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Sommer der Giganten


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 7/2020 vom 12.06.2020

Jupiter und Saturn,die größten Planeten unseres Sonnensystems,stehen im Juli nur sieben Grad voneinander entfernt im Sternbild Schütze. Nun ist es Zeit,die beiden Gasriesen mit dem eigenen Teleskop zu erkunden. Hier erfahren Sie,warum sich ein genauer Blick auf diese vertrauten und doch so fremden Welten in den kommenden Monaten besonders lohnt.


Erinnern Sie sich noch daran,welche Objekte Sie als erste mit Ihrem eigenen Teleskop anvisiert haben? Nachdem Sie Mond bewundert hatten,waren Sie sicherlich sehr gespannt darauf,auch Jupiter oder Saturn mit eigenen Augen zu sehen. Kein Wunder,denn diese Planeten ...

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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 7/2020

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... bieten schon in kleinen Einsteigerteleskopen einzigartige Ansichten: Jupiter fasziniert durch seine Wolkengürtel,den berühmten Großen Roten Fleck und die ständig wechselnden Stellungen seiner vier Galileischen Monde. Saturn wartet mit seinem majestätischen Ringsystem auf,und sein großer Begleiter Titan besitzt sogar eine eigene Atmosphäre,weshalb dieser Mond in den zurückliegenden Jahren viel von sich reden machte.

Das Interesse der Beobachter an den beiden Riesenplaneten wird mit zunehmender Erfahrung nicht geringer - ganz im Gegenteil: Die atmosphärischen Erscheinungen auf den beiden Gasriesen ändern sich ständig in unvorhersehbarer Weise,und mit jedem größeren Teleskop gibt es neue Feinheiten zu entdecken. In den kommenden Monaten stehen Jupiter und Saturn zwar weit südlich im Tierkreis und gelangen daher von Europa aus nicht sehr hoch über den Horizont; dennoch sollten Sie es sich nicht nehmen lassen,das Treffen der Giganten im Sternbild Schütze zu verfolgen: Spannende Unterhaltung für kurze Sommernächte ist dabei garantiert!

Jupiter: Bühne frei für den Star der Nacht

Am 14. Juli 2020 gelangt Jupiter in Opposition zur Sonne. Er steht dann dem Tagesgestirn am Himmel genau gegenüber und erreicht somit um Mitternacht,etwa um 1 Uhr MESZ,seine Höchststellung über dem Südhorizont. Mit einer scheinbaren Helligkeit von -2,7 mag überstrahlt das gelbe Leuchten des Planeten das Sternbild Schütze. Trotz seiner beachtlichen Distanz von rund vier Astronomischen Einheiten zur Erde lässt Jupiter keinen Zweifel daran,dass er die Nummer eins im Sonnensystem ist: Sein Durchmesser ist rund elfmal so groß wie derjenige unseres Heimatplaneten,und die Zahl der bekannten Monde ist mit 79 nur um drei geringer als bei seinem Konkurrenten Saturn.

Die vier größten Begleiter zeigen sich bereits auf den ersten Blick durch ein Tele skop (siehe Bild S. 66 unten). Galileo Galilei beobachtete sie im Januar 1610 mit einem Fernrohr und zeichnete ihre ständig wechselnden Positionen auf. Die Namen dieser Trabanten verweisen auf die Geliebten des griechischen Gottes Zeus: Von innen nach außen sind es Io (5,1 mag),Europa (5,3 mag),Ganymed (4,7 mag) und Kallisto (5,7 mag). Wäre ihr Helligkeitsunterschied zum strahlenden Jupiter nicht so groß,dann könnten wir diese vier Monde schon mit dem bloßen Auge erkennen. Beim Blick durch ein mittelgroßes Teleskop bemerkt man auch ihre unterschiedlichen Durchmesser: Die beiden inneren Monde Io und Europa erscheinen deutlich kleiner als die Scheibchen von Ganymed und Kallisto. Die entsprechenden Winkeldurchmesser betragen 1,2; 1,0; 1,8 beziehungsweise 1,6 Bogensekunden.

