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Thema: Jupiter: Zwölf neue Monde des Gasriesen entdeckt

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  1. #1

    Standard Jupiter: Zwölf neue Monde des Gasriesen entdeckt

    Astronomen haben zwölf neue Monde von Jupiter entdeckt. Der Gasriese galt bislang schon als Planet mit den meisten bekannten Monden und hat mit nunmehr 79 erfassten Trabanten diese Stellung noch einmal deutlich ausgebaut. Die Monde sind sehr klein und umkreisen den Planeten in großem Abstand. Gesucht hatten die Astronomen eigentlich nach weit entfernteren Objekten. (17. Juli 2018)

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  2. #2
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    Irgendwann wird man sich überlegen müssen, wie man die kleinsten Monde von den grössten Ringteilchen abgrenzt...
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  3. #3
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    Fragen wir die IAU. Die führt dann bestimmt die Kategorie Zwergmond und Riesenpartikel ein. Wenn zwei Riesenpartikel verklumpen, ist das dann ein Zwergmond.

  4. #4
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    Einleitung


    Hallo zusammen,

    als ich diesen Artikel damals gesehen habe dachte ich mir nur spontan "ach so" und ging dann sofort wieder zur Tagesordnung über. Was interessieren mich diese riesige Menge an Klein-Monden, von denen es vermutlich ohnehin noch sehr viel mehr geben wird ?

    In dieser Einschätzung ist mir entgangen, welch‘ ungemein interessantes Thema hier vorliegt, zumal der Jupiter im Vergleich zu anderen Planeten ein sehr "schönes" Mondsystem hat. Auch wenn ich mich erst seit rund einem Jahr wieder etwas vermehrt mit den Monden unseres Sonnensystems beschäftige, so war das in meiner Kindheit eines der ersten astronomischen Themen, das ich mir angeschaut habe, auch wenn sich dieses "Anschauen" darauf beschränkte, die Namen und die Reihenfolge nach ihrem Abstand vom jeweiligen Mutterplaneten dieser Monde, deren Gesamtzahl damals noch überschaubar war, sowie ihre damals noch unsichere Größe auswendig zu lernen - Raumsonden waren noch keine an ihnen vorbeigeflogen. Vom Jupiter waren 12 Monde bekannt, wobei ich diese mit Ausnahme der großen vier galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto sowie von "Jupiter V", der Amalthea, die diesen Namen offiziell erst im Jahre 1975 von der IAU verliehen bekam, schlicht ignorierte. Sie waren ja auch klein, bis auf die beiden Marsmonde Phobos und Deimos waren alle anderen damals bekannten Monde unseres Sonnensystems deutlich größer.

    Soweit mein persönlicher Bezug.


    Man kann die Monde der vier Gasplaneten unseres Sonnensystems grundsätzlich in 3 Kategorien einteilen:

    1. reguläre Kleinmonde
    2. reguläre Monde
    3. irreguläre Kleinmonde

    Ich fange mit der mittleren Gruppe an, weil diese die massereichsten Monde sind:

    Reguläre Monde
    Beobachtungsmäßig zeichnen sich die regulären Monde dadurch aus, dass sie aufgrund ihrer Größe zuerst entdeckt wurden. Beim Jupiter sind das die vier galileiischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto, wobei die ersten drei in einer 1:2:4-Bahnresonanz zueinander stehen. Die Bilder, die von den beiden Voyager-Sonden im Jahre 1979 gewonnen wurden waren wohl nicht nur für mich überwältigend, vor allem diejenigen der beiden inneren Monde Io und Europa. Im Feldstecher kann man ihren täglichen Tanz um den Jupiter verfolgen, wobei hier sehr hilfreich ist, dass die Rotationsachse des Jupiter kaum zur Ekliptik geneigt ist, so dass die Monde von der Erde aus gesehen fast auf einer Linie stehen und aufgrund ihrer Helligkeit - würde der Jupiter sie nicht überstrahlen könnte man sie von bloßem Auge erkennen - und Nähe zum Jupiter auch einfach von Hintergrundsternen unterschieden werden können.

    Auch wenn die vier galileischen Monde sehr kurze Umlaufzeiten von wenigen Tagen haben, so sind sie vom Jupiter etwas weiter entfernt als der Erdmond von der Erde entfernt ist: Io etwas weiter, Europa ungefähr doppelt so weit, der größte Mond unseres Sonnensystems Ganymed dreimal so weit und Kallisto fünfmal so weit. Es mag ein Zufall sein, dass der größte Saturnmond Titan – immerhin zweitgrößter Mond unseres Sonnensystems, ebenfalls ungefähr dreimal so weit vom Saturn entfernt ist wie der Erdmond von der Erde entfernt ist.

