Jupiter im Vergleich zur Erde
Seit Galileo Galilei den Jupiter 1610 erstmals mit einem selbst konstruierten Teleskop genau beobachtete, sind Wissenschaftler und Astronomen vom Jupiterplaneten immens fasziniert. Es ist nicht nur der größte Planet des Sonnensystems, sondern es gibt immer noch Dinge auf dieser Welt – trotz jahrhundertelanger Forschung und zahlreicher Erkundungsmissionen –, die selbst unsere größten Köpfe weiterhin verwirren.
Einer der Hauptgründe dafür ist, dass Jupiter sich so stark von dem unterscheidet, was wir Erdbewohner für normal halten. Zwischen seiner unglaublichen Größe, Masse, Zusammensetzung, den Geheimnissen seiner Magnet- und Gravitationsfelder und seinem beeindruckenden System von Monden hat seine Existenz uns gezeigt, wie vielfältig Planeten wirklich sein können.
Größe, Masse und Dichte:
Die Erde hat einen mittleren Radius von 6.371 km (3.958,8 Meilen) und eine Masse von 5,97 × 1024 kg, während Jupiter einen mittleren Radius von 69.911 ± 6 km (43441 Meilen) und eine Masse von 1,8986 × 1027 kg hat. Kurz gesagt, Jupiter ist fast 11 mal so groß wie die Erde und knapp 318 mal so massiv. Die Dichte der Erde ist jedoch signifikant höher, da es sich um einen terrestrischen Planeten handelt – 5, 514 g / cm3 im Vergleich zu 1, 326 g / cm3.
Aus diesem Grund ist Jupiters „Oberflächengravitation“ signifikant höher als die Erdnormalität – dh 9,8 m / s2 oder 1 g. Während Jupiter als Gasriese per se keine Oberfläche hat, glauben Astronomen, dass Jupiter in Jupiters Atmosphäre, in der der atmosphärische Druck gleich 1 bar ist (was dem der Erde auf Meereshöhe entspricht), eine Gravitationskraft von 24,79 m / s2 (was 2,528 g entspricht) erfährt.
Zusammensetzung und Struktur:
Die Erde ist ein terrestrischer Planet, was bedeutet, dass sie aus Silikatmineralien und Metall besteht, die zwischen einem Metallkern und einem Silikatmantel und einer Silikatkruste unterschieden werden. Der Kern selbst unterscheidet auch zwischen einem inneren Kern und einem äußeren Kern (der sich in die entgegengesetzte Richtung der Erdrotation dreht). Wenn man von der Kruste ins Innere hinabsteigt, steigen Temperaturen und Druck an.
Die Form der Erde nähert sich der eines abgeflachten Sphäroids an, einer Kugel, die entlang der Achse von Pol zu Pol abgeflacht ist, so dass es eine Ausbuchtung um den Äquator gibt. Diese Ausbuchtung resultiert aus der Rotation der Erde und bewirkt, dass der Durchmesser am Äquator 43 Kilometer (27 Meilen) größer ist als der Pol-zu-Pol-Durchmesser.
Im Gegensatz dazu besteht Jupiter hauptsächlich aus gasförmiger und flüssiger Materie, die sich zwischen einer gasförmigen äußeren Atmosphäre und einem dichteren Inneren aufteilt. Seine obere Atmosphäre besteht aus etwa 88-92% Wasserstoff und 8-12% Helium nach Volumen der Gasmoleküle und ca. 75 Massenprozent Wasserstoff und 24 Massenprozent Helium, wobei das verbleibende Prozent aus anderen Elementen besteht.
Die Atmosphäre enthält Spuren von Methan, Wasserdampf, Ammoniak und Verbindungen auf Siliziumbasis sowie Spuren von Benzol und anderen Kohlenwasserstoffen. Es gibt auch Spuren von Kohlenstoff, Ethan, Schwefelwasserstoff, Neon, Sauerstoff, Phosphin und Schwefel. Kristalle von gefrorenem Ammoniak wurden auch in der äußersten Schicht der Atmosphäre beobachtet.
