Jupitermonde
Jupiter wird von vielen Dutzend Monde umkreist. Die vier mit Abstand größten sind leicht zu beobachten: Io, Europa, Ganymed, Kallisto.
Auf der Io hat man aktive Vulkane nachgewiesen. Speziell unter dem Eispanzer der Europa wird ein verborgenes, den ganzen Himmelskörper umspannendes Meer vermutet. Und Ganymed ist mit einem Durchmesser von 5.262 km sogar der größte Mond im ganzen Sonnensystem. Näheres erfahren Sie in meinem Artikel Jupiters mächtige Eismonde.
Der Anblick des Mondquartetts wechselt von Nacht zu Nacht. Allerdings wissen wir erst seit 1610 von dessen Existenz.
Galilei und die Jupitermonde
Am 7. Januar 1610 sah Galilei drei kleine, aber sehr helle Sterne nahe dem Planeten Jupiter. Seltsamerweise standen sie in einer Linie und das auch noch parallel zur Ekliptik.
So muss Galilei die Jupitermonde am 7. gegen 18 Uhr Ortszeit gesehen haben (obere Reihe), und so hätten sie in einem etwas besseren Teleskop ausgesehen (untere Reihe). Individuelle Mondnamen verwendete Galilei allerdings nicht.
Ohne es zu ahnen, erblickte Galilei schon am 7. Januar alle vier Monde, wenngleich zwei so nahe beisammen standen, dass sie in seinem Sehglas miteinander verschmolzen!
Am 8. Januar visierte er Jupiter wieder an. Der hätte sich auf seiner Wanderung am Himmel relativ zu den vermeintlichen Fixsternen nach rechts verschieben sollen. Doch nun stand er links der drei Lichtpünktchen. Galilei war verwundert und zweifelte an den Berechnungen des Jupiterlaufs. Wohl deshalb übersah er diesmal den am weitesten links stehenden Lichtpunkt (obere Reihe):
Am 10. sah er nur ein Duo und vermutete, das dritte Sternchen habe sich "unter Jupiter versteckt". Tatsächlich standen zwei Punkte so nahe beisammen, dass sie im Teleskop zu einem einzigen gerieten. Galilei: "Da wurde aus Zweifel staunen, und ich wusste nun, dass die auftretende Veränderung nicht von Jupiter, sondern von besagten Sternen herrührt".
Nun war er sicher, keine Fixsterne zu sehen - sondern Satelliten, die den Planeten begleiteten. Er schloss, "dass es am Himmel drei Sterne gebe, die um Jupiter herumwandeln wie Venus und Merkur um die Sonne". Man beachte: "...um die Sonne". Mit diesem Satz bekannte sich Galilei erstmals zu Kopernikus.
Am 13. Januar erblickte Galilei dann erstmals bewusst vier Begleiter, also ein himmlisches Quartett.
Bald konnte er die Umlaufszeiten der Trabanten um Jupiter messen. Bei den innersten gab es sogar stündliche Änderungen im Anblick.
Am 15. hielt Galilei fest, dass die vier Begleiter nicht funkelten - ganz anders als Fixsterne. Damit hatte er recht. Denn in Wahrheit sind die vier Monde keine Lichtpunkte, sondern winzige Scheibchen. Von ihnen erreicht uns kein feiner Lichtfaden, sondern ein schmales Lichtbündel. Und das ist gegen die Turbulenzen der irdischen Lufthülle besser gefeit.
Am 17. sah Galilei den dritten Mond "auftauchen", am 23. einen verschwinden. Am 24. bemerkte er, dass sich zwei Monde einander scheinbar näherten, um bald darauf zu einem einzigen zusammen zu fallen.
Im alten, erdzentrierten Weltbild gab es nur ein einziges körperliches Bewegungszentrum. Hier kreiste ja alles um die Erde. Laut Kopernikus sollten zwei Zentren existieren: Denn während dort die Planeten um die Sonne kreisten, verblieb der Erdmond ja im Erdorbit.
Kritiker fanden diese Verdoppelung unelegant, machten sie zum Argument gegen die sonnenzentrierte Kosmologie. Indem Galilei Jupiter als weiteres Bewegungszentrum entlarvte, brachte er diesen Einwand zu Fall. Weiteres zu den naturphilosophischen Konsequenzen der Galileischen Entdeckungen lesen Sie in meinem Buch Helden des Himmels.
