kleine Wirbel, weiße Zyklone und chaotische Regionen.
Viele Wolken erscheinen in Streifen und Wellen, aufgrund des ständigen
Streckens und Faltens durch Jupiters Winde und Turbulenzen.
Jupiters Südpol aus 52.000 km
Überlagerung
von Bildern
aus drei Orbits
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/BetsyAsherHall/GervasioRobles
Helle Ovale: Zyklone,
bis 1400 km Ø, mit
mehreren 100 km/h
Windgeschwindigkeit
Wirbel um Jupiters Südpol 27.08.2017
Farbverstärktes Komposit aus Daten von drei separaten Orbits.
Die ovalen Strukturen sind Zyklone mit bis 1000 km Ø.
Sie sind unabhängig vom tobenden Sturm des Großen Roten Flecks.
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Roman Tkachenko
Wirbelnder Malstrom auf Jupiter „durch die rosarote Brille“
Original-Bild vom 7. Februar 2018, bei Junos 11. nahen Vorbeiflug,
aus 12.200 km über Jupiters Wolken, bei 49° Nord.
Bildbearbeitung:
Matt Brealey /
Gustavo B C
Abstraktes Jupiter-Kunstwerk
Original-Bild: Nahaufnahme der Stürme in der nördlichen Hemisphäre.
Rick Lundh wendete darauf ein Ölgemälde-Filter an.
Die Stürme an Jupiters Nordpol
Überraschenderweise driften die Wirbelstürme nicht in die Mitte zum
zentralen Sturm, wie es die Atmosphärendynamik erwarten lässt.
Warum die Zyklone nicht verschmelzen, ist ebenso unbekannt wie der
Entwicklungsprozess zu der derzeitigen Konfiguration.
„Helligkeits-Temperatur“
(bei 5 µm):
zwischen -13 und -83 °C
Acht Stürme umkreisen
den zentralen Sturm am
Nordpol, am Südpol sind
es fünf.
Die Stürme an Jupiters Nordpol
https://www.youtube.com/watch?v=By6sZ6RGCEQ&feature=youtu.be
Animation zum 3D-Flug über Jupiters Nordpol im Infraroten
Jupiters Bänder-Strukturen
Zyklus des südlichen äquatorialen Gürtels
Der South Equatorial Belt (SEB) macht sich hier gerade davon!
Das kommt nicht überraschend. Er verschwindet immer wieder und
kommt dann zurück. Alle drei bis 15 Jahre verblasst er, bis einige
Wochen oder Monate später neue dunkle Wolken auftauchen, sich über
den Planeten verteilen und einen neuen SEB bilden.
Bild: Anthony Wesley
Struktur der Jetstream-Bänder
Jupiters helle und dunkle Jetstream-Bänder laufen gegeneinander.
Die Bänder reichen bis 3000 km tief.(Schluss aus Gravitationsmessungen)
Darunter gibt es keine Hinweise auf solche Bänder, und Jupiter rotiert
dort wie ein starrer Körper!! Ursache: Druck dort um 100.000 Bar!
https://youtu.be/hF0UjhPSS3A?t=01
grauer „Körper“: starr
braune Bänder:
grüne Bänder:
Zonen und Bänder der Jupiter-Atmosphäre
Abkürzungen der englischen Bezeichnungen. NTZ: North Temperate Zone
Dynamik
von Jupiters
Atmosphäre Im Gegensatz zu den
relativ unveränderlichen
Oberflächenmerkmalen
anderer Planeten sind
die Bänder Jupiters
hoch dynamisch. Denn
er hat keine wirkliche
Oberfläche.
Die Streifen werden
durch unterschiedliche
Wolkenformationen
gebildet. Florian Freistetter
NASA Voyager 1, März 1979: Zeitraffer über 60 Jupitertage (25 Erdtage)
Video: https://giphy.com/gifs/Qa1Fc6zrqTazm
Der Große Rote Fleck
Juno aus 9000 km über dem Großen Roten Fleck Gefangen zwischen zwei Jetströmen: der GRF ist ein Antizyklon, der um
ein Zentrum mit hohem Luftdruck wirbelt er rotiert entgegen der
Richtung zu irdischen Hurrikanen.
