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Ganymed


Ganymed

Ganymed (auch Jupiter III) ist der dritte und mit einem Durchmesser von 5262 km der größte der vier großen Monde des Planeten Jupiter. Er ist noch vor Titan der größte Mond des Sonnensystems und größer als der Planet Merkur. Der Mond wurde von Galileo Galilei entdeckt, weswegen er auch als einer der Galileischen Monde bezeichnet wird.

Entdeckung

Ganymeds Entdeckung wird dem italienischen Gelehrten Galileo Galilei zugeschrieben, der im Jahre 1610 sein einfaches Fernrohr auf den Jupiter richtete. Die vier großen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto werden daher auch als die Galileischen Monde bezeichnet.

Benannt wurde der Mond nach dem Jüngling Ganymed, einem Mundschenk der Götter und Geliebten des Zeus aus der griechischen Mythologie. Er ist der einzige Jupitermond, der nach einer männlichen Figur benannt ist. Obwohl der Name Ganymed bereits kurz nach seiner Entdeckung von Simon Marius vorgeschlagen wurde, konnte er sich über lange Zeit nicht durchsetzen. Erst in der Mitte des 20. Jahrhunderts kam er wieder in Gebrauch. Vorher wurden die Galileischen Monde üblicherweise mit römischen Ziffern bezeichnet und Ganymed war der Jupitermond III.

Die Galileischen Monde sind so hell, dass man sie bereits mit einem Fernglas oder kleinen Teleskop beobachten kann. Insbesondere Ganymed ist mit einer Helligkeit von bis zu 4,6 mag zu Oppositionszeiten so hell, dass er freiäugig sichtbar wäre, wenn er nicht durch den nahen Jupiter überstrahlt würde.

Umlaufbahn und Rotation

Ganymed umkreist Jupiter in einem mittleren Abstand von 1.070.400 km in 7 Tagen 3 Stunden und 42,6 Minuten. Er befindet sich damit in Resonanz mit seinen beiden inneren Nachbarn Europa (1:2) und Io (1:4), ein Effekt, der zu verhältnismäßig großen Exzentrizitäten der Bahnen dieser Monde beiträgt. Diese Tatsache hat insbesondere große Bedeutung für die Gezeitenreibung im Inneren dieser Monde und ist damit eine Erklärung für den Vulkanismus auf Io. Die Bahn weist eine Exzentrizität von 0,0015 auf und ist 0,21° gegenüber der Äquatorebene des Jupiters geneigt.

Monde

Ganymed rotiert in 7 Tagen, 3 Stunden und 42,6 Minuten um die eigene Achse und weist damit, wie der Erdmond und die übrigen inneren Jupitermonde, eine gebundene Rotation auf. Wegen der im Vergleich zum Erdmond geringen Exzentrizität der Bahn und der sehr kleinen Achsneigung Ganymeds sind Librationseffekte gering. Die maximale Libration der Länge, die proportional zur Exzentrizität der Bahn ist, beträgt nur etwa 10' (beim Erdmond beträgt diese maximal etwa 7°). Die durch diese Taumelbewegung entstehenden Gezeiteneffekte, die beim Jupitermond Io als Hauptursache für den starken Vulkanismus gelten, sind daher (und aufgrund des wesentlich größeren Abstandes) viel geringer.

Physikalische Eigenschaften

Ganymed besitzt einen mittleren Durchmesser von 5262 km und ist damit der größte Mond im Sonnensystem. Er ist damit etwas größer als der Saturnmond Titan (5150 km) und deutlich größer als der Planet Merkur (4878 km), wobei er allerdings mit seiner geringen Dichte von 1,936 g/cm3 nur die Hälfte von Merkurs Masse aufweist.

