Die Beobachtung der Jupitermonde und ihrer Erscheinungen

Von Wolfgang Vollmann. Artikel aus dem "Sternenboten" 6/2003.

1. Die Entdeckung der Jupitermonde
2. Gegenseitige Bedeckungen und Verfinsterungen der Jupitermonde
3. Weitere Erscheinungen von Jupitermonden
4. Die Beobachtung der Jupitermonderscheinungen
5. Die Lichtgeschwindigkeit
6. Seltene Jupitermonderscheinungen
7. Literatur

1. Die Entdeckung der Jupitermonde

Die Jupitermonde haben in der Geschichte der Astronomie schon öfters eine große Rolle gespielt. Begonnen hat es mit der Entdeckung durch Galileo Galilei im Jänner 1610. Gegen Ende des Jahres 1609 konnte er bereits 20-fache Vergrößerung mit seinen Fernrohren erreichen. Am 7.Jan.1610 fand er den Planeten Jupiter von drei kleinen Sternen umgeben. Da Jupiter zu dieser Zeit rückläufig war (also unter den Sternen nach Westen wanderte), erwartete Galileo daß er am nächsten Abend westlich der drei Sterne wäre. Er beobachtete am 8.Jan. aber daß Jupiter östlich der drei Sterne stand. Bis zum 15.Jan.1610 hatte Galileo nicht nur vier "Sterne" beobachtet, sondern auch erkannt, daß es sich um Satelliten des Jupiter handeln mußte, die als Monde den Planeten umkreisen. Das waren gute Nachrichten für die Kopernikaner: die Erde war zwar ein ganz normaler Planet, der um die Sonne läuft, hatte aber bis dahin der einzige Planet mit einem bekannten Mond. Durch Galileo's Entdeckung war jetzt klar, daß ein anderer Planet nicht weniger als vier Monde hatte [Lit.1].

Die Entdeckung Galileo's kann heute gut mit einem kleinen Fernglas ab 6-7 facher Vergrößerung, möglichst wackelfrei gehalten oder aufgestellt, nachvollzogen werden.

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2. Gegenseitige Bedeckungen und Verfinsterungen der Jupitermonde

Die Bahnen der Jupitermonde sind nur wenig gegen die Erdbahnebene geneigt. Zweimal pro Jupiterumlauf um die Sonne, etwa alle sechs Jahre, blicken wir von der Seite auf die Bahnebenen der Monde. Dann sind für einige Monate gegenseitige Bedeckungen und Verfinsterungen von Jupitermonden beobachtbar [Lit.7]. Ich habe im Sternenboten schon öfters von der Beobachtung solcher Erscheinungen berichtet: Hefte 6/1991, 8/1997, 10/1997.

In der Sichtbarkeitsperiode 2002/2003 gelang mir die Beobachtung folgender Erscheinungen:

Gegenseitige Jupitermondbedeckungen und Konjunktionen

Die Beobachtung dieser Erscheinungen erfordert möglichst hohe Vergrößerung und ruhige Luft. Ich mache alle 15-30 Sekunden eine Skizze der Erscheinung (mit sekundengenauer Uhrzeit) und leite daraus den Termin der Bedeckung und die wahrscheinliche Ungenauigkeit ab.

Liste der Beobachtungen 2002/2003: http://members.aon.at/wolfgang.vollmann/beob_jumo_2003.htm.

Gegenseitige Jupitermondverfinsterungen

Im kleinen Fernrohr können die Verfinsterungen mit Helligkeitsschätzungen ähnlich der Beobachtung Veränderlicher Sterne (z.B. eines Bedeckungsveränderlichen) verfolgt werden. Eine Schätzung etwa alle 30 Sekunden hat sich bewährt. Als Vergleichsobjekte dienen andere Monde bzw. nahe stehende Sterne. Im größeren Fernrohr kann direkt der Schatten eines Mondes auf einem anderen beobachtet werden: siehe die Beobachtung vom 27.Apr.2003.

Liste der Beobachtungen 2002/2003: http://members.aon.at/wolfgang.vollmann/beob_jumo_2003.htm.

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3. Weitere Erscheinungen von Jupitermonden

Der Himmelskalender bietet alljährlich die Termine vieler weiterer Jupitermonderscheinungen an:

Liste der Beobachtungen 2002/2003: http://members.aon.at/wolfgang.vollmann/beob_jumo_2003.htm.

