Jupiter im Vergleich zur Erde

Seit Galileo Galilei Jupiter 1610 zum ersten Mal mit einem eigenen Teleskop genau beobachtete, waren Wissenschaftler und Astronomen vom jovianischen Planeten 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 mystifizieren.

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 Mondsystem hat uns seine Existenz gezeigt, wie vielfältig Planeten wirklich sein können.

Größe, Masse und Dichte:

Die Erde hat einen mittleren Radius von 6.371 km (3.958,8 mi) und eine Masse von 5,97 × 1024 kg, während Jupiter einen mittleren Radius von 69.911 ± 6 km (43441 mi) und eine Masse von 1,8986 × 10 hat27 kg. Kurz gesagt, Jupiter ist fast elfmal so groß wie die Erde und knapp 318mal so massereich. Die Dichte der Erde ist jedoch erheblich höher, da es sich um einen terrestrischen Planeten handelt – 5,514 g / cm3 verglichen mit 1,326 g / cm³.

Aus diesem Grund ist Jupiters "Oberflächen" -Gravitation signifikant höher als die Erdnormalität – d. H. 9,8 m / s² oder 1 G. Während Jupiter als Gasriese per se keine Oberfläche hat, glauben Astronomen, dass Jupiter in der Jupiter-Atmosphäre, in der der atmosphärische Druck 1 bar entspricht (was dem Erddruck auf Meereshöhe entspricht), eine Gravitationskraft von 24,79 m / s erfährt2 (das entspricht 2,528G).

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.

Die Form der Erde entspricht in etwa der eines abgeflachten Sphäroids, einer Kugel, die entlang der Achse von Pol zu Pol abgeflacht ist, so dass sich um den Äquator eine Ausbuchtung befindet. Diese Ausbuchtung resultiert aus der Rotation der Erde und bewirkt, dass der Durchmesser am Äquator 43 Kilometer größer ist als der Durchmesser von Pol zu Pol.

Im Gegensatz dazu besteht Jupiter hauptsächlich aus gasförmigem und flüssigem Material, das zwischen einer gasförmigen Außenatmosphäre und einem dichteren Innenraum aufgeteilt ist. Die obere Atmosphäre besteht aus etwa 88–92% Wasserstoff und 8–12 Vol .-% Helium an Gasmolekülen. 75 Massen-% Wasserstoff und 24 Massen-% 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. In der äußersten Schicht der Atmosphäre wurden auch Kristalle von gefrorenem Ammoniak beobachtet.

Das dichtere Innere besteht aus ungefähr 71 Gew .-% Wasserstoff, 24 Gew .-% Helium und 5 Gew .-% anderen Elementen. 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, die überwiegend aus molekularem Wasserstoff besteht. Der Kern wurde ebenfalls als felsig eingestuft, aber dies bleibt ebenfalls unbekannt.

Und ähnlich wie auf der Erde steigen die Temperaturen und Drücke im Jupiter zum Kern hin dramatisch an. An der „Oberfläche“ wird angenommen, dass Druck und Temperatur 10 bar und 340 K (67 ° C, 152 ° F) betragen. In der Region, in der Wasserstoff metallisch wird, wird angenommen, dass die Temperaturen 10.000 K (9.700 ° C) und die Drücke 200 GPa erreichen. Die Temperatur an der Kerngrenze wird auf 36.000 K (35.700 ° C) und der Innendruck auf etwa 3.000 bis 4.500 GPa geschätzt.

Ebenso wie die Erde hat Jupiter 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 die schnelle Rotation des Jupiter um seine Achse zurückzuführen. Deshalb ist der äquatoriale Radius des Planeten ungefähr 4600 km größer als sein polarer Radius.

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 zu 151.930.000 km (1.015 AU) am Aphel. Dies ergibt eine durchschnittliche Entfernung (auch bekannt als Semi-Major-Achse) von 149.598.261 km, die die Grundlage einer einzelnen astronomischen Einheit (AU) bildet.

Die Erde hat eine Umlaufzeit von 365,25 Tagen, was 1,000017 julianischen Jahren entspricht. Dies bedeutet, dass der Erdkalender alle vier Jahre (in einem sogenannten Schaltjahr) einen zusätzlichen Tag enthalten muss. Obwohl technisch gesehen ein ganzer Tag 24 Stunden lang ist, benötigt unser Planet genau 23 Stunden, 56 Meter und 4 Sekunden, um eine einzelne Sternrotation (0,997 Erdentage) durchzuführen. In Kombination mit der 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 Drehung gegen den Uhrzeigersinn. Vom Aussichtspunkt über den Nordpolen von Sonne und Erde umkreist die Erde die Sonne gegen den Uhrzeigersinn. Die Erdachse ist ebenfalls um 23,4 ° zur Sonnenfinsternis geneigt, was für die Erzeugung saisonaler Schwankungen auf der Planetenoberfläche verantwortlich ist. Dies führt nicht nur zu Temperaturschwankungen, sondern auch zu Schwankungen der Sonnenlichtmenge, 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 AE), die von 740.550.000 km (4,95 AE) am Perihel bis 816.040.000 km (5,455 AE) am Aphel reicht. In dieser Entfernung benötigt Jupiter 11.8618 Erdjahre, um eine einzelne Umlaufbahn der Sonne zu vollenden. Mit anderen Worten, ein einziges Jupiter-Jahr dauert 4.332,59 Erdentage.