10.07.2017: höchste Auflösung; Norden ist links
Großer Roter Fleck und dynamische Bänder der Südregion
Bildbearbeitung: Gerald Eichstädt / Seán Doran
7. naher Vorbeiflug:16.500 km über der OF
Jupiters GRF mit Mond Io und dessen Schatten 03.05.2017
Jupiters ikonischer GRF und umgebende turbulente Zonen Alles ist in Bewegung und verändert sich: der GRF, die Bandränder, neue
Wirbel entstehen und vergehen, der GRF gleitet langsam vor und zurück.
https://www.missionjuno.swri.edu/news/jupiters-great-red-spot-spotted
01.04.2018
G. Eichstädt,
S. Doran
Komposit
aus drei
Aufnahmen:
6:03-6:24 am
aus 25-49 km
Rotierender Großer Roter Fleck
Windbewegungs-Modell des GRF aus Mosaikbildern:
Riesige dickadrige Wolken winden sich durch den GRF.
Unklar ist, woher die dunkelrote Farbe kommt, wie die vorhandenen
Ammoniak, Ammoniumhydrosulfid und Wasser miteinander reagieren
und all die Farben im GRF erzeugen.
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Justin Cowart
Zyklone um den Großen Roten Fleck 19.04.2018
Der Große Rote Fleck,
der „red spot junior“
und der im Mai 2008
aufgetauchte dritte rote
Fleck (Hubble), der
kurz danach vom GRF
verschlungen wurde!
Unten (weiß): weitere
Zyklone aus dem
„String of Pearls“
Der Große Rote Fleck: Historie
• 1665 - 1713: erste Beobachtungen eines
GRF durch G. D. Cassini und Andere
• Aber dann:
1713 - 1831: keinerlei vergleichbare Sichtungen!
Cassinis Fleck hat sich offenbar gegen 1715 aufgelöst!
• Der heutige GRF scheint sich erst im Zeitraum 1830 - 1850 gebildet
zu haben: zunächst nur als blasse, neue Störung der Atmosphäre,
die sich dann allmählich zum gigantischen Wirbelsturm mit
rötlichem Auge verstärkte.
Alter des jetzigen GRF: also „nur“ etwa 180 Jahre
• Seither schrumpft der GRF langsam:
von 40.000 km um 1870 über 25.000 km 1995 auf heute (03-2018)
nur noch 13.500 km, zudem wird er immer blasser!
• Es ist denkbar, dass er sich in den nächsten 20 - 70 Jahren ganz
auflöst. K.-P. Schröder: SuW 05-2018, S. 60
Der Große Rote Fleck schrumpft
Rechts der Fleck: 1995 (Durchmesser ~ 21.000 km), 2009 (18.000 km)
und 2014 (16.500 km). 1870 waren es noch 40.000 km!!
NASA, ESA und A. Simon (Goddard Space Flight Center)
Unterstützende Beobachtungen
mit Subaru und Gemini, Hawaii:
Der GRF, eine der höchst-
reichenden Strukturen in Jupiters
Atmosphäre.
Schmale spiralige Strähnen
weisen in den GRF hinein oder
aus ihm heraus, verursacht durch
die intensiven Winde im GRF
(s. Haken links am GRF). Einige
fließen nach rechts ab, in einen
wellenförmigen Fluss-Muster.
Die dunklen Ovale rechts vom GRF haben dünnere Wolken. Beide
sind langlebige Zyklone, die im Gegensatz zu GRF im Uhrzeigersinn
rotieren. http://go.nasa.gov/2ur2ZpD
Der Große Rote Fleck im IR
Die tiefen Wurzeln des Großen Roten Flecks
Blick mit dem Mikrowellen-Radiometer in die tieferen Wolkenschichten
unter dem GRF. Oben eine Aufnahme der JunoCam im sichtbaren Licht,
darunter verschieden tiefe Atmosphärenschichten. Sie wurden bei
unterschiedlichen Wellenlängen aufgezeichnet. Der GRF lässt sich bis
350 km unterhalb der sichtbaren Wolkenoberfläche verfolgen.
