Jupiter über Wellendingen Walter Albert AVR 2017

Transkript

1 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??

2 Cassini: Vorbeiflug an Jupiter Bis dahin detailliertestes Echtfarben-Mosaik aus Aufnahmen der Schmalwinkel-Kamera bei der größten Annäherung an Jupiter aus ~ 10 Mio km

3 US-Raumsonde Juno bei Jupiter Astronomische Vereinigung Rottweil Herbert Haupt Zimmern o.r. 12. Mai 2018

4 Juno-Sonde: Missionsübersicht Start: Ankunft bei Jupiter: 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

5 NASA JPL Caltech 2009

6 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.

7 NASA-Sonde Juno: Flug zu Jupiter Start Schubmanöver des Bordantriebs in Juno in Richtung Erde gelenkt, um dort am Schwung zu holen Ankunft bei Jupiter: NASA / JPL-Caltech / SuW-Grafik

8 5. Juli 2016: Junos Ankunft bei Jupiter

9 Junos erstes Bild aus dem Jupiterorbit NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS 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

10 Jupiter: ein paar Zahlen, die schon bekannt waren Masse: enthält 70 % der Gesamtmasse aller Planeten M jup = 318 M erde 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 OF äqu (Erde: 0,46 km/s) 6,5 % Abplattung Durchmesser am Äquator: km (~12x Ø erde ), am Pol: km Neigung der Rotationsachse: 3,1 kaum Jahreszeiten Albedo: 0,52; Temperatur an Oberfläche (1 Bar): C Helligkeit: max - 2,94 mag (Venus: max - 4,6 mag) Mittlere Dichte: 1,33 g/cm 3 Atmosphäre an Oberfläche: 90% H, 10% He, 0,3% CH 4, 0,03% CH 3 Orbitalgeschwindigkeit: ~ 42 km/s, Fluchtgeschwindigkeit: ~ 60 km/s,

11 Juno am fernen Bahnwendepunkt 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.

12 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.

13 Jupiters wirbelnde Atmosphäre

14 Jupiter bei Junos 9. nahen Vorbeiflug Rohbild Southern Timelapse 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. /junocam/processing #citizenscience

15 Bildbearbeitung Südpolregion

16 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

17 Jupiter beim 10. nahen Vorbeiflug 15. Dez farbverstärkt Südliche Hemisphäre, bei 50 Grad südlicher Breite aus km. Oben: sehr langgestreckter Wirbelsturm Bildbearbeitung: Gerald Eichstädt

18 Juno beim 10. nahen Vorbeiflug Anfang Januar 2018 Zyklone des String-of-Pearls Südpolregion NASA/JPL-Caltech/SWRI/Gerald Eichstädt

19 Jupiters stürmische Atmosphäre , aus km. Nördl. Hemisphäre bei 49. Rechts oben die Tag-Nacht-Grenze. Auflösung: 9 km/pixel). Bildbearbeitung: G. Eichstädt /S. Doran

20 Wolken und Stürme über dem Planeten 9. Vorbeiflug Junos Detailaufnahmen: beeindruckende Vielfalt der dynamischen Strukturen NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran

21 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.

22 Die Atmosphäre des Planeten eine turbulente Mischung aus Wasserstoff und Heliumgasen. 9. naher Vorbeiflug

23 Sturmwirbel bei 42 Nord aus km 9. naher Vorbeiflug Junos, , 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)

24 Jupiters wirbelnde Wolken beim 11. Vorbeiflug, aus km Nördlicher gemäßigter Gürtel bei 40 Kevin M. Gill

25 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.

26 Projektion der Südhalbkugel Jupiters mit Hilfe von Cassini beim dessen Vorbeiflug am 11./ 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.

27 Jupiters Südpol aus 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

28 Wirbel um Jupiters Südpol 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

29 Wirbelnder Malstrom auf Jupiter durch die rosarote Brille Bildbearbeitung: Matt Brealey / Gustavo B C Original-Bild vom 7. Februar 2018, bei Junos 11. nahen Vorbeiflug, aus km über Jupiters Wolken, bei 49 Nord.

30 Abstraktes Jupiter-Kunstwerk Original-Bild: Nahaufnahme der Stürme in der nördlichen Hemisphäre. Rick Lundh wendete darauf ein Ölgemälde-Filter an.

31 Die Stürme an Jupiters Nordpol Helligkeits-Temperatur (bei 5 µm): zwischen -13 und -83 C Acht Stürme umkreisen den zentralen Sturm am Nordpol, am Südpol sind es fünf. 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.