Jupiters Rotation ist jedoch die schnellste aller Planeten des Sonnensystems und führt eine einzelne Rotation um seine Achse in etwas weniger als zehn Stunden (9 Stunden, 55 Minuten und 30 Sekunden) durch. Daher dauert ein einziges Jupiter-Jahr 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 Luftdichte ab, je höher man in die Atmosphäre gelangt und je weiter man von der Oberfläche entfernt ist. Das Verhältnis 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 befinden, was sie dichter macht als alle darüber liegenden atmosphärischen Schichten. Es besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%) mit Spuren von Wasserdampf, Kohlendioxid und anderen gasförmigen Molekülen.

Nahezu der gesamte atmosphärische Wasserdampf oder die Feuchtigkeit befindet sich in der Troposphäre. In dieser Schicht treten die meisten meteorologischen Phänomene der Erde (Wolken, Regen, Schnee, Gewitter) auf. Die einzige Ausnahme ist die Thermoposphäre, in der die als Aurora Borealis und Aurara Australis (auch bekannt als Nord- und Südlicht) bekannten Phänomene auftreten.

Wie bereits erwähnt, besteht Jupiters Atmosphäre hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium mit Spuren anderer Elemente. Ähnlich wie die Erde erlebt Jupiter Auroren in der Nähe seines Nord- und Südpols. Aber auf Jupiter ist die Auroralaktivität viel intensiver und hört selten auf. Die intensive Strahlung, das Jupiter-Magnetfeld und die Fülle an Material von Ios Vulkanen, die mit der Jupiter-Ionosphäre reagieren, erzeugen eine Lichtshow, die wirklich spektakulär ist.

Jupiter erlebt auch heftige Wettermuster. Windgeschwindigkeiten von 100 m / s (360 km / h) sind in Zonenjets üblich und können bis zu 620 km / h (385 mph) erreichen. Stürme bilden sich innerhalb weniger Stunden und können über Nacht einen Durchmesser von Tausenden von Kilometern erreichen. Ein Sturm, der Große Rote Fleck, tobt seit mindestens dem späten 17. Jahrhundert. Der Sturm ist im Laufe seiner Geschichte geschrumpft und gewachsen. 2012 wurde jedoch vermutet, dass der riesige rote Fleck irgendwann 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 tief und besteht aus mindestens zwei Wolkendecks: einem dicken Unterdeck und einem dünnen, klareren Bereich.

Unter der Ammoniakschicht kann sich auch eine dünne Schicht von Wasserwolken befinden, was durch Blitze in der Jupiteratmosphäre belegt wird, die durch die Polarität des Wassers verursacht werden und die für Blitze erforderliche Ladungstrennung erzeugen. 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 Mittelpunkt für astronomische und wissenschaftliche Forschung sowie für die Erforschung des Weltraums.

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 war der erste, der die Oberfläche betrat. 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 der Untersuchung von Mondgesteinen, die zur Erde zurückgebracht wurden, besagt die vorherrschende Theorie, dass der Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus einer Kollision zwischen der Erde und einem marsgroßen Objekt (bekannt als Theia) entstanden ist. Diese Kollision erzeugte eine massive Trümmerwolke, die unseren Planeten umkreiste und sich schließlich zu dem Mond zusammenschloss, den wir heute sehen.

Der Mond ist einer der größten natürlichen Satelliten im Sonnensystem und der zweitdichteste Satellit derjenigen, deren Dichte bekannt ist (nach Jupiters Satellit Io). Es ist auch gezeitenhaft mit der Erde verbunden, was bedeutet, dass eine Seite ständig zu uns zeigt, während die andere weg zeigt. Die andere Seite, die als „Dunkle Seite“ bekannt ist, blieb den Menschen unbekannt, bis Sonden zum Fotografieren geschickt wurden.

Das Jupiter-System hat dagegen 67 bekannte Monde. Die vier größten sind als Galiläische 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 ebenfalls angenommen wird, dass es 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 mit Durchmessern von weniger als 200 km, einer Umlaufbahn mit Radien von weniger als 200.000 km und einer Umlaufbahnneigung von weniger als einem halben Grad besteht. Diese Gruppe umfasst die Monde Metis, Adrastea, Amalthea und Thebe. Zusammen mit einer Reihe von noch nicht sichtbaren inneren Moonlets füllen diese Monde Jupiters schwaches Ringsystem auf und erhalten es aufrecht.

Jupiter hat auch eine Reihe von unregelmäßigen Satelliten, die wesentlich kleiner sind und weiter entfernte und exzentrischere Umlaufbahnen haben als die anderen. Diese Monde werden in Familien unterteilt, die Ähnlichkeiten in Umlaufbahn und Zusammensetzung aufweisen, und es wird angenommen, dass sie größtenteils das Ergebnis von Kollisionen mit großen Objekten sind, die von Jupiters Schwerkraft erfasst wurden.

In nahezu 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 im Space Magazine auf dem Laufenden, um die neuesten Updates von der Juno-Mission der NASA zu erhalten.

Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über die Planeten des Sonnensystems geschrieben. Hier ist die Erde im Vergleich zu Merkur, die Erde im Vergleich zur Venus, der Mond im Vergleich zur Erde, die Erde im Vergleich zum Mars, der Saturn im Vergleich zur Erde und der Neptun im Vergleich zur Erde.

Wünschen Sie weitere Informationen zu Jupiter? Hier ist ein Link zu Hubblesites Pressemitteilungen über Jupiter und hier der NASA-Leitfaden zur Erforschung des Sonnensystems.

Wir haben einen Podcast über Jupiter für Astronomy Cast aufgenommen. Klicken Sie hier und hören Sie Episode 56: Jupiter.

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