Kleiner Roter Fleck 2.02.2017, 6. naher Vorbeiflug
aus 14.500 km
farbverstärkt
NASA/JPL-
Caltech/SwRI/MSSS/
Björn Jonsson
Weißes Oval:
massiver Sturm in Gegenuhrzeiger-Richtung auf der Süd-Hemisphäre
Großer Kalter Fleck nahe Jupiter-Nordpol
In den obersten Schichten Jupiters gibt es einen auffallend kühlen
Bereich, seit 15 Jahren oder weit länger, an ein und derselben Stelle
knapp unterhalb des Nordpols.
Während das Gas in der Umgebung auf 400 bis mehr als 700 °C
aufgeheizt wird, ist es im Bereich des Kalten Flecks etwa 200 Grad
kühler. Tom Stallard et al., Univ. Leicester
Jupiters Magnetfeld
und seine Polarlichter
Jupiters Magnetfeld
Es entstehen zwei Magnetfelder, die sich überlagern: das erdähnliche aus
der tiefen Schicht des metallisch leitenden Wasserstoffs und die von dem
äquatorialen Jet erzeugte schwächere Bandstruktur. Thomas Gastine, MPI
Jupiters asymmetrisches Magnetfeld
rot: Quellen
blau: Senken
Jupiters Magnetfeld ist an
seiner Oberfläche 10 x so
stark wie auf der Erde und
reicht über zig Jupiterradien
in den Raum hinaus.
Polarlichter auf Jupiter
Aurora im Röntgenbereich.
An Nord- und Südpol sind fast
immer Auroren zu sehen.
Jupiters Magnetfeld ist so stark,
dass er alle geladenen Teilchen
seiner Umgebung einfängt (vom
Sonnenwind und auch von Io und
Europa). Myriaden geladener
Protonen, Elektronen und Ionen
umkreisen Jupiter mit
relativistischer Geschwindigkeit.
Polarlichter auf Jupiter während
eines Sonnensturms sind 100 mal
energiereicher als bei uns.
Polarlicht an Jupiters Nordpol
Animation,
rekonstruiert aus
Aufnahmen im UV
am 11.12.2016.
Juno passierte dabei
den Pol mit 50 km/s!!
und flog dann Richtung
Äquator.
Polarlichter auf Jupiter
sind eher blau als grün
wie auf der Erde, wegen
Atmosphäre aus H, He,
H2O, NH3, CH4; …
Jupiters Südpol
mit Polarlichtern
Komposit-Bild:
- im Optischen: Juno
(NASA/JPL-Caltech/SwRI/
MSSS/G. Eichstädt /S.Doran)
- purpur: Röntgen
durch Chandra und
XXM-Newton (NASA/CXC/UCL/W.Dunn
et al)
Polarlichter
am Südpol
im IR
Juno: noch nie gesehene Bilder
der südlichen Aurora Jupiters;
von der Erde aus nicht möglich.
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
Neue Strahlungszonen auf Jupiter entdeckt
Magnetfeld
relativistische H,O,S-Ionen, aus zuvor neutralen Atomen von Io und Europa
energiereiche schwere Ionen am Innenrand des relativistischen Elektronen-Strahlungsgürtels
Strahlungsgürtel durch hochenergetische Ionen und Elektronen,
die im starken Magnetfeld Jupiters nahe seiner Oberfläche umlaufen.
Messungen mit Junos Stellar Reference Unit (SRU-1) Star Camera
Karte von Jupiters Infrarot-Emission
J.E.P. Connerney et al/Science
Helle Gebiete: „warm“,
da die Wolken tiefliegend
und ziemlich durchsichtig
Dunkle Gebiete: kälter,
da dichte, hochstehende
Wolken,
z.B. die Äquator-Gürtel,
der GRF, und die Zyklone
des „Strings of Pearls“
(unten).
Die innere Struktur Jupiters
https://astronomynow.com/2017/05/27/jupiter-surprises-in-first-trove-of-data-from-
nasas-juno-mission/
Untersuchung der Jupiteratmosphäre unter den oberen Wolkenschichten
Rechts: Ammoniak-Anteil in den Tiefen der Atmosphäre:
rot: hohe, blau: niedere Konzentration NASA/JPL-Caltech/SwRI
Durchgriff durch die meteorologische Atmosphären-Schicht
zur Analyse von Struktur und Konvektion in Jupiters Innerem (aus Gravitationsfeld-Daten):
möglicher “Fels”-Kern, umgeben von metallischem Wasserstoff,
darüber molekularer Wasserstoff, alles unter der dichten Wolkendecke
NASA/JPL-Caltech/SwRI
= „Oberfläche“
Jupiters innere Struktur
Innere Struktur Jupiters
Die Schalen (von links): Wolkenhülle (3000 km), He-armer molekularer
Wasserstoff, metallischer Wasserstoff, Kern (Eis und Fels?)