    Von der Größe her sind die beiden inneren galileischen Monde Io und Europa etwa so groß wie der Erdmond und die beiden äußeren galileischen Monde Ganymed und Kallisto etwa so groß wie der Merkur, haben allerdings eine geringere Masse als der Merkur.

    Das kommt von der sogenannten "Eisgrenze", innerhalb der massereichere Monde entstehen. Aufgrund dieser Eisgrenze, die beim Jupiter etwas innerhalb der Umlaufbahn von Ganymed verläuft, standen nur den beiden inneren Monden schwerere Materialien zur Bildung zur Verfügung, die eine höhere Dichte haben, während den beiden äußeren Monden vor allem Wassereis zur Verfügung stand. Das hat zur Folge, dass Io und Europa zwar deutlich kleiner als Ganymed und Kallisto sind, Europa aber nur dreimal masseärmer ist als Ganymed. Io und Kallisto sind ungefähr doppelt so schwer wie die Europa, Io etwas weniger und Kallisto etwas mehr. Sei noch ergänzt, dass Europa zwar als Paradebeispiel für einen Eismond gilt, aber der Anteil des Eises an ihrem Gesamtvolumen verhältnismäßig gering ist und ihr Aufbau eher demjenigen der erdähnlichen Planeten entspricht.

    Mit Ausnahme des Saturnmondes Japetus, der allerdings von allen regulären Monden den größten Abstand von seinem Mutterplaneten aufweist, haben reguläre Monde unseres Sonnensystems die Eigenschaft, dass ihre Bahnen in der Äquatorialebene ihres Mutterplaneten verlaufen. Zudem haben sie beinahe kreisförmige Bahnen.

    Über die Entstehung der regulären Monde herrscht meines Wissens noch kein endgültiger Konsens in der Naturwissenschaft: es zeigt sich, dass die Mondsysteme der großen Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun unseres Sonnensystems sehr ähnlich aufgebaut sind. Fast die gesamte Masse des jeweiligen Mondsystems entfällt auf die großen regulären Monde des Planeten, die über 5000 km groß werden können. Theoretischen Modellen zufolge stammen diese großen regulären Monde aus den Überresten der planetaren Gasscheibe, aus der sich der Mutterplanet gebildet hat, was auch erklärt, warum sie sich in seiner Äquatorialebene bewegen. Solange es noch genügend Material in dieser planetaren Gasscheibe gab, wurden die Monde ab einer bestimmten Größe abgebremst und sind auf ihren Mutterplaneten abgestürzt, während sich neue Monde gebildet haben. Erst als das Material der planetaren Gasscheibe aufgebraucht war wurden die Monde nicht mehr abgebremst und befinden sich in den heute beobachtbaren Umlaufbahnen. Im Rahmen dieser theoretischen Modelle schätzt man, dass die vier großen Jupitermonde die fünfte Generation solcher großen regulären Monde sind.

    Auch wenn dieses Modell viele Eigenschaften der Mondsysteme korrekt beschreiben kann, so ist es nicht unumstritten und andere Modelle sehen eine weniger dramatische Entstehungsgeschichte vor. Gemäß dieser Modelle bildeten sich die ersten Protomonde aus der planetaren Gasscheibe zu einem Zeitpunkt, als die Planetenbildung noch nicht abgeschlossen war und sich in der solaren Gasscheibe, das ist das Material, das bei der Entstehung der Sonne übriggeblieben ist und aus dem sich die Planeten, die Planetoiden und die Kometen gebildet haben, noch zahlreiche Protoplaneten befanden. Protoplaneten und Protomonde bewegten sich untereinander auf sehr ähnlichen Umlaufbahnen, so dass es öfters zu Zusammenstößen kam. Aufgrund ihrer ähnlichen Umlaufbahnen handelt es sich dabei aber in der Regel nicht um zerstörerische Kollisionen, sondern um sanfte schwerkraftbedingte Aneinanderlagerungen, bei der dann nach und nach größere Körper gebildet werden. Dabei kann natürlich auch ein solcher Protomond in die Nähe seines noch wachsenden Mutterplaneten gelangen und sich ihm anlagern.