Von links nach rechts: Io, Europa, Ganymed, Kallisto. Foto: NASA
Galilei fiel auch die unterschiedliche Helligkeit der Jupitermonde auf. Sie war zum Teil wohl durch optische Probleme seines Teleskops bedingt und entsprach nicht immer der Wirklichkeit.
Um das Phänomen zu erklären, dichtete Galilei dem Jupiter eine Dunsthülle an: Stünden die Monde dahinter, erschienen sie entsprechend geschwächt. Hier irrte der Gelehrte. Der unterschiedliche Glanz der Trabanten rührt von ihren ungleichen Durchmessern her und von der unterschiedlichen Reflexionskraft ihrer Oberflächen.
Ganymed ist klar der hellste Mond, Io ein klein wenig heller als Europa, Kallisto am schwächsten.
Galilei kümmerte sich nicht um Eigennamen für die vier Monde, sondern widmete das Mondquartett pauschal den Medici - als himmlisches Monument. Die "Sterne der Medici" sollten seine Karriere beflügeln.
Tatsächlich stieg er vom Mathematiker an der Uni Padua zum Hofphilosophen in Florenz auf. Da die Philosophie über der Mathematik stand, konnte er nun leichter mit anderen Naturphilosophen über den wahren Aufbau des Sonnensystems disputieren.
Simon Marius und Johannes Kepler
Der deutsche Astronom Simon Marius (Porträt auf dem Foto oben) entdeckte die vier Monde nur wenige Stunden nach Galilei. Er beobachtete seine "Brandenburgischen Gestirne" geduldig und publizierte die Umlaufszeiten mit bewundernswerter Genauigkeit.
Die späte Veröffentlichung über die Welt des Jupiter und der in protestantischen Ländern noch geltende, julianische Kalender führten zu Missverständnissen. Sie mündeten in einem ungerechtfertigten Plagiatsvorwurf gegen Marius.
Anders als Galilei hing der Franke nicht dem Kopernikanismus an. Bei ihm zogen zwar die Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn um die Sonne. Doch die eilte nach wie vor tagtäglich um eine zentrale, feststehende Erde herum - nun eben mit den genannten Planeten im Schlepptau.
Die naturphilosophische Tragweite der Mondbeobachtungen blieb Marius somit verschlossen. Dafür aber stammen unsere Mondnamen von ihm. Er taufte die vier Trabanten, einem Vorschlag Keplers folgend, nach Liebschaften des Zeus (römisch: Jupiter).
So wurde z.B. die Io nach jener phönizischen Prinzessin benannt, die Zeus in Gestalt eines prächtig weißen Stiers an die Gestade Kretas entführte. Dort wurde die Europa so beliebt, dass man den ganzen Erdteil nach ihr taufte.
Foto links:
Ehrenplakette des Europarats am Regensburger Rathaus
Ohne es zu ahnen, legten Kepler und Marius mit ihren vier Mondnamen den Grundstein für die Nomenklatur von Planetentrabanten schlechthin: Die nach deren Tod entdeckten Monde des Jupiters und die anderer Planeten erhielten ebenfalls Namen aus der griechisch-römischen Mythologie. Uranus weicht davon ab.
Die vier Monde im Porträt
Raumsonden porträtierten die vier Lichtpunkte, die wir im Fernglas oder Fernrohr erblicken, als höchst individuelle Welten.
Die Monde sind in gebundener Rotation gefangen, halten dem Jupiter also stets dieselbe Seite hin.
Die Umlaufszeiten von Io, Europa und Ganymed sind außerdem resonant: Sie verhalten sich wie die Zahlen 1, 2 und 4.
Weiters weichen die Umlaufbahnen von der Kreisform ab. Während die Mondkugeln den Riesenplaneten umrunden, werden sie von den Gezeitenkräften praktisch „durchgeknetet“.
Die Gezeitenwärme macht aus der Io den vulkanisch aktivsten Körper im ganzen Sonnensystem! Über hundert Vulkane gestalten ihre Landschaften in rascher Folge neu. Der gelbliche Teint stammt von Schwefelablagerungen, weiße Flächen von Schwefeldioxidfrost.
Wie man schätzt, sind 3% von Ios Oberfläche mit geschmolzener Lava bedeckt. Versteckt sich unter ihrer Kruste vielleicht ein globaler Magmaozean? Nein, wie Messungen der NASA-Sonde Juno zeigten (Abstract in Nature vom 12.12.2024).
Vulkanisches Material der Io wird übrigens auch vom Magnetfeld des Jupiter eingefangen und sorgt über der oberen Atmosphäre des Planeten für Polarlichter. Diese Leuchterscheinungen sind für Amateure leider nicht beobachtbar.
