Planeten und ihre Trabanten – jupiterähnliche Planeten

Planeten und ihre Trabanten – jupiterähnliche Planeten Übung

• Nenne die wesentlichen Eigenschaften jupiterähnlicher Planeten.

  Tipps

  Wo befinden sich die jupiterähnlichen Planeten in unserem Sonnensystem?

  Was sind ihre markantesten Merkmale?

  Lösung

  In unserem Sonnensystem gehören die vier äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu den jupiterähnlichen Planeten. Im Gegensatz zu den vier inneren erdähnlichen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars sind sie deutlich größer. Das wird bereits an der maßstabsgerechten Abbildung deutlich.

  Die sogenannten Gasplaneten bestehen zum Großteil aus Wasserstoff und Helium. Sie besitzen daher nur eine geringe mittlere Dichte. Sie sind jedoch entgegen ihres Namens nicht vollständig gasförmig, sondern verfügen beispielsweise über einen festen Kern aus Eis und Gestein.

• Ordne die folgenden Begrifflichkeiten rund um die jupiterähnlichen Planeten ein.

  Tipps

  Hier werden verschiedene Himmelskörper und einzelne besondere Phänomene unseres Sonnensystems beschrieben.

  Lösung

  Die vier jupiterähnlichen Planeten sind Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Sie umkreisen zusammen mit den vier inneren Planeten die Sonne.

  Die jupiterähnlichen Planeten werden von insgesamt weit über 100 Monden umkreist. Im Vergleich dazu ist die Anzahl der Monde der inneren Planeten gering. Insgesamt gibt es dort lediglich drei Stück (neben dem Erdmond die Monde Phobos und Deimos beim Planeten Mars).

  Titan ist der größte Saturnmond und der zweitgrößte Mond unseres Sonnensystems. Er besitzt als einziger eine Atmosphäre. Diese ist sehr dicht und wolkenreich und besteht hauptsächlich aus Stickstoff. Dennoch ist es prinzipiell möglich, dass es Leben auf dem Saturnmond Titan geben könnte.

  Ganymed ist der größte Mond unseres Sonnensystems (er ist sogar größer als der Planet Merkur!) und umkreist zusammen mit Io, Europa und Callisto den Planeten Jupiter. Diese vier Monde wurden durch Galileo Galilei entdeckt. Insgesamt kenn man jetzt jedoch schon über 60 Jupitermonde. Europa ist ein Mond, dessen Oberfläche von einem tiefen Meer bedeckt wird, auf dem sich eine dicke Eiskruste befindet. Io hingegen ist vulkanisch sehr aktiv.

  Darüber hinaus gibt es noch zwei besonders auffällige Strukturen bei den jupiterähnlichen Planeten. Dies sind zum einen die Saturnringe und zum anderen der riesige Antizyklon, der Große Rote Fleck, auf der Jupiteroberfläche.

• Vergleiche den Aufbau verschiedener jupiterähnlicher Planeten.

  Tipps

  Auf welcher Seite sind welche Planeten dargestellt? Ziehe ihre Namen in die beiden oberen Lücken. Beachte die Größenverhältnisse.

  Beide Typen besitzen denselben Grundaufbau.

  Der Kern ist jeweils dunkelgrau dargestellt, der Mantel grün und die äußere Schicht blau. Welchen Aggregatzustand besitzen diese Bestandteile jeweils?

  Lösung

  Alle jupiterähnlichen Planeten besitzen den gleichen Grundaufbau. In ihrem Inneren befindet sich ein Kern, darum liegt ein Mantel, dieser wiederum wird von einer äußeren Schicht umschlossen. Von der Beschaffenheit her sind diese Planeten jedoch gänzlich anders als die uns bekannte terrestrische Erde und es erfordert ein wenig Fantasie, sich die Bedingungen auf dem Gasriesen unseres Sonnensystems vorzustellen.

  Beginnen wir innen im Kern: Der Kern besteht bei allen jupiterähnlichen Planeten aus Eis und Gestein. Bewegt man sich Richtung Mantel, so verändert sich der Aggregatzustand der Materie von fest zu flüssig.

  Der Mantel unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung: Jupiter und Saturn bestehen dort aus metallischem Wasserstoff. Das bedeutet, die Beschaffenheit dieser Schicht ähnelt der von flüssigem Metall. Diese Form von Wasserstoff kann nur aufgrund der extremen Druckbedingungen im Jupiter und im Saturn existieren. Bei Uranus und Neptun hingegen besteht der Mantel aus Wasser, Ammoniak und Methaneis, die ebenfalls in flüssiger Form vorliegen. Je weiter man nach außen gelangt, desto mehr zeigt sich der Gascharakter der jupiterähnlichen Planeten.

  Die äußere Schicht besteht bei beiden Planetentypen hauptsächlich aus Gasen. Bei Jupiter und Saturn ist dies zum Großteil gewöhnlicher molekularer Wasserstoff. Bei Uranus und Neptun kommen noch Helium und Methangas hinzu.