Zwei Riesen erweisen uns in den kommenden Monaten die Ehre: Jupiter,der König der Planeten,und Saturn,der Herr der Ringe,zeigen dem Auge am Teleskop in Momenten ruhiger Luft ihre Attraktionen. Alexander Müller nahm die beiden Gasplaneten am 7. Mai 2020 von Seria in Brunei auf.


Im Teleskop präsentiert sich Jupiter mit seinen vier Galileischen Monden.


Genau in der Äquatorebene Jupiters aufgereiht und den Riesenplaneten wie ein Hofstaat umkreisend,bilden die großen Monde ein kleines Modell unseres Sonnensystems. Von Abend zu Abend verändern sie ihre Stellungen,und ab und an steht ein Mond vor oder hinter Jupiter,wird von seinem Schatten verfinstert - oder er zieht vor dem Planeten vorüber und wirft dabei seinen eigenen kleinen,pechschwarzen Schatten auf die helle Oberfläche der Gaskugel. Einen monatlichen Spielplan dieser Versteckspiele finden Sie auf S. 54 in diesem Heft.

Ganymed übertrifft sogar Merkur,den sonnennächsten der großen Planeten,an Größe,nicht jedoch an Masse. Die Jupitermonde bestehen aus wesentlich leichterem Material - unter anderem aus Wassereis,in der Tiefe sehr wahrscheinlich aus flüssigem Wasser - als die inneren Planeten von Merkur bis Mars - und nicht aus massivem Gestein. Zudem umkreisen die Monde keinen heißen,leuchtenden Stern,sondern eine große,relativ kalte Gaskugel. Jedoch legt das Erscheinungsbild des Jupitersystems einen ähnlichen Entstehungsprozess nahe,wie im Fall des Sonnensystems selbst: Die Monde entstanden in einer Scheibe aus Staub und Gas,die sich bildete,als auch Jupiter entstand.

Wolkenwirbel und ein rotes Auge

Blickt man durch das Okular eines modernen Amateurteleskops,so vergehen einige Minuten,bis sich das Auge an das helle Licht der Planetenscheibe gewöhnt hat. Doch dann fällt die gestreifte Atmosphäre des Planeten auf. Vergrößerungen von etwa der Millimeterzahl der Teleskopöffnung eignen sich zur Beobachtung am besten,sofern es die Luftunruhe erlaubt. Bei genauem Hinsehen bemerkt man zudem,dass Jupiter ein wenig abgeplattet ist. Über die Pole weist er einen um rund sechs Prozent geringeren Durchmesser auf. Der Grund für beides - Bandstruktur und Abplattung - liegt in der schnellen Rotation des Planeten und der daraus resultierenden Zentrifugalkraft: Eine vollständige Umdrehung um die eigene Achse dauert nur rund zehn Stunden. Jupiters äquatorialer Winkeldurchmesser erreicht in diesem Jahr maximal 48 Bogensekunden,der Poldurchmesser rund 45 Bogensekunden.

Auf den ersten Blick ist die Jupiteratmosphäre symmetrisch zum Äquator strukturiert. Eine breite,helle Äquatorzone wird im Norden und Süden von jeweils einem dunklen Wolkenband flankiert. Abseits des Äquators,in den tropischen Breiten,schließt sich wieder eine helle Zone an,gefolgt von weiteren dunklen Bändern (siehe Kasten S. 68). Wer jedoch geduldig hinschaut,erkennt Unterschiede zwischen den Hemisphären. So zeigte sich das südliche Äquatorialband im Frühjahr 2020 über weite Strecken weniger dunkel als das nördliche. Offensichtlich sind hier derzeit besonders viele kleine Wolken eingelagert. Teilweise bilden sie auch längere,schmale Streifen. Zudem lassen sich an den Rändern des mittelbraun gefärbten nördlichen Äquatorialbands einige größere Ausbuchtungen erkennen.