Oberfläche

Ganymeds Oberfläche kann in zwei unterschiedliche Regionen unterteilt werden: Eine geologisch sehr alte, dunkle Region mit einer großen Anzahl an Einschlagskratern und eine etwas jüngere, hellere Region mit ausgeprägten Gräben und Verwerfungen. Die beiden Regionen sind auf tektonische Aktivitäten zurückzuführen. Ganymeds Oberfläche besteht aus zwei kontinentalen Platten, die sich unabhängig voneinander bewegen, wobei an ihren Randzonen Gebirgszüge aufgeworfen werden können. Darüber hinaus sind Gebiete sichtbar, durch die sog. wässrige Lava geflossen sein könnte, deren Ursprung auf vergangenen Kryovulkanismus zurückzuführen ist. Hinsichtlich der Tektonik ähnelt Ganymed dem Planeten Erde, obwohl die Aktivitäten auf Ganymed zum Erliegen gekommen sind. Die dunklen Regionen ähneln der Oberfläche von Kallisto, ein ähnliches System von Gräben und Verwerfungen existiert auf dem Saturnmond Enceladus und den Uranusmonden Miranda und Ariel.

Beide Regionen weisen viele Einschlagskrater auf. Deren Anzahl und Verteilung ergeben für Ganymeds Oberfläche ein Alter von 3 bis 3,5 Milliarden Jahren, vergleichbar dem Erdmond. Dabei überlagern die Krater die Gräben oder werden von diesen durchbrochen, was darauf schließen lässt, dass die Gräben ebenfalls geologisch alt sind. Daneben gibt es auch Einschläge jüngeren Datums, bei denen Material aus dem Untergrund in Form von Strahlensystemen ausgeworfen wurde. Anders als auf dem Erdmond oder dem Merkur sind die meisten Krater relativ flach und weisen keine Ringwälle oder Zentralberge auf. Offensichtlich hat die Eiskruste über geologische Zeiträume nachgegeben und diese Strukturen eingeebnet. Sehr alte Krater sind nur noch als dunkle Reliefs zu erkennen.

Die größte zusammenhängende Struktur auf Ganymed ist eine dunkle Ebene, die Galileo Regio genannt wird. Weiterhin sind ausgedehnte konzentrische Erhebungen sichtbar, die das Überbleibsel eines gewaltigen Impaktereignisses sind, das vor sehr langer Zeit stattgefunden hat.

Ganymeds Albedo beträgt 0,43, das heißt 43 % des einfallenden Sonnenlichts werden von der Oberfläche reflektiert. Im Vergleich zu den Monden Io und Europa ist seine Oberfläche relativ dunkel. Die Oberflächentemperatur beträgt im Durchschnitt −160 °C.

Innerer Aufbau

Die Auswertung der Daten der Raumsonde Galileo weist darauf hin, dass es sich bei Ganymed um einen differenzierten Körper handelt, dessen Schalenaufbau aus vier Schichten besteht: Ein relativ kleiner Kern aus Eisen oder Eisensulfid ist von einem Mantel aus silikatischem Gestein umgeben. Darüber liegen eine etwa 800 km dicke Schicht aus weichem Wassereis und eine äußere harte Eiskruste.

Ferner zeigte die Bahnbewegung der Raumsonde kleine Anomalien im Schwerefeld, die entweder auf einen ungleichmäßigen Gesteinsmantel hinweisen oder von größeren Mengen an im Eismantel eingeschlossenen Gesteinen zeugen. Vielleicht werden sie auch von Gesteinstrümmern in oberflächennahen Eisschichten verursacht.

Der metallische Kern ist ein Anzeichen dafür, dass Ganymed in der Frühzeit seiner Entstehung im Innern höhere Temperaturen aufwies, als man zuvor angenommen hatte. Tatsächlich scheint Ganymed ähnlich aufgebaut zu sein wie Io, nur dass er zusätzlich von einem äußeren Eismantel und einer Eiskruste umgeben ist.

Atmosphäre

Erste Anzeichen der Existenz einer Atmosphäre um den Jupitermond wurden bereits im Jahr 1972 bei der Bedeckung des Sterns SAO 186800 durch Ganymed gefunden. Der Druck in der extrem dünnen Atmosphäre wurde damals mit größer als 10−6 bar angegeben. Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop ergaben 1997 Hinweise auf das Vorhandensein einer extrem dünnen Atmosphäre aus Sauerstoff. Es wird angenommen, dass der Sauerstoff durch die Einwirkung der Sonnenstrahlung auf die Eiskruste entsteht, wobei das Wassereis in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Der flüchtige Wasserstoff entweicht in den Weltraum, der massereichere Sauerstoff wird durch Ganymeds Gravitation festgehalten.

