Forschungsbericht 1999-2000   
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Fachbereich 14 - Geowissenschaften
Institut für Planetologie
Planetenphysik (Prof. Dr. Tilman Spohn)
 


Modelle des inneren Aufbaus der Galileischen Trabanten des Jupiter

Die Galileischen Monde lassen sich mit Io und Europa in ein inneres Paar höherer mittlerer Dichte und geringerem Volatilenbestand und mit Ganymed und Callisto in ein äußeres Paar geringerer Dichte und entsprechend höherem Volatilenbestand unterteilen. Modelle des inneren Aufbaus der Jupitersatelliten, die Masse, Radius und mittlere Dichte eines Satelliten erfüllen, werden ferner eingeschrä nkt durch die kürzlich erfolgte Vermessung der Figuren- und Schwerefeldparameter durch die amerikanische Raumsonde Galileo Orbiter, woraus sich die polaren Trägheitsfaktoren der Satelliten ermitteln lassen. Mit Hilfe von Modellrechnungen läßt sich die Variationsbreite der chemischen Gesamtzusammensetzung bestehend aus Eis-, Gesteins- und Metallkomponente des betreffenden Satelliteninneren eingrenzen.

Das Innere der Io kann durch einen Zweischalenaufbau bestehend aus einem zentralen Fe-FeS Kern, der abhängig vom angenommenen Schwefelgehalt einen Anteil von 10 bis 20% an der Gesamtmasse aufweist, und einen silikatischen Mantel beschrieben werden. Mögliche Kernradien schwanken zwischen 38 und 52% des Satellitenradius, wobei kleine Kerne eisenreich sind, und in großen Kernen Schwefel bzw. FeS angereichert ist. Die Manteldichten sind verträglich mit einer olivinhaltigen Zusammensetzung und werden kaum von der Größe des Kerns beeinflußt, da durch den Trägheitsfaktor eine stärkere Gewichtung der äußeren Schale vorgenommen wird. Das Innere Europas läßt sich anhand eines Dreischalenaufbaus untersuchen, der einen metallischen Kern, einen Gesteinsmantel und eine äußere Eishülle umfaßt, deren Anteil an der Gesamtmasse etwa 10% beträgt. Die Modellrechnungen zeigen, daß die Mächtigkeit der äußeren Eisschale mindestens 120 km betragen müßte, damit die Dichte des Gesteinsmantels mit einer olivinreichen Zusammensetzung verträglich ist. Der Gesteinsanteil an der Gesamtmasse Europas beträgt 80 bis 90%, bis zu 15% der Gesamtmasse liegen in Form von Metall vor.

Ganymed weist unter den festen Körpern im Sonnensystem die größte derzeit bekannte Massenkonzentration auf und verfügt über ein selbsterzeugtes Magnetfeld, das antiparallel zum Jupiterfeld ausgerichtet ist. Diese Besonderheiten lassen sich durch die hochgradige Differentiation des Ganymedinneren in einen dichten, flüssigen Fe-FeS Kern, einen unteren Gesteinsmantel und einen oberen Eismantel erklären, die jeweils etwa 1/3 des Satellitenradius umfassen. Der äußere Eismantel wird weiter unterteilt durch druckbedingte Phasenübergänge, deren Lage von der angenommenen Temperaturverteilung abhängt. Im Unterschied zu Ganymed besteht Callisto vermutlich aus einem kleinen Gestein-Eisenkern, der von einem durch druckbedingte Phasenübergänge unterteilten, kontaminierten Eismantel eingeschlossen wird, in dem Metall- und Gesteinskomponente graduell mit der Tiefe auf Kosten der Eiskomponente zunehmen. Falls für den Kern eine olivinreiche Zusammensetzung angenommen wird, würde der Kern etwa 1/4 des Satellitenradius einnehmen.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. F. Sohl, Prof. Dr. T. Spohn (Leiter)

Veröffentlichungen:

Sohl, F., T. Spohn: Interior structure models of the Galilean satellites: Implications for differences between their chemical compositions, 31st Annual Meeting of the Division for Planetary Sciences AAS, Bull. Am. Astr. Soc., 31(5), Padua, 1999.

Sohl, F., D. Breuer, T. Spohn: Innerer Aufbau und Chemismus der Galileischen Monde, 59. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 77, Braunschweig, 1999.

Sohl, F., T. Spohn: Innerer Aufbau und Chemismus der Galileischen Monde, Jupiter-Workshop 2000, Köln, 2000.

Sohl, F., T. Spohn: The interior structure of Ganymede: Implications from Galileo gravity field observations, XXV General Assembly European Geophysical Society, Geophys. Res. Abstr. (CD-ROM), 2, PS4.01, Nice, 2000.

Sohl, F., T. Spohn, D. Breuer, K. Nagel: Implications from Galileo observations on the interior structure and chemistry of the Galilean satellites, Icarus, eingereicht, 2000.

 
 
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Hans-Joachim Peter
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Datum: 2001-06-25