  Die Grenzen zwischen den einzelnen Schichten sind jedoch fließend, und nicht alle Annahmen zum Aufbau sind bisher gesichert. Ein Spaziergang auf einem jupiterähnlichen Planeten ist jedoch in keinem Fall möglich. Er besitzt keine feste Oberfläche, sondern man würde durch eine Schicht aus Gasen immer tiefer in Richtung Mantel versinken.

• Vergleiche die Eigenschaften der jupiterähnlichen Planeten anhand der Datentabelle miteinander.

  Tipps

  Die Fallbeschleunigung auf der Erde beträgt rund $9,8\frac {m} {s^2}$.

  Die Dichte von Wasser liegt etwa bei $1\frac {g} {cm^3}$.

  Lösung

  Die jupiterähnlichen Planeten sind alle größer und schwerer als die Erde. Der mit Abstand größte (über elf Erdradien) und schwerste (über 300 Erdmassen) Planet ist der Jupiter. Uranus und Neptun sind mit etwa 16 Erdmassen und etwa vier Erdradien die kleinen jupiterähnlichen Planeten in unserem Sonnensystem. Dazwischen ordnet sich der Saturn mit 95 Erdmassen und neun Erdradien ein. Der Uranus ist jedoch etwas leichter als der Neptun, weshalb im Gegensatz zum Radius die Masse der Planeten mit zunehmendem Abstand nicht durchgehend kleiner wird.

  Die Dichte der meisten Gasplaneten liegt etwas über der Dichte von Wasser. Die Dichte des Saturn ist allerdings geringer. Das erklärt, weshalb die Masse der jupiterähnlichen Planeten zwar groß ist, jedoch nicht so hoch, wie sie wäre, würden die Planeten eine vergleichbare Dichte wie die erdähnlichen Planeten besitzen.

  Die Fallbeschleunigung ist auf dem Saturn und dem Uranus kleiner als auf der Erde, auf dem Neptun hingegen etwas höher und auf dem Jupiter mehr als doppelt so hoch.

  Das Magnetfeld von Jupiter und Uranus liegt in der Größenordnung des Magnetfeldes der Erde, das Magnetfeld des Neptun ist sehr schwach. Herausstechend ist das Magnetfeld des Saturn. Es ist etwa 20 mal so stark wie das Magnetfeld von Jupiter und Uranus.

• Gib an, welche der folgenden Missionen mit den jupiterähnlichen Planeten in Verbindung stehen.

  Tipps

  Nach welchen Wissenschaftlern sind die Missionen zu den jupiterähnlichen Planeten benannt worden?

  Lösung

  Die Galileo-Mission startete 1989. Sie hatte die Erforschung des Planeten Jupiter sowie der vier von Galileo Galilei entdeckten Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Callisto zum Ziel. Sieben Jahre lang lieferte die Galileo-Mission Daten über den Planeten Jupiter und seine Monde.

  Die Cassini-Huygens-Mission startete 1997. Sie hat die Erforschung des Planeten Saturn und seines Mondes Titan, des einzigen Mondes in unserem Sonnensystem mit einer Atmosphäre, zum Ziel. Die Sonde, die den Saturn umkreist, ist dabei immer noch aktiv. Benannt ist die Mission nach Giovanni G. Cassini, der Entdecker einiger Saturnmonde, sowie Christiaan Huygens, der unter anderem den Mond Titan entdeckte.

  Zahlreiche Sonden, die die Planeten darüber hinaus auf ihrem Weg passierten, lieferten zusätzliche Daten. Weitere Missionen zur Erforschung der jupiterähnlichen Planten sind angelaufen oder in Planung - es bleibt spannend.

• Beurteile die Lebensbedingungen auf dem Saturnmond Titan.

  Tipps

  Setze die gegebenen Werte in die Formel ein und achte auf die Einheiten.

  Lösung

  Auf der Titanoberfläche wirkt auf Lebensformen eine Fallbeschleunigung von rund $1,4\frac {m} {s^2}$ (siehe Rechnung). Dies entspricht etwa einem Siebtel der Fallbeschleunigung auf der Erdoberfläche.

  Mit der genaueren Erforschung des Saturn und seiner Monde waren bereits verschiedene Sonden betraut. Die Cassini-Huygens-Mission startete 1997. Benannt ist die Mission nach Giovanni G. Cassini, dem Entdecker einiger Saturnmonde, sowie Christiaan Huygens, der unter anderem den Mond Titan entdeckte. Zahlreiche Sonden, die die Planeten darüber hinaus auf ihrem Weg passierten, lieferten zusätzliche Daten. Weitere Missionen zur Erforschung der jupiterähnlichen Planten, darunter auch des Saturn und des Titan, sind angelaufen oder in Planung. Es bleibt spannend.