Das Antlitz der weiter außen anschließenden Monde besteht aus gefrorerem Wassereis. Bei den dort herrschenden Außentemperaturen ist dieses Eis hart wie Fels. Weil Eis unter Druck schmilzt (sonst gäbe es auf Erden keine Schlittschuhläufer) tragen die Monde Europa, Ganymed und Kallisto keine richtigen Gebirge: Hohe Berge sucht man dort vergeblich.
Europas glänzende Kruste ist keine 90 Mio. Jahre alt. Hier gab es einst Vulkanismus – aber nicht mit Lava, sondern mit geschmolzenem Eis! Es gibt kantige zerbrochene Schollen, die sich verschoben und drehten. Schwammen sie auf Wasser oder rutschen sie auf matschigem Eis dahin?
Ganymed ist der größte Mond im ganzen Sonnensystem. Seine braungraue Eiskruste ist an die dreieinhalb Milliarden Jahre alt. Dunkle Schollen wie Galileo Regio oder Marius Regio grenzen sich scharf von etwas jüngeren und helleren Partien ab. In Großteleskopen sieht man sie.
Das Antlitz der Kallisto ist vier Milliarden Jahre alt. Ihr bräunlich-graues Eis ist verschmutzt und reflektiert nur noch wenig Sonnenlicht. Sie war als einziger der vier Großmonde nie ganz aufgeschmolzen. Ihr Inneres besteht daher aus einem Gemisch von Gestein und Wassereis.
Alle vier Mondfotos: NASA
Irgendwo unterhalb der Krusten dürften Druck und Temperatur bei allen drei Eismonden ausreichen, um verborgene, globale Wasserozeane zuzulassen. Da sie in Kontakt zum Mantelgestein stehen, werden Salze darin vermutet - was das Einfrieren der Ozeane weiter erschwert.
Etwaige Meeresbewohner wären durch die Eiskruste geschützt - von der Kälte und dem Vakuum des Alls sowie von den harschen Strahlungsbedingungen in Jupiters Magnetosphäre. Dafür müssten sie freilich ohne jedes Sonnenlicht auskommen.
In der lichtlosen irdischen Tiefsee gibt es bekanntermaßen Leben: Hier existieren hydrothermale Quellen, wo erhitztes Wasser, angereichert mit Sulfiden und anderen Salzen, aus dem Boden dringt. Minerale formen hohe Schlote, "schwarze Raucher" genannt. Das Foto unten zeigt eine Probe eines solchen Gebildes.
Im Umfeld wies man bestimmte Bakterien, Archaeen, Muscheln, Würmer oder Krabben nach.
Hausen ähnlich hartgesottene Wesen auch im Untergrund von Jupiters Eismonden?
Das wechselnde Stellungsspiel im Fernglas oder Fernrohr
Io braucht 1,77 Tage für einen Umlauf um Jupiter, Europa 3,55 Tage, Ganymed 7,16 und Kallisto 16,69. Entsprechend flink wechselt das Erscheinungsbild des Mondquartetts.
Sie können die Entdeckung der Jupitermonde und deren rasch wechselndes Stellungsspiel mit eigenen Augen nachvollziehen. Eigentlich wären die Monde hell genug, um sie mit freiem Auge zu sehen. Doch Jupiter ertränkt sie in seinem Glanz. Deshalb muss man ein Fernglas wackelfrei auf einem Stativ montieren und auf den Planeten richten. Es sollte mindestens drei der Monde zeigen. Nur die Io, der innerste Trabant, mag sich weiterhin in Jupiters Schein verstecken.
Mit einem schwach vergrößernden Fernrohr ist die Beobachtung freilich bequemer.
Jupitermonde im Fernglas. Ein kleines Fernrohr bietet einen noch eindrucksvolleren Anblick. Damit können Sie das von Nacht zu Nacht wechselnde Stellungsspiel ganz leicht mitverfolgen.
Einzelheiten auf den Monden?
Die Io misst 3.630, Europa 3.138, Ganymed 5.262 und Kallisto 4.800 Kilometer. Aus Erddistanz schrupfen die Monde aber fast zu Pünktchen zusammen. Selbst der größte Mond erscheint uns unter einem Winkel von bloß 1,6 Bogensekunden: So klein würden wir eine 1-Euro-Münze aus 3 km Distanz erblicken.
Ausgezeichneten Beobachtern ist es dennoch gelungen, ab und dann ein paar Details auf den winzigen Mondscheibchen zu erspähen - ein großes Teleskop vorausgesetzt.