    Reguläre Klein-Monde
    Innerhalb der Umlaufbahnen der großen regulären Monde befinden sich in allen diesen Planetensystemen noch weitere reguläre Kleinmonde, deren Ursprung ebenfalls noch nicht völlig verstanden ist. Mit Ausnahme des knapp 200 km großen Jupitermondes Amalthea wurden diese regulären Kleinmonde erst beim Vorbeiflug von Raumsonden entdeckt; so wurden beim Jupiter-Vorbeiflug der beiden Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 im Jahre 1979 die Metis, die Adrastea und die Thebe entdeckt, die ebenso wie die Amalthea den Jupiter innerhalb der Bahn des ersten Galileischen Jupitermondes Io umlaufen. Sie sind reguläre Kleinmonde des Jupiter, das heißt, dass ihre Umlaufbahnen wie diejenigen der großen Galileischen Jupitermonde ebenfalls fast kreisförmig sind und in der Äquatorialebene des Jupiters verlaufen. Die Thebe ist immerhin ungefähr 100 km groß. - Man vermutet, dass es sich bei ihnen um eingefangene Planetoiden oder um Trümmer, die bei der Mondentstehung übrig geblieben sind, handelt. Aufgrund der starken Gezeitenkräfte in der Nähe des Jupiter wurden im Verlaufe der Zeit ihre Umlaufbahnen auf fast kreisförmige Bahnen in der Äquatorialebene ihres Mutterplaneten angepasst.


    Irreguläre Kleinmonde
    Außerhalb der Umlaufbahnen der großen regulären Monde befinden sich in allen diesen Planetensystemen zahlreiche irreguläre Kleinmonde, von denen die Mehrzahl auf rückläufigen Bahnen ihren Mutterplaneten umlaufen. Das entspricht auch den Modellen, die gezeigt haben, dass bei besonders großen Abständen vom Mutterplaneten rückläufige Umlaufbahnen etwas stabiler als normalläufige Umlaufbahnen sind. Der große Neptunmond Triton wird üblicherweise nicht zu den irregulären Monden gezählt, sondern einer eigenen Kategorie zugerechnet.

    Sieben Jahre nach der Entdeckung des fünften Jupitermondes Amalthea wurde im Jahre 1899 der Saturnmond Phoebe entdeckt, die etwa gleich groß ist. Während die Amalthea ein regulärer Kleinmond ist, die immerhin fast 200 km im Durchmesser aufweist und deren Bahn innerhalb der Bahn des innersten großen Jupitermondes Io verläuft, ist die Phoebe rückläufig und umläuft den Saturn in großem Abstand von 30-fachem Mondabstand von der Erde, das ist ungefähr ein Viertel Merkurabstand von der Sonne. Sie ist ein irregulärer Mond. Im Jahre 1949 wurde der irreguläre Neptunmond Nereid entdeckt, der rund 350 km groß ist und wenn man den Neptunmond Triton nicht mitzählt der größte irreguläre Mond unseres Sonnensystems ist. Allerdings muss man beim Neptunsystem etwas vorsichtig sein, da der Einfang des großen Neptunmondes Triton, der immerhin ungefähr 3/4 so groß wie der Erdmond ist, das übrige Neptunsystem völlig durcheinander gewirbelt haben dürfte, was man auch daran erkennen kann, dass der Neptun mit Protheus nur noch einen regulären Mond hat, der überdies am unteren Masse-Ende regulärer Monde angesiedelt ist. Hierfür spricht auch der Umstand, dass die Umlaufbahn der Nereid eine ungewöhnlich hohe Exzentrizität aufweist.


    Im nächsten Beitrag werde ich etwas über irreguläre Monde schreiben.


    Freundliche Grüße, Ralf

  5. #5
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    Standard

    Die irregulären Monde des Jupiter
    In die Zeit der Entdeckung der beiden größten bekannten irregulären Monde unseres Sonnensystems fällt auch die Entdeckung der ersten irregulären Jupitermonde.

    Nur fünf Jahre nach der Entdeckung des irregulären retrograden Saturnmondes Phoebe gelang im Jahre 1904 die Entdeckung des den Jupiter ebenfalls in sehr großem Abstand von 30-fachem Mondabstand von der Erde umlaufenden Mondes Himalia, die etwas kleiner ist als der Jupitermond Amalthea. Die Himalia ist der sechstgrößte Mond des Riesenplaneten und ihre Masse ist wegen ihrer größeren Dichte etwa dreimal größer als diejenige der Amalthea. - Schon ein Jahr später wurde auf einer sehr ähnlichen Umlaufbahn ein weiterer irregulärer Jupitermond entdeckt, der etwa halb so groß ist, das ist der Jupitermond Elara. Obwohl ihr Volumen rund zehnmal kleiner als dasjenige der Amalthea ist, ist ihre Masse doch halb so groß. Beide haben prograde Umlaufbahnen, die um 30 Grad zur Äquatorialebene des Jupiter geneigt sind. Zwar ist die Zahl der retrograden Jupitermonde deutlich größer als die Zahl der prograden Jupitermonde, doch sieht die Massebilanz völlig anders aus: schon der zweitgrößte irreguläre Jupitermond Elara hat etwa gleich viel Masse wie alle bekannten nachfolgenden irregulären Jupitermonde zusammen. Und der massereichste irreguläre Jupitermond Himalia ist fast achtmal schwerer als die Elara. Die Himalia und die Elara benötigen übrigens fast 9 Monate für einen Jupiterumlauf.