Magnetfeld

Im Rahmen der beiden ersten Vorbeiflüge der Raumsonde Galileo am Mond Ganymed im Juni 1996 (G1) in einer Höhe von 838 km und im September 1996 (G2) in einer Höhe von nur 264 km konnte nachgewiesen werden, dass Ganymed über ein eigenes magnetisches Dipolfeld verfügt. Neben der Erde und dem Merkur ist Ganymed damit der einzige feste planetare Körper im Sonnensystem mit nennenswertem eigenen Dipolfeld, insbesondere der einzige Mond. Spekulationen über ein ebensolches Feld des Jupitermondes Io haben sich hingegen nicht bestätigt.

Das Magnetfeld kann in einer ersten Näherung als einfache Überlagerung eines Dipolfeldes mit dem Feld des Jupiters im Vakuum angenommen werden. Das Jupiterfeld kann dabei in einer Umgebung des Mondes von etwa 10 Ganymedradien als konstant angesehen werden, wobei die Stärke dieses homogenen Feldes etwa 120 nT beträgt. Die Ausrichtung des Magnetfeldes kann allerdings während des Umlaufes um Jupiter variieren. Das Modell passt zu den Daten des Vorbeiflugs G1, wenn eine äquatoriale Feldstärke des Dipolfeldes von 750 nT angenommen wird (dargestellt in nebenstehendem Bild). Die Feldstärke ist zwar viel geringer als die des Erdmagnetfeldes (äquatorial 30.000 nT), aber größer als die des Planeten Merkur (äquatorial 450 nT). Die Richtung des magnetischen Dipols weicht etwa 10° von der Rotationsachse ab und zeigt im Ganymed-zentrierten Koordinatensystem in die Richtung des 220. Längengrades (der Nullmeridian zeigt dabei wegen der gebundenen Rotation immer zum Jupiter).

Die Struktur des Magnetfeldes ist etwas verschieden von den planetaren Magnetfeldern der Erde oder der Gasplaneten. Das umgebende Magnetfeld des Jupiters ist so stark, dass es auf der Oberfläche des Ganymeds nur eine relativ kleine Zone am Äquator gibt, wo die Magnetfeldlinien vom Mond wieder auf den Mond zurücklaufen. In den relativ großen polaren Regionen verlaufen die Feldlinien hingegen zum Jupiter oder kommen dorther. Die grüne Linie im nebenstehenden Bild – die „Separatrix“ – trennt Gebiete in denen die Feldlinien von Ganymed zu Ganymed, Ganymed zu Jupiter und von Jupiter zu Jupiter laufen.

Bessere Modelle des Magnetfeldes ziehen die Tatsache in Betracht, dass sich Ganymed nicht im Vakuum durch das Magnetfeld des Jupiters bewegt, sondern dass es ein mit Jupiter korotierendes (beidseitige Rotationsbindung) Plasma gibt, in dem der Mond sich befindet. Die Einbeziehung des Plasmas in das Modell geschieht im Rahmen der Magnetohydrodynamik und erklärt die Ausbildung einer Magnetosphäre. Die Existenz einer Magnetopause wurde von Galileo bestätigt, allerdings gibt es im Gegensatz zur Erdmagnetosphäre keine Bugstoßwelle. Zur Ausbildung einer solchen Stoßwelle müsste das einströmende Plasma eine Geschwindigkeit relativ zum Ganymed besitzen, die größer als die Alfvén-Geschwindigkeit ist. Anders als bei der Erde, bei der der Sonnenwind mit etwa achtfacher Alfvén-Geschwindigkeit (und zehnfacher Schallgeschwindigkeit) auf die Magnetopause trifft, hat das korotierende Plasma des Jupiters zwar 2,4-fache Schallgeschwindigkeit, aber nur etwa halbe Alfvén-Geschwindigkeit. In den polaren Regionen des Ganymed, in denen Feldlinien von Jupiter zu Ganymed laufen, kann Plasma bis zur Atmosphäre des Planeten vordringen und führt dort zu Polarlichtern, die vom Hubble-Weltraumteleskop im UV-Licht tatsächlich beobachtet werden konnten.

