Beobachtungstipp: Augen auf die Jupitermonde!
Ende August erscheint der Riesenplanet Jupiter am Morgenhimmel. Die neue Beobachtungssaison für den Gasriesen erreicht mit dessen Opposition am 11. Februar 2027 ihren Höhepunkt und endet im darauffolgenden Sommer. Sie ist geprägt durch eine Kantenstellung des Jupitersystems: Am 16. Dezember 2026 steht die Sonne genau über dem Äquator des Gasriesen. Das geschieht nur zweimal pro Jupiterjahr (11,9 Jahre), also etwa alle sechs Erdenjahre. Jupiter hat eine relativ geringe Achsenneigung von 3,13 Grad. Üblicherweise »scheint« die Sonne mal eher von Norden, mal eher von Süden relativ zum Äquator des Gasriesen. Da unser Planet sich aus der Sicht von Jupiter stets in der Nähe der Sonne aufhält, blicken auch wir in dieser Zeit fast direkt auf dessen Äquatorebene (siehe »Bedeckungen und Verfinsterungen«). Der genaue Zeitpunkt, an dem die Erde diese durchläuft, ist der 13. Oktober, mit einer weiteren nahezu perfekten geometrischen Ausrichtung Ende April 2027.
Ebenfalls in der Äquatorebene Jupiters kreisen die vier Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto. Ihre Bahnen sind nur zwischen 0,05 Grad (Io) und 0,5 Grad (Europa) zum Jupiteräquator geneigt. Unser Blick fällt in diesen Monaten also auch auf die Kanten der Mondbahnen, und damit kommt es neben den üblichen Bedeckungen, Durchläufen, Verfinsterungen und Schattenwürfen zwischen den Monden und Jupiter auch zu gegenseitigen Bedeckungen und Schattenwürfen der Monde untereinander. Solche Ereignisse werden manchmal als PHEMU bezeichnet, nach dem französischen Begriff »phénomènes mutuels« (zu Deutsch etwa: gegenseitige Phänomene). Sie finden ungefähr alle sechs Jahre statt und dauern jeweils mehrere Monate bis zu über einem Jahr an. Die derzeitige PHEMU-Saison begann bereits im Mai 2026 und dauert noch bis Mai 2027 an. Sie bietet ein interessantes Betätigungsfeld für visuelle Beobachter und Fotografen.
Dargestellt sind die Bahnen der großen Jupitermonde und die Erdbahn in Schrägansicht. Befinden sich zwei Monde von der Erde aus betrachtet auf einer Sichtlinie, sehen wir eine Bedeckung. Stehen sie stattdessen von der Sonne aus betrachtet auf einer Linie, fällt der Schatten des äußeren Mondes auf den inneren und verfinstert diesen. Bedeckungen und Verfinsterungen sind nur dann für uns sichtbar, wenn die Monde zur fraglichen Zeit nahe den Bahnebenen von Erde und Jupiter stehen.
Mondtango und Schattenspiel
Grundsätzlich treten zwei Arten von PHEMU auf: Bedeckungen und Verfinsterungen. Bei einer gegenseitigen Bedeckung zieht ein Mond aus Sicht der Erde vor einem anderen vorbei. Dabei kann es zu einer dezentralen (partiellen) oder zentralen Bedeckung kommen. Letztere kann total oder ringförmig sein, je nachdem, ob der bedeckende Mond größer als der bedeckte ist. Drei gut beobachtbare zentrale Bedeckungen ergeben sich am 15. Oktober sowie am 13. und am 20. Dezember. In allen drei Fällen ist der bedeckende Mond Europa, der kleinste der Galileischen Monde, sodass alle drei Ereignisse ringförmig ausfallen. Alle übrigen verlaufen partiell.