Das dichtere Innere besteht aus etwa 71% Wasserstoff, 24% Helium und 5% anderen Massenelementen. Es wird angenommen, dass Jupiters Kern eine dichte Mischung von Elementen ist – eine umgebende Schicht aus flüssigem metallischem Wasserstoff mit etwas Helium und eine äußere Schicht überwiegend aus molekularem Wasserstoff. Der Kern wurde ebenfalls als felsig eingestuft, Dies bleibt jedoch ebenfalls unbekannt.
Und ähnlich wie auf der Erde steigen die Temperaturen und der Druck im Jupiter zum Kern hin dramatisch an. An der „Oberfläche“ wird angenommen, dass der Druck und die Temperatur 10 bar und 340 K (67 ° C, 152 ° F) betragen. In der Region, in der Wasserstoff metallisch wird, wird angenommen, dass Temperaturen 10.000 K (9.700 ° C; 17.500 ° F) und Drücke 200 GPa erreichen. Die Temperatur an der Kerngrenze wird auf 36.000 K (35.700 ° C; 64.300 ° F) und der Innendruck auf etwa 3.000–4.500 GPa geschätzt.
Jupiter hat wie die Erde die Form eines abgeflachten Sphäroids. Tatsächlich ist Jupiters polare Abflachung größer als die der Erde – 0,06487 ± 0,00015 im Vergleich zu 0,00335. Dies ist auf Jupiters schnelle Rotation um seine Achse zurückzuführen, weshalb der Äquatorradius des Planeten ungefähr 4600 km größer ist als sein Polarradius.
Orbitalparameter:
Die Erde hat eine sehr geringe Exzentrizität der Umlaufbahn (ca. 0,0167) und reicht von 147.095.000 km (0,983 AU) von der Sonne am Perihel bis 151.930.000 km (1,015 AU) am Aphel. Dies funktioniert bis zu einer durchschnittlichen Entfernung (aka. semi-Major-Achse) von 149.598.261 km, die die Grundlage einer einzigen astronomischen Einheit (AU) ist.
Die Erde hat eine Umlaufzeit von 365,25 Tagen, was 1,000017 julianischen Jahren entspricht. Dies bedeutet, dass der Erdkalender alle vier Jahre (im sogenannten Schaltjahr) einen zusätzlichen Tag enthalten muss. Obwohl technisch gesehen ein ganzer Tag als 24 Stunden lang angesehen wird, benötigt unser Planet genau 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden, um eine einzelne Sternenrotation abzuschließen (0,997 Erdentage). Aber kombiniert mit seiner Umlaufzeit um die Sonne beträgt die Zeit zwischen einem Sonnenaufgang und einem anderen (einem Sonnentag) 24 Stunden.
Vom himmlischen Nordpol aus gesehen erscheinen die Bewegung der Erde und ihre axiale Rotation gegen den Uhrzeigersinn. Vom Aussichtspunkt über den Nordpolen von Sonne und Erde aus umkreist die Erde die Sonne gegen den Uhrzeigersinn. Die Erdachse ist ebenfalls um 23,4 ° zur Sonnenfinsternis geneigt, die für die Erzeugung saisonaler Schwankungen auf der Planetenoberfläche verantwortlich ist. Dies führt nicht nur zu Temperaturschwankungen, sondern auch zu Schwankungen der Sonneneinstrahlung, die eine Hemisphäre im Laufe eines Jahres erhält.
In der Zwischenzeit umkreist Jupiter die Sonne in einer durchschnittlichen Entfernung (Semi-Major-Achse) von 778.299.000 km (5,2 AU), die von 740.550.000 km (4.95 AU) am Perihel und 816.040.000 km (5,455 AU) am Aphel. In dieser Entfernung benötigt Jupiter 11,8618 Erdjahre, um eine einzige Umlaufbahn der Sonne zu vollenden. Mit anderen Worten, ein einzelnes Jupiterjahr dauert das Äquivalent von 4.332,59 Erdentagen.