Die Wolkengürtel und der Große Rote Fleck gehören zu Jupiters Attraktionen. Hinzu kommen die Erscheinungen der Monde. Hier wirft Ganymed seinen tiefdunklen Schatten auf die Oberfläche des Riesen. Die Aufnahme lässt den Jupitermond als kleine Scheibe erkennen.


Die feine Cassini-Teilung trennt den äußeren A-Ring vom weiter innen liegenden helleren B-Ring. Der unscheinbare C-Ring ist hier als schmaler,grauer Streifen vor der Planetenkugel sichtbar. Auch in der Saturnatmosphäre lassen sich Unterschiede ausmachen: Die helle Äquatorzone hebt sich von der angrenzenden gemäßigten Zone und der dunklen Polarzone ab.


Da Jupiter kein fester Körper,sondern ein riesiger stürmischer Gasball ist,rotieren seine Wolken nicht starr: In der Äquatorialregion bewegen sie sich mit einer Periodendauer von 9 Stunden und 50,5 Minuten schneller als in den angrenzenden höheren Breiten mit einer etwas längeren Periodendauer von knapp 9 Stunden und 55,7 Minuten. Dementsprechend legen die Astronomen der Beschreibung der visuell sichtbaren Details zwei Koordinatensysteme zu Grunde: Für die Äquatorialregion gilt das System I,für die höheren nördlichen und südlichen Breiten das System II. Sie bilden zwei voneinander unabhängige Bezugssysteme mit jovigrafischen Längen- und Breitengraden.

Derjenige Längengrad,der zur Beobachtungszeit in der Mitte der Jupiterscheibe steht,wird als Zentralmeridian (ZM) bezeichnet. Den beiden Koordinatensystemen I und II entsprechend gelten für einen gegebenen Zeitpunkt die Zentralmeridiane ZM I beziehungsweise ZM II,die sich mit Planetariumsprogrammen berechnen oder aus den Angaben astronomischer Jahrbücher ermitteln lassen.

Die Zentralmeridiane eignen sich,um die jovigrafische Länge interessierender Details,beispielsweise eines neu entstanSiegfried denen Flecks in der Atmosphäre,zu bestimmen: Der Beobachter notiert einfach denjenigen Zeitpunkt,zu dem der Fleck die vertikale Symmetrielinie der Jupiterscheibe durchläuft. Der für diesen Zeitpunkt gültige Zentralmeridian ist die gesuchte jovigrafische Länge des Flecks. Hierbei muss bekannt sein,ob das beobachtete Wolkendetail dem System I oder II angehört. Dabei hilft das Systematisierungsschema der Wolkenbänder Jupiters (siehe Kasten S. 68) Für spätere Vergleiche mit den Ergebnissen anderer Beobachter empfiehlt es sich,alle gesehenen Einzelheiten in einer Skizze festzuhalten und das Datum,die Uhrzeit,die Sichtbedingungen sowie die technischen Daten des genutzten Teleskops und des Okulars zu notieren.

Polseitig des südlichen Äquatorialbands lässt sich eine zeitweise besonders auffällige Erscheinung dieser Art beobachten,der Große Rote Fleck (GRF). Er ist ein erstaunlich langlebiger Wirbelsturm,in dessen Auge wir zu passenden Zeiten hineinschauen können (siehe Bild links). Der GRF besteht mindestens seit dem 19. Jahrhundert. Allerdings hat er in den zurückliegenden 40 Jahren deutlich an Größe eingebüßt (siehe SuW 5/2018,S. 60). In diesem Zeitraum war er häufig recht blass,zeitweise aber auch deutlich lachsfarben oder ziegelrot,wie im Frühling dieses Jahres (siehe Bild S. 67 oben).