    Nochmals drei Jahre später wurde im Jahre 1908 der Jupitermond Pasiphae entdeckt, der im Gegensatz zur Himalia und Elara zur äußeren Gruppe der irregulären Jupitermonde gehört. Sie ist ungefähr 60 km groß und ihre weit entfernte Umlaufbahn in fast halbem Merkurabstand (!!) von der Sonne ist rückläufig. Für einen Jupiterumlauf benötigt sie fast auf den Tag genau 2 Jahre. In dieser Zeit wurde auch noch ein neunter Jupitermond entdeckt, das war im Jahre 1914 die Sinope; sie ist 40 km groß und gehört ebenfalls zur Pasiphae-Gruppe.

    Somit waren bis im Jahre 1915 neun Monde des Riesenplaneten bekannt, nämlich von innen nach außen die Amalthea, die vier Galileischen Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto sowie 4 irreguläre Monde, nämlich zwei der Himalia-Gruppe und zwei der weiter entfernten Pasiphae-Gruppe.

    Im Gegensatz zu den Monden der anderen Planeten hatten diese kleinen Monde mit Ausnahme der Amalthea aber zunächst keine Namen erhalten, sondern wurden in der Reihenfolge ihrer Entdeckungen durchnummeriert. Erste Namensgebungen wurden im Jahre 1955 getätigt, die man in alten Astronomiebüchern noch finden kann. Für die sechst- und siebtentdeckten Jupitermonde Himalia und Elara der Himalia-Gruppe wurden die Namen Hestia und Hera verwendet, für die acht- und neuntentdeckten Jupitermonde Pasiphae und Sinope der Pasiphae-Gruppe die Namen Poseidon und Hades. Bei dieser Namensgebung wurden diese irregulären Monde zunächst nach Geschwistern des Zeus benannt. Damals gab es noch keine Konventionen über die Benennung von Planetenmonden, so dass sie erst im Jahre 1975 ihre neuen offiziellen Namen bekamen. Die neue Konvention sieht Geliebte des Zeus vor, wobei die normal den Jupiter umlaufenden Monde nach Geliebten benannt sind, deren Namen mit einem "a" endet, und die rückläufigen Monde nach Geliebten benannt sind, deren Namen mit einem "e" endet.

    Die meisten irregulären Monde haben keine fast kreisförmigen Umlaufbahnen, sondern umwandern ihren Mutterplaneten auf mäßig elliptischen bis hoch-elliptischen Bahnen. Man vermutet, dass es sich bei diesen irregulären Kleinmonden um eingefangene Planetoiden handelt. Für diese Annahme spricht auch die Beobachtung, dass diese Monde im Gegensatz zu den regulären Monden, die mit Ausnahme des Saturnmondes Hyperion eine gebundene Rotation aufweisen, keine gebundenen Rotationen aufweisen, sondern Rotationsdauern, die für Planetoiden typisch sind.


    Dabei fällt auf, dass die meisten irregulären Kleinmonde in Gruppen auftreten, das bedeutet, dass die meisten dieser Monde sehr ähnliche Umlaufbahnen teilen. Die moderne Forschung bevorzugt zwei Modelle, nämlich zum einen, dass diese Gruppenbildung eine Folge von Kollisionen nach dem Einfang des ursprünglichen Planetoiden ist, wobei festzustellen ist, dass der größte Mond jeder Gruppe nach wie vor fast über die Gesamtmasse des ursprünglichen Planetoiden verfügt. Das andere bevorzugte Modell sieht ein Zerreißen des ursprünglichen Planetoiden während des Einfanges in mehrere Teilkörper vor. Es gibt aber auch Ansätze, dass diese Planetoiden noch als Protoplaneten auf ähnlichen Umlaufbahnen eingefangen wurden und deswegen so ähnliche Umlaufbahnen aufweisen. Eine weitere Möglichkeit ist, dass aus noch unverstandenen Gründen gewisse Umlaufbahnen um einen Mutterplaneten besonders stabil sind und die irregulären Monde im Verlaufe der Zeit auf diese stabilen Bahnen gelangt sind.