Jupiters Rotation ist jedoch die schnellste aller Planeten des Sonnensystems und vollendet eine einzige Rotation um seine Achse in etwas weniger als zehn Stunden (9 Stunden, 55 Minuten und 30 Sekunden). Daher dauert ein einziges Jupiterjahr 10.475,8 Jupiter-Sonnentage.
Atmosphären:
Die Erdatmosphäre besteht aus fünf Hauptschichten – der Troposphäre, der Stratosphäre, der Mesosphäre, der Thermosphäre und der Exosphäre. In der Regel nehmen Luftdruck und Dichte ab, je höher man in die Atmosphäre gelangt und je weiter man von der Oberfläche entfernt ist. Die Beziehung zwischen Temperatur und Höhe ist jedoch komplizierter und kann in einigen Fällen sogar mit der Höhe ansteigen.
Die Troposphäre enthält ungefähr 80% der Masse der Erdatmosphäre, wobei sich etwa 50% in den unteren 5,6 km (3,48 Meilen) befinden, was sie dichter macht als alle darüber liegenden atmosphärischen Schichten. Es besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%) mit Spurenkonzentrationen von Wasserdampf, Kohlendioxid und anderen gasförmigen Molekülen.
Fast der gesamte atmosphärische Wasserdampf oder die Feuchtigkeit befindet sich in der Troposphäre, also in der Schicht, in der die meisten meteorologischen Phänomene der Erde (Wolken, Regen, Schnee, Gewitter) stattfinden. Die einzige Ausnahme ist die Thermosphäre, wo die Phänomene Aurora Borealis und Aurara Australis (aka. Die Nord- und Südlichter) sind bekannt.
Wie bereits erwähnt, besteht Jupiters Atmosphäre hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium mit Spuren anderer Elemente. Ähnlich wie die Erde erlebt Jupiter Polarlichter in der Nähe seines Nord- und Südpols. Aber auf Jupiter ist die Polarlichtaktivität viel intensiver und hört selten auf. Die intensive Strahlung, Jupiters Magnetfeld und die Fülle an Material aus Io’s Vulkanen, die mit Jupiters Ionosphäre reagieren, erzeugen eine Lichtshow, die wirklich spektakulär ist.
Jupiter erlebt auch heftige Wettermuster. Windgeschwindigkeiten von 100 m / s (360 km / h) sind in zonalen Jets üblich und können bis zu 620 km / h (385 mph) erreichen. Stürme bilden sich innerhalb weniger Stunden und können über Nacht Tausende von Kilometern Durchmesser erreichen. Ein Sturm, der Große Rote Fleck, tobt seit mindestens den späten 1600er Jahren. Der Sturm schrumpfte und dehnte sich im Laufe seiner Geschichte aus; Aber im Jahr 2012 wurde vorgeschlagen, dass der riesige Rote Fleck schließlich verschwinden könnte.
Jupiter ist ständig mit Wolken bedeckt, die aus Ammoniakkristallen und möglicherweise Ammoniumhydrogensulfid bestehen. Diese Wolken befinden sich in der Tropopause und sind in Bändern unterschiedlicher Breiten angeordnet, die als „tropische Regionen“ bezeichnet werden. Die Wolkenschicht ist nur etwa 50 km (31 Meilen) tief und besteht aus mindestens zwei Wolkendecks: einem dicken Unterdeck und einer dünnen klareren Region.
Es kann auch eine dünne Schicht von Wasserwolken unter der Ammoniakschicht geben, wie Blitze in der Jupiteratmosphäre zeigen, die durch die Polarität des Wassers verursacht werden, wodurch die für Blitze erforderliche Ladungstrennung entsteht. Beobachtungen dieser elektrischen Entladungen zeigen, dass sie bis zu tausendmal so stark sein können wie die hier auf der Erde beobachteten.
Monde:
Die Erde hat nur einen umlaufenden Satelliten, den Mond. Seine Existenz ist seit prähistorischen Zeiten bekannt, und es hat eine wichtige Rolle in den mythologischen und astronomischen Traditionen aller menschlichen Kulturen gespielt und hat einen signifikanten Einfluss auf die Gezeiten der Erde. In der Neuzeit diente der Mond weiterhin als Brennpunkt für astronomische und wissenschaftliche Forschung sowie für die Weltraumforschung.