Astrofotografen tun sich hier leichter, allerdings benötigt auch sie eine exzellente Luftruhe. Entsprechende Nächte sind bei uns rar.
Detailaufnahmen des Ganymed am 5.4.2016 im Fokus meines 20 cm-Teleskops. Rechts sehen Sie zum Vergleich eine Simulation mit Guide 9.0
Ereignisse im Jupitermond-System
Das Stellungsspiel der Monde ist abwechslungsreich. Die Trabanten warten außerdem mit Schattenspielen und gegenseitigen Begegnungen auf. Mit passender Software lassen sich solche Ereignisse vorherberechnen und grafisch darstellen. Das erleichtert die gezielte Beobachtung.
Der Durchgang eines Mondes
Die Monde ziehen oft vor Jupiter vorbei - man spricht dann von einem Durchgang (auch Passage oder Transit genannt). Zur Beobachtung braucht man ein Teleskop. Vor dem Jupiterscheibchen sind die Monde mangels Kontrast aber kaum zu erkennen. Hier ein paar Tipps, wie die Sichtung dennoch gelingen kann:
Der Jupitermond Kallisto im Transit: Er verrät sich hier als dunkler Fleck. Allerdings wurde der Kontrast bei der Bildbearbeitung arg verstärkt
Die Monde besitzen unterschiedliche Helligkeiten pro Flächeneinheit: Am glänzendsten ist der frisch anmutende Eisboden Europas, gefolgt von den Vulkanlandschaften Ios, dem eingedunkelten Eispanzer Ganymeds und der relativ dunklen, ebenfalls eisigen Kallisto.
Jupiters Bänder sind dunkler als die Zonen. Der Planetenrand wirkt ebenfalls dunkler. Bei einem Transit vor dem Jupiterscheibchen ergeben sich, je nach Mond, entsprechend unterschiedliche Kontraste.
Der Mond Europa und sein dunkler Schatten auf dem Jupiter. Der helle Mond selbst erreicht gerade den rechten Jupiterrand (da muss man genau hinschauen).
Vor allem die Io, aber auch noch Ganymed und Kallisto, fallen am leichtesten vor einer hellen Zone auf. Sie sind in Randlage schwieriger zu erkennen.
Anders die helle Europa: Sie sucht man am besten vor einem dunklen Band. Auch am Rande Jupiters erspäht man sie leichter. Eine solche Randlage tritt kurz nach dem Beginn eines Transits bzw. kurz vor dessen Ende ein (siehe Foto oben).
Mit einer passenden Software - siehe unten - kann man sich gut darauf vorbereiten.
Der Schattenwurf eines Mondes
Anders als die Monde selbst sind deren schwarze, winzige Schatten auf dem Jupiterscheibchen recht gut im Amateurteleskop zu sehen. Ein Beispiel für einen solchen Schattenwurf sahen Sie auf dem Foto oben (nahe der Bildmitte).
Hier ist der Mondschatten noch besser zu erkennen:
Die Io wirft ihren Schatten auf Jupiter. Man beachte die rötliche Tönung des vulkanischen Mondes.
Alle Fotos: C. Pinter
Hier sieht man Europa und den helleren Ganymed sowie den Schatten der beiden im Süden Jupiters (30.12.2023)
Die Verfinsterung eines Mondes
Zudem verschwinden die Monde auch in Jupiters Schatten, wie schon Galileo Galilei bemerkte.
Um die Schiffsposition auf hoher See zu bestimmen, brauchte man ein Instrument zur Messung von Gestirnhöhen: Aber auch eine präzise Uhr, die den dazugehörigen Zeitpunkt verriet. Galilei schlug vor, die Io als „Himmelsuhr“ zu nutzen: Dieser flinke Mond verschwindet am häufigsten in Jupiters Schatten.
Giovanni Cassini studierte diese Verfinsterungen genau und berechnete sie auch vorher. Im 17. und 18. Jahrhundert nutzte man diese tatsächlich als Himmelsuhr, setzte sie als Zeitgeber bei der Bestimmung der geografischen Länge ein.
Der damals in Paris tätige Däne Olaus Römer entdeckte 1676 scheinbare Verzögerungen der Verfinsterungen - relativ zu Cassinis Prognosen. Die Verspätungen nahmen zu, je weiter Jupiter von der Erde abstand. Römer zog daraus einen folgenreichen Schluss:
Das Licht benötigt offenbar Zeit, um uns die Kunde der Verfinsterung zu überbringen. Es ist also nicht beliebig schnell unterwegs, wie etwa Kepler oder Cassini meinten. Vielmehr muss es eine endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit besitzen. Der Däne legte einen in der Größenordnung richtigen Wert für die Lichtgeschwindigkeit vor.