    Da die irregulären Kleinmonde so weit vom Jupiter entfernt sind, werden ihre Umlaufbahnen von der Anziehungskraft der Sonne so stark beeinflusst, dass sie keine geschlossenen Umlaufbahnen mehr haben und sich ihre Bahnparameter innerhalb weniger Jahre ändern. Aufgrund des starken Schwerkraft-Einflusses der Sonne gelangen nur wenige Planetoiden als irreguläre Monde auf eine dauerhafte Umlaufbahn um den Jupiter; die meisten von ihnen verlassen sie nach einiger Zeit wieder und werden so wieder zu normalen Planetoiden.

    Bis ins Jahr 1951 waren noch drei weitere irreguläre Jupitermonde entdeckt, von denen die Lysithea (früherer Name Demeter) zur Himalia-Gruppe und die Carme und Ananke (frühere Namen Pan und Adrastea) zur Pasiphae-Gruppe gehören. Sie sind etwa 40 km groß, also ungefähr gleich groß wie die Sinope. Man beachte, dass der Name Adrastea für einen inneren regulären Kleinmond des Jupiter und der Name Pan für einen der Ravioli-Monde des Saturn wiederverwendet wurde. Die übrigen irregulären Jupitermonde sind viel kleiner, einer ist 16 km groß, die übrigen sind kleiner als 10 km im Durchmesser. - Neueren Untersuchungen zufolge kann bzw. muss man die Pasiphae-Gruppe in drei Teilgruppen aufspalten. Es ist übrigens bemerkenswert, dass die Mehrzahl der irregulären Jupitermonde vom amerikanischen Astronomen Scott Sheppard entdeckt wurden, der sich in seiner weiteren Forschungskarriere einen Namen als Entdecker besonders weit entfernter Kuipergürtel-Planetoiden gemacht hat.


    37 der 79 bekannten Jupitermonde weisen Durchmesser von nur 1-2 km auf. Das erinnert uns an den Kometen Shoemaker-Levy 9, der vom Jupiter eingefangen wurde und dabei auf eine so hoch-elliptische Umlaufbahn geriet, dass sich ihr Perijovum, also ihr jupiternächster Punkt, innerhalb des Jupiters befand. In wenigen Tagen wird es 25 Jahre her sein, dass die 23 von der Erde aus beobachtbaren Bruchstücke, in die der Komet beim Einfang von den Gezeitenkräften des Jupiter zerbrochen worden war und die nun wie auf einer Perlenschnur aufgereiht den Jupiter umwandert haben, innerhalb einer Woche auf den Riesenplaneten niedergegangen sind. Die größten dieser Bruchstücke waren ebenfalls etwa 1-2 km groß. Wäre der Jupiter bei gleicher Masse etwas kleiner im Durchmesser, so dass die Bruchstücke am Jupiter vorbeigezogen wären, so wären sie aufgrund ihrer so hoch-elliptischen Bahnen im jupiterfernsten Punkt viel stärker der Schwerkraft der Sonne ausgesetzt gewesen und hätten gemeinsam die Jupiterumlaufbahn wieder verlassen, so dass sie danach als 23 Planetoiden mit sehr ähnlichen Umlaufbahnen um die Sonne gewandet wären.


    Im Jahre 1997 wurden auch um den Planeten Uranus zwei irreguläre Monde entdeckt: Sycorax ist rund 170 km groß und Caliban etwa 72 km. Beide sind rückläufig, Sycorax wie der irreguläre Saturnmond Phoebe und die beiden größten irregulären Jupitermonde Himalia und Elara in 30-fachem Mondabstand von der Erde, Caliban etwas näher in fast 20-fachem Mondabstand von der Erde.

    Auch wenn irreguläre Monde mit retrograden Umlaufbahnen die Mehrzahl bilden, so wechseln sich retrograd und prograd umlaufende irreguläre Monde ab, wenn man die sieben größten irregulären Monde unseres Sonnensystems betrachtet. Dies, wenn man auch den großen Neptunmond Triton berücksichtigt, oder nur den Neptunmond Nereid, oder wegen der turbolenten Szenarien beim Einfang des Triton das Neptunsystem gar nicht berücksichtigt: Triton ist retrograd, Nereid prograd, Phoebe retrograd, Himalia prograd, Sycorax retrograd, Elara prograd und Caliban retrograd.


    Freundliche Grüße, Ralf

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