Die Tatsache, dass die Richtung des Dipols von der Richtung der Rotationsachse nur um 10° abweicht, deutet darauf hin, dass die Ursache des Magnetfeldes in einem Dynamoeffekt zu suchen ist. Als möglicher Träger des Dynamoeffekts kommen leitfähige Flüssigkeiten in Frage. Diskutiert werden als Kandidaten sowohl flüssiges Metall im Kern des Mondes, als auch Salzwasser im Mantel.

Erkundung durch Sondenmissionen

Die Erkundung des Ganymed durch Raumsonden begann in den Jahren 1973 und 1974 mit den Jupiter-Vorbeiflügen von Pioneer 10 und Pioneer 11. 1979 konnten Voyager 1 und Voyager 2 erstmals genauere Beobachtungen dieses Mondes vornehmen. Der Großteil unseres Wissens über Ganymed stammt jedoch vom Galileo-Orbiter, der 1995 das Jupitersystem erreichte und während der darauffolgenden acht Jahre mehrere nahe Vorbeiflüge am Jupitermond vollführte.

Für das Jahr 2020 hatten die Raumfahrtbehörden NASA und ESA die gemeinsame Europa Jupiter System Mission Laplace vorgeschlagen, die mindestens zwei Orbiter vorsah, die jeweils in einen Orbit um Europa und Ganymed eintreten und das gesamte Jupitersystem mit einem revolutionären Tiefgang erforschen sollten.

Die NASA, die den JEO bauen wollte, stieg jedoch aus dem Projekt aus. Die ESA verwirklicht jedoch den JGO mit leicht abgewandelter Missionsplanung als JUICE. JUICE soll nach ihrer Ankunft am Jupiter im Jahr 2030 nach zwei Vorbeiflügen an Europa und zwölf Vorbeiflügen an Kallisto 2032 in einen Orbit um Ganymed einschwenken. Da die NASA-Sonde entfällt, wurden die Europa-Vorbeiflüge als Ersatz dafür in den Missionsplan für JUICE aufgenommen.

Geplante Missionen

Bislang gibt es keine Hinweise für Leben, doch sollen spätere Missionen dies klären. Gedacht wird an eine unbemannte Kryobot-Raumsonde, die auf der Oberfläche landen, sich durch die Eiskruste durchschmelzen und eine Art „Mini-U-Boot“ (Hydrobot) in Europas Ozean ablassen soll. Bevor diese Mission überhaupt Wirklichkeit werden kann, könnte in der nächsten Dekade eine Europa Orbiter Raumsonde gestartet werden, die in eine Umlaufbahn um Europa eintreten und den Mond umfassend studieren soll. Davon erhofft man sich weitere Erkenntnisse über Europa zu sammeln und geeignete Landestellen für spätere Missionen zu finden.

Für das Jahr 2020 planten die Raumfahrtagenturen NASA und ESA den Start der Europa Jupiter System Mission/Laplace Mission, welche zwei Orbiter vorsah (JEO - Jupiter Europa Orbiter und JGO - Jupiter Ganymede Orbiter), die jeweils in einen Orbit um Europa und Ganymed eintreten sollten und das gesamte Jupitersystem mit einem revolutionären Tiefgang erforschen sollten. Der JEO (Jupiter Europa Orbiter) sollten nach der Planung 2028 den Orbit um Europa einschwenken und mehrere Jahre lang mit verschiedenen on-board-Instrumenten Daten u.a. über Morphologie, Temperatur und Schwerkraft des Mondes sammeln. Zusätzlich sollen mittels Ice Penetrating Radar die Eigenschaften des Wassereises studiert werden, um Aufschluss über die Konsistenz bzw. das Ausmaß des Eismantels und eines eventuellen flüssigen Ozeans geben zu können.

Die NASA, die den JEO bauen wollte, stieg jedoch aus dem Projekt aus. Die ESA verwirklicht jedoch den JGO mit leicht abgewandelter Missionsplanung als JUICE. JUICE soll nach ihrer Ankunft am Jupiter in Jahr 2030 zwei Vorbeiflüge an Europa durchführen und klären, ob Europa den vermuteten Ozean unter seiner Eiskruste hat.

(Last Modified: 26. February 2017 10:21:48)
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