Bei mäßiger Luftunruhe, unter Verwendung eines kleinen Teleskops mit geringer bis mittlerer Vergrößerung, erscheinen die Jupitermonde als mehr oder weniger ruhig leuchtende, sternähnliche Lichtpunkte. Ihre scheinbaren Helligkeiten erreichen um die Opposition Werte von 5,2 mag (Io), 5,4 mag (Europa), 4,6 mag (Ganymed) und 5,8 mag (Kallisto). Während einer Bedeckung nähern sich zwei dieser Punkte zunächst an und scheinen Minuten vor dem eigentlichen Ereignis zu einem einzigen zu verschmelzen (siehe »Verschmelzende Begleiter«). Dabei reduziert sich die Helligkeit des kombinierten Lichtpunkts, da ein Teil der reflektierenden Oberfläche des aus unserer Sicht weiter entfernten Mondes verdeckt wird. Die Helligkeitsabnahme hängt im Wesentlichen vom Anteil der bedeckten Oberfläche ab und ist bei zentralen Bedeckungen am höchsten. Sie liegt bei den drei genannten Ereignissen im Bereich von 0,2 bis 0,3 mag. Das ist also fotografisch leicht messbar, visuell aber nur für geübte Beobachter zu erkennen.
Am 9. September 2009 zwischen 00:15 und 00:45 MESZ zog der Jupitermond Io innerhalb weniger Minuten vor Europa vorüber: Io ist im oberen Bildbereich der linke, hellere, Lichpunkt, unten der rechte der beiden. Die Aufnahmen erfolgten am 20-Zentimeter-Refraktor der Sternwarte Aachen mit einem Schwarz-Weiß-Videomodul und einem Infrarotpassfilter. Für jedes Bild der Serie wurden je fünf Prozent von 400 Einzelbelichtungen manuell ausgewählt und anschließend zu einem Summenbild kombiniert. Zwischen den dargestellten Bildern lagen jeweils rund drei Minuten.
Die Illustration zeigt, wie Ganymed aus Sicht der Erde am Morgen des 17. Dezember den innersten Jupitermond Io partiell bedeckt. Das Ereignis spielt sich unmittelbar vor der Jupiterscheibe ab. Da sich die Gesamthelligkeit des Mondpaares dabei nur wenig ändert, ist die Bedeckung aber visuell nur schwer zu beobachten. Auf der Jupiteroberfläche zieht währenddessen der Schatten von Io durch die Szenerie. Er löst beinahe nahtlos jenen von Ganymed ab, der um 05:55 Uhr an der schmalen, unbeleuchteten Seite verschwindet.
Bei sehr ruhiger Luft sind hohe Vergrößerungen möglich. Dann lassen sich auch die Jupitermonde als kleine Scheiben erkennen. In Oppositionsnähe erreichen ihre scheinbaren Winkeldurchmesser 1,2 (Io), 1,0 (Europa), 1,8 (Ganymed) und 1,6 (Kallisto) Bogensekunden; außerhalb dieser Zeit erscheinen sie kleiner. Bei partiellen Bedeckungen lassen sich kurzzeitig auch keulenförmige »Doppelmonde« wahrnehmen, wenn die beteiligten Himmelskörper scheinbar überlappend aneinander vorbeiziehen. Bei einer totalen Bedeckung verschwindet einer der beiden Monde vollständig, während eine ringförmige Bedeckung visuell nicht zu erkennen, aber eine reizende Herausforderung für versierte Planetenfotografen ist! Schwierig zu sehen, aber fotografisch interessant ist auch die partielle Bedeckung Ios durch Ganymed am frühen Morgen des 17. Dezember. Sie ereignet sich genau vor der Jupiterscheibe (siehe »Vor großer Kulisse«).
Highlight am Silvesterabend
Eine gegenseitige Verfinsterung ist im Grunde eine Mondfinsternis im Jupitersystem: Ein Mond tritt in den Schatten eines zweiten. Auch hier gibt es partielle, totale und ringförmige Ereignisse. Damit es zu einer totalen Verfinsterung kommen kann, muss der verfinsternde Mond nicht nur der größere sein, auch der Abstand zwischen beiden darf nicht zu groß werden. Leider kommt es während der gesamten PHEMU-Saison zu keiner wirklich totalen Jupitermondfinsternis.