Am besten lässt sich der GRF bestaunen,wenn er in der Mitte der Jupiterscheibe steht und der Planet zugleich seine maximale Höhe über dem Horizont erreicht: Im Juli sind dies die Nächte vom 6. auf den 7.,vom 15. auf den 16. und vom 22. auf den 23.,jeweils gegen 1 Uhr MESZ. Innerhalb von nur einer Stunde legt der GRF wegen der schnellen Rotation des Planeten einen beachtlichen scheinbaren Weg auf der Jupiterscheibe zurück. In der übrigen Zeit lohnt sich der Blick auf den prächtigen Saturn,der am Himmel nur eine Handbreit neben Jupiter steht.

Saturn und das ABC der Ringe

Am Westrand des Sternbilds Schütze positioniert,leuchtet ebenfalls in gelblichem Licht der Ringplanet Saturn. Mit seiner Helligkeit von +0,1 mag nimmt er sich jedoch gegenüber seinem strahlenden Nachbarn Jupiter eher bescheiden aus. Trotzdem lässt er sich anhand seines ruhigen Lichts von den flackernden Sternen unterscheiden,denn er ist weniger punktförmig als diese. Die Oppositionsstellung zur Sonne erreicht Saturn nur sechs Tage nach Jupiter,in der Nacht vom 20. auf den 21. Juli 2020. Wegen seiner großen Entfernung zu uns - das Neunfache der Distanz Erde-Sonne - erscheint uns die Gaskugel Saturns unter einem Winkeldurchmesser von nur 18 Bogensekunden,also weniger als halb so groß wie Jupiter.

Unter günstigen Bedingungen sind die helleren der hier aufgeführten Saturnringe,Ringteilungen und Monde in Amateurteleskopen visuell und fotografisch sichtbar; die sehr schmalen und lichtschwachen Ringe D,E,F und G entgehen unseren Blicken. In diesem Jahr dürften allerdings auch die feine Encke-Teilung sowie das dunkle Encke-Band im A-Ring außerhalb der Reichweite visueller Beobachtungen liegen,da Saturn in Mitteleuropa nur rund 19 Grad über den Südhorizont gelangt.


Saturn ist der äußerste der mit bloßem Auge noch leicht sichtbaren Planeten. Seine Kugel wirkt wegen ihrer vergleichsweise kontrastarmen Wolkenstreifen beinahe wie eine magere Kopie des großen Bruders Jupiter. Berühmt ist der Planet vor allem wegen seiner eindrucksvollen Ringe,die derzeit weit geöffnet sind und auch Besitzer kleiner Teleskope zur Beobachtung einladen. Schon mit Geräten ab acht Zentimeter Objektivdurchmesser verrät sich im äußeren Drittel des Ringsystems eine feine Teilung,die Cassini-Teilung. Sie ist besonders schön in Form zweier schwarzer Bögen in den Außenbereichen rechts und links des Planetenkörpers zu sehen (siehe Bild S. 69 unten). Mit einer größeren Optik und bei ruhiger Luft lässt sie sich auch im Bereich vor der Saturnkugel verfolgen. Wegen des derzeit nicht allzu hohen Stands des Planeten über dem Südhorizont sei aber in dieser Hinsicht vor Enttäuschungen gewarnt.

Manche Forscher vermuten,dass die Saturnringe ein Trümmerfeld darstellen,das entstand,als ein Mond dem Planeten zu nahe kam und unter seinen Gezeitenkräften zerbarst. Ständig rieselt Materie von den Ringen auf den Planeten herunter. Daher dürften die Ringe nur eine vorübergehende Erscheinung sein,vielleicht für einige Hunderttausend Jahre (siehe SuW 11/2007,S. 26). Andere Wissenschaftler gehen davon aus,dass die Ringe ein Relikt der Entstehung des Planeten vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren sind.

