Forschungsbericht 1999-2000 | |
Institut für Planetologie
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Forschungsschwerpunkte 1999 - 2000
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.
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Hans-Joachim Peter