Nur einmal stimmen die Verhältnisse fast: Am Silvesterabend tritt Io zu 98 Prozent in den Schatten Ganymeds (siehe »Spektakulärer Jahresabschluss«). Seine Helligkeit fällt innerhalb von sieben Minuten von 5,6 auf 9,8 mag ab. In kleineren Teleskopen verschwindet Io damit vollständig! Die Silvesterverfinsterung von Io ist unbestritten ein Highlight der Saison. Zu weiteren gut beobachtbaren Verfinsterungen mit Helligkeitsverlusten von mehr als zwei Größenklassen kommt es nur wenige Stunden zuvor am Morgen des 31. Dezember sowie gut zwei Wochen später am 15. Januar 2027.
Kurz vor Mitternacht am 31. Dezember tritt Io nahezu vollständig in den Schatten Ganymeds, des größten der Galileischen Monde. Die Verfinsterung bietet ausreichend Zeit für eine sorgfältige Beobachtung. Die Illustration zeigt die Position der Jupitermonde sowie den möglichen Verlauf der Verfinsterung Ios durch Ganymed.
Mit größeren Teleskopen lassen sich die Trabanten des Riesenplaneten als kleine Scheiben erkennen, und bei gegenseitigen Verfinsterungen zeigen sich die partiellen Phasen. So konnte Ralf Gerstheimer am 18. März 2003 anhand von Videoaufnahmen durch ein Newton-Teleskop mit 30 Zentimeter Öffnung verfolgen, wie Ganymed in den Schatten Europas eintauchte.
In den meisten Fällen machen sich Verfinsterungen im Teleskop nur durch die Helligkeitsvariation des verdunkelten Mondes bemerkbar. Während diese bei zentralen Ereignissen bedeutend ausfallen kann, bleiben sie bei partiellen oder streifenden Verfinsterungen häufig an oder unterhalb der Wahrnehmungsgrenze. Nur bei außergewöhnlich ruhiger Luft und ab etwa 400-facher Vergrößerung lässt sich ein partiell verfinsterter Mond als winziges »angebissenes« Scheibchen, als schmale Sichel oder – bei einer ringförmigen Verfinsterung – sogar als dunkles »Loch« erkennen (siehe »Europa verfinstert Ganymed«). Solche Beobachtungen sind herausfordernd, bei Erfolg aber unvergesslich.
Elefantenrennen auf der Orbitalautobahn
Die Dauer von PHEMU-Ereignissen variiert stark – von weniger als fünf Minuten bei einem streifenden Ereignis bis zu deutlich über einer Stunde. Besonders lange Bedeckungen oder Verfinsterungen treten auf, wenn sich die betreffenden Monde in dieselbe Richtung bewegen oder wenn die scheinbare Begegnung nahe den östlichen oder westlichen Umkehrpunkten ihrer Bahnen stattfindet. In der Nacht vom 6. auf den 7. Dezember treten diese beiden Fälle in kurzer Folge auf (siehe »Elefantenrennen am Himmel«): Zunächst zieht der kleinere Mond Europa ab 22:51 Uhr MEZ sehr langsam vor Ganymed vorbei, während sich beide Monde nach Osten bewegen. Am folgenden Morgen nähert sich Europa seinem östlichen Umkehrpunkt. Seine Geschwindigkeitskomponente in der Himmelsebene nimmt ab, sodass nun der weiter außen, aus Erdsicht hinter ihm kreisende Mond Ganymed seinerseits überholt und ab 05:56 Uhr abermals partiell von Europa bedeckt wird. Das Ergebnis erinnert an ein Elefantenrennen zweier Lastkraftwagen auf der Autobahn: Die Überholvorgänge und Bedeckungen dauern ganze 75 und 57 Minuten und sind die längsten Ereignisse der gesamten Saison.