Beim Blick durch ein Teleskop lassen sich innerhalb des Ringsystems von außen nach innen drei Hauptgebiete unterscheiden: der schmale A-Ring außerhalb der Cassini-Teilung,welcher derzeit 44 Bogensekunden Durchmesser erreicht; der hellere,breitere B-Ring innerhalb der Teilung und - wiederum in dessem Innerem gelegen - der viel lichtschwächere,beinahe geisterhaft aussehende C- oder Florring. Letzterer lässt sich nur mit Optiken ab etwa 15 Zentimeter Öffnung und unter guten Bedingungen rechts und links des Planeten erkennen. Indirekt verrät sich der C-Ring aber auch beim Blick durch kleinere Teleskope als schmale,graue Linie vor der helleren Saturnkugel.

Erst wenn Saturn in einigen Jahren wieder hoch an unserem Himmel steht - oder schon jetzt an einem weit südlich gelegenen Standort wie Namibia -,lohnt es sich,nach feineren Einzelheiten des Ringsystems Ausschau zu halten: Mit einem Teleskop mit 40 bis 50 Zentimeter Öffnung,bei einer Vergrößerung von etwa 500- fach,könnte es dann gelingen,auch die sehr feine Encke-Teilung im äußeren ARing zu sehen (siehe Bild oben). Fotos von Cassini und anderen Raumsonden zeigen darüber hinaus unzählige weitere,feinere Teilungen im Ringsystem. Solche Nahaufnahmen erinnern sehr an das Aussehen einer Schallplatte (siehe SuW 2/2017,S. 28). Die vielen kleinen Lücken entstanden nicht zufällig,sondern folgen einem Plan,wie wir gleich sehen werden.

Kleine Monde - große Wirkung

Schon in einem kleinen Teleskop fällt der größte der Saturnmonde ins Auge: Titan ist jetzt 8,4 mag hell und erreicht einen maximalen Winkelabstand von mehr als drei Bogenminuten vom Planetenzentrum. Ab einem Objektivdurchmesser von zehn Zentimetern zeigt sich auch dern 9,9 mag helle Mond Rhea,der sich bis zu 1,4 Bogenminuten vom Zentrum entfernt (siehe Bild oben)

Zwei weitere für Amateurastronomen beobachtbare Monde mit scheinbaren Helligkeiten von rund 10 mag bewegen sich deutlich näher an Saturn und bedürfen deshalb einer Teleskopoptik von mindestens 15,besser 20 Zentimeter Öffnung: Ruhige Luft und eine hohe Vergrößerung helfen,Dione und Tethys unweit des hellen Ringsystems zu sichten. Dione erreicht einen maximalen Winkelabstand von nur einer Bogenminute von der Mitte des Planeten,Tethys nur 48 Bogensekunden. Dieser Mond steht somit der Außenkante des A-Rings schon recht nahe,die einen Winkelabstand von 22 Bogensekunden erreicht

Neben den hier genannten hellsten Trabanten gibt es natürlich noch weitere,deren Beobachtung jedoch besonders leistungsfähige Optiken erfordert. Einer dieser lichtschwächeren Begleiter ist Mimas. Wendet man das dritte keplersche Gesetz auf diesen inneren Mond sowie auf die Ringteilchen innerhalb der Cassini-Teilung an,dann ergibt sich,dass die Umlaufperioden gerade im Verhältnis 1:2 stehen. Somit wird die Bahn eines jeden Ringpartikels im Bereich der Cassini- Teilung in regelmäßigen Zeitabständen durch das Schwerefeld von Mimas gestört. Deshalb kann ein Ringteilchen nicht für längere Zeit innerhalb der Teilung verbleiben. Auch die anderen Teilungen lassen sich auf solche geradzahligen Verhältnisse der Umlaufzeiten und systematische Störungen durch Saturnmonde zurückführen.

Derartige Überlegungen aus der Störungstheorie der Himmelsmechanik erscheinen beinahe ein wenig irreal. Denn beim Anblick der im Teleskop sehr solide,hell und unveränderlich aussehenden Ringe fällt es schwer zu glauben,dass sie lediglich flache Schwärme von Steinen und Eisbrocken sind - und eine vergängliche Laune der Natur. Das Beobachtungserlebnis wird hierdurch jedoch keineswegs geschmälert.

Genau hinsehen!