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4. Die Beobachtung der Jupitermonderscheinungen

Nach meinen Erfahrungen sind Durchgänge, Bedeckungen und Schattenvorübergänge am besten zu beobachten, wenn gutes Seeing herrscht und ein größeres Fernrohr mit höherer Vergrößerung benutzt wird. Trotzdem ist der Termin der Erscheinung nicht genauer als auf die Minute zu bestimmen.

Die Durchgänge der inneren Monde Io und Europa sind normalerweise nur zu Beginn und Ende mit einem kleinen Fernrohr zu beobachten. Während des Durchgangs sind diese beiden Monde ziemlich hell und heben sich kaum von den hellen Wolkenzonen Jupiters ab. Im größeren Fernrohr sind aber auch diese Monde bei ruhiger Luft auch im Durchgang zu sehen: so konnte ich z.B. am 16.Apr.2003 um 19h45 MEZ Europa als kleines graues Scheibchen mitten auf Jupiter sehen (45cm Newton, 227x). Die Durchgänge von Ganymed und besonders von Kallisto sind dunkel zu sehen: während des Durchgangs der Kallisto am 27.Apr.2003 konnte ich sie auch in der Scheibenmitte gegen 20h00 MEZ schon im 8cm Refraktor bei 146x deutlich als sehr dunklen Fleck, nicht unähnlich einem Mondschatten, vor der hellen Äquatorzone Jupiters sehen. Im 45cm Newton bei 227-facher Vergrößerung war sie nicht völlig schwarz wie ein Mondschatten, sondern ziemlich dunkelgrau sichtbar. Bei der Beobachtung des Durchgangsanfangs bzw. -endes versuche ich immer den ersten Antritt des Mondes an den Jupiterrand, die wahrscheinliche Mitte der Erscheinung und den vollständigen Eintritt zu beobachten und mittele die Termine.

Die Schattenvorübergänge (Sonnenfinsternisse auf Jupiter!) sind auch schon im kleinen Fernrohr ab etwa 50-60-facher Vergrößerung zu beobachten.

Zur Zeitnehmung mit kleinem Fernrohr auch bei unruhiger Luft eignen sich am besten die Verfinsterungen. Der Termin des ersten Erscheinens aus der Verfinsterung läßt sich auf wenige Sekunden genau angeben. Natürlich ist das Erscheinen des ersten Lichtpunkts abhängig von Luftdurchsicht und Himmelsklarheit (je klarer umso früher) und vom Objektivdurchmesser (je größer desto früher). Das läßt sich sehr gut an den Beobachtungen von 1 VE ableiten, die ich zwischen 0,9 und 1,8 Minuten vor dem berechneten Termin beobachten konnte. Bei einem 8 bzw. 10cm Fernrohr (sicher vergleichbar) beobachtete ich das Erscheinen zwischen 0,9 und 1,4 Minuten vor dem berechneten Termin, im Mittel 1,2 Minuten plus/minus 0,2 Minuten früher. Die eine Beobachtung mit dem größeren 45cm Spiegel erlaubte das Erscheinen bereits 1,8 Minuten vor der Rechnung zu sehen.

Unter Einbeziehung von Durchsicht und Fernrohr läßt sich das Verfinsterungsende auf 10 Sekunden genau angeben. Die beobachtete Verfrühung gegenüber der Rechnung ist übrigens nicht verwunderlich: die Rechnung gibt an, wann der Mond bereits halb beleuchtet aus dem Jupiterschatten kommt; dieser Termin ist nicht beobachtbar. Sichtbar ist das erste Auftauchen aus dem Jupiterschatten, das natürlich früher erfolgt.

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5. Die Lichtgeschwindigkeit

Im 17. Jahrhundert versuchte man die Verfinsterungstermine der Jupitermonde für die Bestimmung der geographischen Länge auf See heranzuziehen und machte deshalb lange Beobachtungsreihen dieser Erscheinungen. Der dänische Astronom Ole Römer (auch Olaus Romer) machte 1675 die Bemerkung, daß die beobachteten Termine Finsternisse zwar zu Zeiten der Quadratur Jupiters mit der Sonne gut mit der Rechnung übereinstimmten, zur Zeit der Opposition aber früher und zur Konjunktion später eintraten. In der Konjunktion Jupiters sind wir einen ganzen Erdbahndurchmesser weiter von Jupiter entfernt als zur Opposition. Römer erklärte diesen Effekt damit, daß das Licht eine zwar hohe aber endliche Geschwindigkeit hat und ermittelte sie zu 227.000 km/s. Da ich fünf Termine eines Verfinsterungsendes von Mond 1 beobachtet habe, reizte es mich, die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit durch Römer nachzuvollziehen.