32 Die Stürme an Jupiters Nordpol Animation zum 3D-Flug über Jupiters Nordpol im Infraroten

33 Jupiters Bänder-Strukturen

34 Zyklus des südlichen äquatorialen Gürtels Bild: Anthony Wesley 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.

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36 Struktur der Jetstream-Bänder grauer Körper : starr braune Bänder: grüne 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 Bar!

37 Zonen und Bänder der Jupiter-Atmosphäre Abkürzungen der englischen Bezeichnungen. NTZ: North Temperate Zone

38 Video: 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)

39 Der Große Rote Fleck

40 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.

41 7. naher Vorbeiflug: km über der OF : höchste Auflösung; Norden ist links Großer Roter Fleck und dynamische Bänder der Südregion Bildbearbeitung: Gerald Eichstädt / Seán Doran

42 Jupiters GRF mit Mond Io und dessen Schatten

43 Komposit aus drei Aufnahmen: 6:03-6:24 am aus km G. Eichstädt, S. Doran 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.

44 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

45 Zyklone um den Großen Roten Fleck 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

46 Der Große Rote Fleck: Historie : erste Beobachtungen eines GRF durch G. D. Cassini und Andere Aber dann: : keinerlei vergleichbare Sichtungen! Cassinis Fleck hat sich offenbar gegen 1715 aufgelöst! Der heutige GRF scheint sich erst im Zeitraum 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 km um 1870 über km 1995 auf heute ( ) nur noch km, zudem wird er immer blasser! Es ist denkbar, dass er sich in den nächsten Jahren ganz auflöst. K.-P. Schröder: SuW , S. 60

47 Der Große Rote Fleck schrumpft Rechts der Fleck: 1995 (Durchmesser ~ km), 2009 ( km) und 2014 ( km) waren es noch km!! NASA, ESA und A. Simon (Goddard Space Flight Center)

48 Der Große Rote Fleck im IR Unterstützende Beobachtungen mit Subaru und Gemini, Hawaii: Der GRF, eine der höchstreichenden 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.

49 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.

50 Kleiner Roter Fleck , 6. naher Vorbeiflug aus km farbverstärkt NASA/JPL- Caltech/SwRI/MSSS/ Björn Jonsson Weißes Oval: massiver Sturm in Gegenuhrzeiger-Richtung auf der Süd-Hemisphäre

51 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

52 Jupiters Magnetfeld und seine Polarlichter

53 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

54 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.

55 Polarlichter auf Jupiter 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. Aurora im Röntgenbereich. Polarlichter auf Jupiter während eines Sonnensturms sind 100 mal energiereicher als bei uns.

56 Polarlicht an Jupiters Nordpol Animation, rekonstruiert aus Aufnahmen im UV am 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, H 2 O, NH 3, CH 4 ;

57 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)

58 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

59 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

60 Karte von Jupiters Infrarot-Emission 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). J.E.P. Connerney et al/science

61 Die innere Struktur Jupiters

62 Untersuchung der Jupiteratmosphäre unter den oberen Wolkenschichten Rechts: Ammoniak-Anteil in den Tiefen der Atmosphäre: rot: hohe, blau: niedere Konzentration NASA/JPL-Caltech/SwRI

63 = Oberfläche 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

64 Jupiters innere Struktur

65 Innere Struktur Jupiters Die Schalen (von links): Wolkenhülle (3000 km), He-armer molekularer Wasserstoff, metallischer Wasserstoff, Kern (Eis und Fels?)

66 Vergleich von innerer Struktur und Zusammensetzung der 4 Gasplaneten

67 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

68 Jupiter WFC3/UVIS Hubble NASA, ESA, and A. Simon (Goddard Space Flight Center)

69 Danke fürs Mitdenken

70 Quellen / Literatur und #citizenscience #citizenscience (Bericht auf N24 auch über innere Struktur) Erste Ergebnisse der Juno-Mission, auch über die innere Struktur

71 Quellen / Literatur Earth-based Views of Jupiter to Enhance Juno Flyby 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 Tilmann Althaus: Nordlichter auf Jupiter SuW News Wikipedia: Juno (Raumsonde), Jupiter, Norbert Krupp (MPIS): Aktuelle Ergebnisse der JUNO-Mission Vortrag , Planetarium Stuttgart Jan Osterkamp: Jupiters Geheimnis unter der Oberfläche Spektrum.de News

72 Spezielle Animationen Animation zu Jupiters gegenläufigen Bändern und innerer Struktur Animation zum 3D-Flug über Jupiters Nordpol im Infraroten