Tatsächlich ist der Mond der einzige Himmelskörper außerhalb der Erde, auf dem Menschen tatsächlich gelaufen sind. Die erste Mondlandung fand am 20.Juli 1969 statt, und Neil Armstrong betrat als erster Mensch die Oberfläche. Seit dieser Zeit waren insgesamt 13 Astronauten auf dem Mond, und die von ihnen durchgeführten Forschungen haben uns dabei geholfen, mehr über seine Zusammensetzung und Bildung zu erfahren.
Dank Untersuchungen von Mondgesteinen, die auf die Erde zurückgebracht wurden, besagt die vorherrschende Theorie, dass der Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren durch eine Kollision zwischen der Erde und einem marsgroßen Objekt (bekannt als Theia) entstanden ist. Diese Kollision erzeugte eine massive Trümmerwolke, die unseren Planeten zu umkreisen begann und schließlich zu dem Mond verschmolzen, den wir heute sehen.
Der Mond ist einer der größten natürlichen Satelliten im Sonnensystem und der zweitdichteste Satellit derjenigen, deren Dichten bekannt sind (nach Jupiters Satellit Io). Es ist auch gezeitenbezogen mit der Erde verbunden, was bedeutet, dass eine Seite ständig zu uns zeigt, während die andere weg zeigt. Die ferne Seite, bekannt als „Dunkle Seite“, blieb den Menschen unbekannt, bis Sonden geschickt wurden, um sie zu fotografieren.
Das Jupitersystem hingegen hat 67 bekannte Monde. Die vier größten sind als Galileische Monde bekannt, die nach ihrem Entdecker Galileo Galilei benannt sind. Dazu gehören: Io, der vulkanisch aktivste Körper in unserem Sonnensystem; Europa, das im Verdacht steht, einen massiven unterirdischen Ozean zu haben; Ganymed, der größte Mond in unserem Sonnensystem; und Callisto, von dem auch angenommen wird, dass er einen unterirdischen Ozean hat und einige der ältesten Oberflächenmaterialien im Sonnensystem aufweist.
Dann gibt es die Innere Gruppe (oder Amalthea-Gruppe), die aus vier kleinen Monden besteht, die einen Durchmesser von weniger als 200 km haben, mit Radien von weniger als 200.000 km umkreisen und Orbitalneigungen von weniger als einem halben Grad haben. Diese Gruppe umfasst die Monde Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe. Zusammen mit einer Reihe von noch unsichtbaren inneren Moonlets ergänzen und pflegen diese Monde Jupiters schwaches Ringsystem.
Jupiter hat auch eine Reihe von unregelmäßigen Satelliten, die wesentlich kleiner sind und entferntere und exzentrischere Umlaufbahnen haben als die anderen. Diese Monde sind in Familien unterteilt, die Ähnlichkeiten in Umlaufbahn und Zusammensetzung aufweisen, und es wird angenommen, dass sie größtenteils das Ergebnis von Kollisionen von großen Objekten sind, die von Jupiters Schwerkraft eingefangen wurden.
In fast jeder erdenklichen Weise könnten Erde und Jupiter unterschiedlicher nicht sein. Und es gibt noch viele Dinge über den Jupiter-Planeten, die wir noch nicht vollständig verstehen. Apropos, bleiben Sie noch heute auf dem Laufenden, um die neuesten Updates von der Juno-Mission der NASA zu erhalten.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über die Planeten des Sonnensystems geschrieben. Hier ist die Erde im Vergleich zu Merkur, Erde im Vergleich zu Venus, Der Mond im Vergleich zur Erde, Erde im Vergleich zum Mars, Saturn im Vergleich zur Erde und Neptun im Vergleich zur Erde.
Möchten Sie mehr über Jupiter erfahren? Hier ist ein Link zu Hubblesites Pressemitteilungen über Jupiter und hier ist der NASA Solar System Exploration Guide.
Wir haben einen Podcast über Jupiter für Astronomy Cast aufgenommen. Klicken Sie hier und hören Sie Episode 56: Jupiter.