Die erste Beobachtung von 1 VE gelang mir am 26.Feb.2003 um 21h33m35s MEZ, die bisher letzte am 29.Apr.2003 um 20h20m01s. Wenn ich vom ersten Termin mit der mittleren synodischen Umlaufzeit von Io von 1,76986 Tagen (das sind 152.916 Sekunden) 35 Io-Umläufe weiterrechne, erhalte ich ein Verfinsterungsende am 29.Apr. um 20h14m32s MEZ. Beobachtet wurde das Verfinsterungsende aber 5m29s später! Der Unterschied entsteht durch die Laufzeit des Lichts, da Jupiter am 26.Feb. 4,4243 AE, am 29. Apr. aber bereits 5,2439 AE entfernt war. Der Unterschied beträgt 0,8196 AE, das sind 122,6 Millionen Kilometer. Für diese Strecke brauchte das Licht 5m29s, also läßt sich die Lichtgeschwindigkeit zu 372.000 Kilometer pro Sekunde ableiten -- in der richtigen Größenordnung!

Das Ergebnis ist sehr empfindlich auf einen Fehler in der synodischen Umlaufzeit: ein Fehler von nur 0,00001 Tagen (etwas weniger als eine Sekunde) wirkt sich stark aus: das Ergebnis verändert sich um ca. 10%:


Mein Respekt für das Ergebnis von Römer hat dadurch jedenfalls noch zugenommen!

Angeregt zu dieser Überlegung wurde ich durch das Buch von Schlosser/Schmidt-Kaler, Astronomische Musterversuche [Lit.2]. Dem Buch ist auch die synodische Umlaufzeit der Io entnommen. Eine weitere Beobachtungsaufgabe wäre, auch die noch zu bestimmen!

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6. Seltene Jupitermonderscheinungen

Jupiter ohne Monde:

Am 27.Aug.1997 war Jupiter von 22h37m bis 22h54m MEZ ohne Monde sichtbar: Io und Ganymed waren bedeckt, Europa im Durchgang und Kallisto in der Verfinsterung. Ich beobachtete zu dieser Zeit und habe im Sternenboten 10/1997 darüber berichtet. Die nächste derartige Gelegenheit bietet sich am 22.Mai 2008 von 4h50m bis 5h09m; die Sonne ist in Österreich zu diesem Zeitpunkt allerdings bereits aufgegangen. Näheres dazu bietet das sehr empfehlenswerte Buch von Jean Meeus, "Mathematical Astronomy Morsels" [Lit.6].

Drei Mondschatten auf Jupiter:

Es kommt öfters vor, daß gleich zwei Mondschatten auf Jupiter sichtbar sind. Drei Mondschatten auf Jupiter sind allerdings eine Seltenheit: die nächste solche Gelegenheit ist von Österreich aus beobachtbar und bietet sich am 12.Okt.2013 wenn ab 5h30m MEZ Io, Europa und Kallisto ihre Schatten auf Jupiter werfen. Näheres findet man im Buch von Meeus [Lit.6].

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7. Literatur

  1. Cambridge Illustrated History Astronomy. edited by Michael Hoskin. Cambridge University Press 1997.
  2. Schlosser/Schmidt-Kaler, Astronomische Musterversuche, Hirschgraben-Verlag, Frankfurt 1981
  3. Smutek, Herbert: Verfinsterungen und Bedeckungen der Galilei'schen Jupitermonde. In: Seminarpapiere 1999
  4. Smutek, Herbert: Die Bewegung der Galilei'schen Jupitermonde: Interessante Erscheinungen und Amateurprogramm des Österr.Astronom.Vereins. In: Sternenbote 3/1983
  5. Smutek, Herbert: Gegenseitige Bedeckungen und Verfinsterungen der Galilei'schen Jupitermonde. In: Sternenbote 7/1985
  6. Meeus, Jean: Mathematical Astronomy Morsels. Willmann-Bell, Richmond 1997.
  7. Meeus, Jean: Mutual Events of Jupiter's Moons. Sky & Telescope Dec.2002, p100.

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