Die Atmosphären von Jupiter und Saturn sind stets für Überraschungen gut. Der GRF ändert seine Farbe,neue Flecken entstehen,und manche Wolkenbänder hellen sich auf oder verschmelzen. Auch bei Saturn darf der Beobachter Änderungen erwarten,allerdings sind die Details hier viel kontrastärmer - mit einer Ausnahme: Im Abstand von einigen Jahren bis Jahrzehnten taucht in der Atmosphäre ein heller,weißer Fleck auf (englisch: Great White Spot).

Ein solch seltener,bisweilen auch in kleinen Teleskopen auffälliger Sturm entwickelt sich zunächst in den tieferen Schichten der Saturnatmosphäre,taucht dann an der sichtbare Wolkenobergrenze auf und verformt sich durch die Wechselwirkung mit benachbarten Windströmungen schließlich zu einem länglichen Gebilde. Erstmals wurde ein großer weißer Fleck im Jahr 1876 beobachtet,zuletzt Ende 2010 - und es lässt sich nicht vorhersagen,wann uns die zumeist recht gleichförmig gestreift aussehende Planetenkugel mit dem nächsten großen Sturm überraschen wird

Falls Sie nun planen,Jupiter und Saturn regelmäßig ins Visier zu nehmen,dann sollten Sie das Gesehene unbedingt dokumentieren: Zeichnen oder fotografieren Sie am Teleskop und teilen Sie Ihre Ergebnisse mit anderen Beobachtern! Die Redaktion freut sich auf Ihre Bilder,die Sie unter www.sterne-und-weltraum.de/ leserbilder hochladen können. Tagesaktuelle Beobachtungen aller großen Planeten von Amateurastronomen weltweit finden sich auf der Website der Association of Lunar and Planetary Observers Japan unter http://alpo-j.sakura.ne.jp/indexE.htm.

KLAUS-PETER SCHRÖDER ist Professor für Astrophysik an der Universität Guanajuato in Zentralmexiko. Als Student beobachtete er über viele Jahre hinweg regelmäßig mit dem eigenen Teleskop; heute sind die stellare und solare Aktivität seine Forschungsschwerpunkte.


Literaturhinweise Althaus,T.: Stürmische Zeiten auf dem Ringplaneten. Sterne und Weltraum 9/2011,S. 26 - 28 Althaus,T.: Cassini im Reich der Ringe. Sterne und Weltraum 2/2017,S. 29 - 39 Denk,T.,Postberg,F.: Hutkrempen und Schwimmreifen. Cassini erkundet die seltsamen Ringmonde des Saturn. Sterne und Weltraum 12/2019,S. 40 - 45 Kardasis,E. et al.: The need for professional- amateur collaboration in studies of Jupiter and Saturn. Journal of the British Astronomical Association 126,2016 McKim,R. J.: Great White Spots on Saturn: current and historical observations. Journal of the British Astronomical Association 121,2011 Neumann,M. J.: Exkursion ins Reich der Ringe: Saturn im Amateurteleskop. Sterne und Weltraum 2/2013,S. 74 - 80 Reichert,U.: Jupiter: Star des Nachthimmels mit rotem Auge. Sterne und Weltraum 2/2015,S. 62 - 63 Rogers,J. H.: The giant planet Jupiter. Cambridge University Press,Cambridge 1995 Roth,G. D.: Planeten beobachten. Spektrum Akademischer Verlag,Heidelberg 2002 Schröder,K.-P.: Der Ringplanet in voller Schönheit. Sterne und Weltraum 6/2017,S. 40 - 42 Schröder,K.-P.: Der Große Rote Fleck: Das sterbende Auge des Jupiter. Sterne und Weltraum 5/2018,S. 60 - 64 Spahn,F.: Planeten-Ringe. Dynamische Laboratorien im Sonnensystem. Sterne und Weltraum 11/2007,S. 26 - 36 Didaktische Materialien: www.wissenschaft-schulen. de/artikel/1069420