In der Nacht vom 6. auf den 7. Dezember kommt es zu einer Begegnung der besonderen Art: Aufgrund der Bahngeometrie bedeckt der Jupitermond Europa den größeren Ganymed innerhalb kurzer Zeit gleich zweimal. Die Illustration zeigt beide Monde am 6. Dezember um 22:00 Uhr MEZ sowie den scheinbaren Pfad Europas im Referenzsystem Ganymeds. Die angegebenen Zeiten für die Bedeckungen beziehen sich auf den jeweiligen Beginn des Ereignisses.
Während der PHEMU-Saison im Jahr 2026 und 2027 treten zahlreiche gut beobachtbare gegenseitige Bedeckungen und Verfinsterungen der vier großen Galileischen Monde auf. Dabei hilft, dass die Tagundnachtgleiche, das Äquinoktium, zeitlich weit von der Konjunktion Jupiters entfernt liegt. Auch findet dessen Opposition im Februar 2027 im Sternbild Löwe statt, also recht weit nördlich auf der Ekliptik. Dadurch lassen sich zahlreiche Ereignisse bei hohen Planetenständen verfolgen.
Diese weit bessere Ausgangssituation im Vergleich zur letzten Jupiter-Tagundnachtgleiche im Jahr 2021 sorgt für eine lange Liste interessanter und gut beobachtbarer PHEMU-Ereignisse. Die Tabelle enthält dabei nur die Highlights der Saison: Kaum wahrnehmbare streifende Verfinsterungen sowie solche, die in der hellen Dämmerung stattfinden, wurden nicht berücksichtigt, ebenso alle Fälle, in denen Jupiter ungünstig tief steht. Eine vollständige Liste kann auf der Website des Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) berechnet werden. Schließlich kommt es auch zu zahlreichen engen Begegnungen der Monde ohne gegenseitige Bedeckung, die jedoch zu häufig sind, um einzeln aufgeführt zu werden. Die Redaktion freut sich über Ihre Leserbilder.
Die Ereignisse im Überblick
Die Tabelle listet alle für eine erfolgreiche Beobachtung wichtigen Daten der gegenseitigen Bedeckungen und Verfinsterungen der Galileischen Jupitermonde auf. Neben dem Datum und der Uhrzeit für den Beginn sowie der Dauer sind der jeweilige Ereignistyp (Bedeckung oder Verfinsterung) und die daran beteiligten Monde vermerkt. Beispielsweise bedeutet »Io verfinstert Ganymed«, dass der Mond Ganymed in den Schatten von Io tritt.
Für den Fall einer Verfinsterung gibt die Spalte Δm den zu erwartenden Helligkeitsverlust in Magnituden (mag) an. Anhand der in den Spalten hPlanet und hSonne angegebenen Horizonthöhen von Jupiter und Sonne lässt sich abschätzen, wie gut ein bestimmtes Ereignis in Mitteleuropa zu beobachten ist: Je höher Jupiter zur fraglichen Zeit über der Horizontlinie und je tiefer die Sonne darunter steht, desto besser. Die entsprechenden Werte beziehen sich auf den Verfinsterungs- beziehungsweise Bedeckungsbeginn. Sie gelten exakt für Heidelberg; für andere Orte können die Höhenangaben um mehrere Grad abweichen. Besondere Ereignisse mit Helligkeitseinbußen von mehr als einer Magnitude oder einer Dauer von mehr als 30 Minuten sind fett dargestellt.
Allgemein können Bedeckungen und Verfinsterungen total, ringförmig oder partiell ausfallen. Diese Unterschiede drückt der sogenannte Impaktfaktor aus: Ein Wert von null entspricht einem zentralen Durchlauf des Schattens über den verfinsterten Mond hinweg oder einer zentralen Bedeckung. Ein Wert von eins beschreibt ein exakt streifendes Ereignis. Besonders bei Verfinsterungen ist ein möglichst kleiner Impaktfaktor wichtig. Wäre er größer als eins, würde ein Mond in den Halbschatten des anderen eintauchen. Solche Halbschattenfinsternisse von Jupitermonden lassen sich jedoch von der Erde aus nicht wahrnehmen.
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.