Vergleich von innerer Struktur und
Zusammensetzung der 4 Gasplaneten
Zusammenfassung
Juno-Mission: außerordentlich erfolgreich. Zum ersten Mal auch die
Pole erforscht. Viele überraschende Ergebnisse:
• Atmosphäre extrem dynamisch; reicht bis in 3000 km Tiefe
• Darunter, obwohl noch gasförmig, Verhalten eines starren Körpers
• Bänder, Zyklone, Wolkenwirbel: in ständiger Wechselwirkung und
mit andauernden Veränderungen
• Der Große Rote Fleck: Stürme mit > 600 km/h. Schluckt Zyklone
und scheidet Sturmwellen aus. Schrumpft seit 180 Jahren. Könnte
sich in den nächsten Jahrzehnten ganz auflösen, hat aber
stabilisierende Wurzeln bis in 350 km Tiefe.
• Magnetosphäre: sehr starke Felder, sehr weit ausgedehnt.
energiereiche permanente Polarlichter durch Sonnenwind, aber
auch durch Teilchen vom Mond Io (1 to/s S)
Strahlungsgürtel um Jupiter mit relativistischen Elektronen und
Ionen
Jupiter WFC3/UVIS
Hubble 21.04.2014
NASA, ESA, and A. Simon
(Goddard Space Flight Center)
Danke fürs Mitdenken
Quellen / Literatur • https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/
• www.missionjuno.swri.edu/junocam
• https://www.nasa.gov/juno und http://missionjuno.swri.edu
• https://phys.org/news/2017-05-juno-mission-jupiter-science-
results.html#jCp
• https://www.missionjuno.swri.edu/news/a-new-point-of-view …
#citizenscience
• https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing …
#citizenscience
• https://www.welt.de/mediathek/dokumentation/space/strip-the-
cosmos/video16 (Bericht auf N24 auch über innere Struktur)
• https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/images/index.html
• https://astronomynow.com/2017/05/27/jupiter-surprises-in-first-
trove-of-data-from-nasas-juno-mission/
• https://www.youtube.com/watch?v=rodKLlmoSe8 07.03.2018
Erste Ergebnisse der Juno-Mission, auch über die innere Struktur
Quellen / Literatur • https://www.youtube.com/watch?v=By6sZ6RGCEQ&feature=youtu.be
• http://go.nasa.gov/2ur2ZpD Earth-based Views of Jupiter to Enhance
Juno Flyby
• http://www.businessinsider.de/milliarden-teure-nasa-sonde-neue-fotos-
von-jupiter-9-2017-11
• https://www.missionjuno.swri.edu/news/jupiters-great-red-spot-spotted
Der GRF in Großaufnahme beim 12. nahen Vorbeiflug
• Hans-Ulrich Keller: „Jupiter und Juno“ Kosmos Himmelsjahr 2018
• Tilmann Althaus: „Im Reich des Göttervaters – Raumsonde Juno trifft
bei Jupiter ein“ SuW 07-2016
• Tilmann Althaus: „Nordlichter auf Jupiter“ SuW News 30.06.2016
• Wikipedia: Juno (Raumsonde), Jupiter, …
• Norbert Krupp (MPIS): „Aktuelle Ergebnisse der JUNO-Mission“
Vortrag 16.03.2018, Planetarium Stuttgart
• Jan Osterkamp: „Jupiters Geheimnis unter der Oberfläche“
Spektrum.de News 08.03.2018
Spezielle Animationen
https://www.youtube.com/watch?v=hF0UjhPSS3A
Animation zu Jupiters gegenläufigen Bändern und innerer Struktur
https://www.youtube.com/watch?v=By6sZ6RGCEQ&feature=youtu.be
Animation zum 3D-Flug über Jupiters Nordpol im Infraroten
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