Um den Oppositionstermin herum ist das Eintauchen von Monden in Jupiters Schatten nicht wirklich beobachtbar - denn dann kommt dieser Schatten aus unserer Perspektive genau hinter dem Planeten zu liegen: Er wird vom Jupiterscheibchen selbst verdeckt.
Die Bedeckung eines Mondes
Eher theoretischer Natur ist das aufgelistete Ereignis namens Bedeckung. Hier schiebt sich Jupiter vor den jeweiligen Mond. Wegen des großen Helligkeitsunterschieds zwischen dem Jupiter und dem betroffenen Mond sind Anfang und Ende solcher Bedeckungen schwer zu erkennen. Am ehesten gelingt das den Astrofotografen.
Events zwischen zwei Monden
Es gibt auch Ereignisse zwischen zwei Jupitermonden: Ein Mond kann sich dem anderen aus unserer Perspektive intim nähern, ihn bedecken oder seinen Schatten auf ihn werfen. Näheres dazu lesen Sie hier.
Mehrfachereignisse
Mitunter erahnt man einen Mond vor dem Jupiterscheibchen (Durchgang), während der Schatten des Mondes gleichzeitig als dunkler Fleck zu erkennen ist.
Manchmal werfen auch zwei Monde, selten drei, ihre Schatten gleichzeitig auf die Planetenkugel. Das sind dann wahre Leckerbissen für Sternfreunde.
Beobachtungsaufgaben
- Erkennen Sie die teils rasche Bewegung der Monde von Nacht zu Nacht?
- Sehen Sie Mondschatten auf dem Planeten?
- Erspähen Sie gelegentlich einen Mond vor der Jupiterscheibe?
- Wie genau ist der Zeitpunkt des Eintauchens in Jupiters Schatten bestimmbar?
Fototipps gefällig?
Die Jupitermonde sind recht hell. Sie lassen sich bereits ohne Teleskop mit der DSLR einfangen, mit einem leichten oder starken Tele. Mit der DSLR im Fokus eines Teleskops geht das deutlich besser.
Die eindrucksvollsten Ergebnisse liefert eine CCD/CMOS-Kamera am Teleskop. Die Schattenwürfe der Monde sind für sie kein Problem, und oft hält sie sogar einen Mond selbst vor dem Jupiterscheibchen fest. Im allerbesten Fall macht sie Details auf den Monden sichtbar - speziell auf dem Riesentrabanten Ganymed.
Software für Jupiterbeobachter
WinJUPOS
Das kostenlose Programm stellt u.a. die Jupitermondpositionen (Programm / Himmelskörper / Jupiter / Werkzeuge / Ephemeridenberechnung) dar, inklusive Tranits und Schattenwürfe. Zoomen Sie heraus, um die Monde zu sehen (Website und Download)
Guide 9.0
Das kommerzielle, aber preisgünstige Planetariumsprogramm Guide (USA) zeigt unter anderem auch die aktuelle Position der Jupitermonde an und berechnet Ereignisse im Trabantensystem: Mein Favorit.
Das kommerzielle, aber preisgünstige Planetariumsprogramm Guide (USA) zeigt unter anderem auch die aktuelle Position der Jupitermonde an und berechnet Ereignisse im Trabantensystem: Mein Favorit.
Sky & Telescope: Jupiter's Moons
Die US-Zeitschrift Sky & Telescope zeigt auf dieser interaktiven Webseite die Stellung der Jupitermonde. Sie listet auch Schattenwürfe oder Transits auf.
Occult
Das kostenlose Occult (Australien) berechnet unter anderem Ereignisse im Jupitermondsystem (Website und Download)
Das kostenlose Occult (Australien) berechnet unter anderem Ereignisse im Jupitermondsystem (Website und Download)
Ephemeris Tool
Das High Precision Ephemeris Tool kalkuliert z.B. auch enge Begegnungen der Planetenmonde. Die neuere kostenlose Version läuft mit einschränkenden Lizenzbedingungen auch unter Win 10 (Website und Download).
Astronomischer Almanach für Österreich
Der Nachfolger des langjährigen heimischen Himmelskalenders steht zum Download bereit. Darin finden sich auch Jupitermondereignisse (Zeiten in MEZ).
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