Вражаючі масштаби юпітера. сонячна система

Юпітер - п'ята планета від Сонця, найбільша у Сонячній системі. Поряд із Сатурном, Ураном та Нептуном Юпітер класифікується як газовий гігант.

Планета була відома людям з давнину, що знайшло своє відображення в міфології та релігійних віруваннях різних культур: месопотамської, вавілонської, грецької та інших. Сучасна назва Юпітера походить від імені давньоримського верховного бога-громовержця.

Ряд атмосферних явищ на Юпітері - такі, як шторми, блискавки, полярні сяйва - мають масштаби, що на порядки перевершують земні. Примітною освітою в атмосфері є Велика червона пляма – гігантський шторм, відомий із XVII століття.

Юпітер має, принаймні, 67 супутників, найбільші з яких – Іо, Європа, Ганімед та Каллісто – були відкриті Галілео Галілеєм у 1610 році.

Дослідження Юпітера проводяться за допомогою наземних та орбітальних телескопів; з 1970-х років до планети було відправлено 8 міжпланетних апаратів НАСА: "Піонери", "Вояджери", "Галілео" та інші.

Під час великих протистоянь (одне з яких відбувалося у вересні 2010 року) Юпітер видно неозброєним оком як один із найяскравіших об'єктів на нічному небосхилі після Місяця та Венери. Диск та супутники Юпітера є популярними об'єктами спостереження для астрономів-аматорів, які зробили низку відкриттів (наприклад, комети Шумейкерів-Леві, яка зіткнулася з Юпітером у 1994 році, або зникнення Південного екваторіального поясу Юпітера у 2010 році).

Оптичний діапазон

В інфрачервоній області спектра лежать лінії молекул H2 і He, а також ряд інших елементів. Кількість перших двох несе інформацію про походження планети, а кількісний та якісний склад інших – про її внутрішню еволюцію.

Проте молекули водню і гелію немає дипольного моменту, отже, абсорбційні лінії цих елементів непомітні до того часу, поки поглинання рахунок ударної іонізації стане домінувати. Це з одного боку, з іншого - ці лінії утворюються у верхніх шарах атмосфери і не несуть інформацію про глибші шари. Тому найнадійніші дані щодо великої кількості гелію і водню на Юпітері отримані з апарату «Галілео», що спускається.

Що ж до інших елементів, то за їх аналізі та інтерпретації теж виникають труднощі. Поки що не можна з упевненістю сказати, які процеси відбуваються в атмосфері Юпітера і наскільки сильно вони впливають на хімічний склад - як у внутрішніх областях, так і зовнішніх шарах. Це створює певні труднощі за більш детальної інтерпретації спектра. Однак вважається, що всі процеси, здатні тим чи іншим чином впливати на велику кількість елементів, локальні і сильно обмежені, так що вони не здатні глобально змінити розподіл речовини.

Також Юпітер випромінює (переважно в інфрачервоній області спектра) на 60% більше енергії, ніж отримує від Сонця. За рахунок процесів, що призводять до вироблення цієї енергії, Юпітер зменшується приблизно на 2 см на рік.

Гамма-діапазон

Випромінювання Юпітера в гамма-діапазоні пов'язане з полярним сяйвом, а також із випромінюванням диска. Вперше зареєстровано у 1979 році космічною лабораторією імені Ейнштейна.

На Землі області полярних сяйв у рентгені та ультрафіолеті практично збігаються, однак на Юпітері це не так. Область рентгенівських полярних сяйв розташована набагато ближче до полюса, ніж ультрафіолетових. Ранні спостереження виявили пульсацію випромінювання з періодом 40 хвилин, проте, у пізніших спостереженнях ця залежність проявляється набагато гірше.

Очікувалося, що рентгенівський спектр авроральних сяйв на Юпітері схожий на рентгенівський спектр комет, однак, як показали спостереження на Chandra, це не так. Спектр складається з емісійних ліній з піками у кисневих ліній поблизу 650 еВ, у OVIII ліній при 653 еВ та 774 еВ, а також у OVII на 561 еВ та 666 еВ. Існують також лінії випромінювання при більш низьких енергіях спектральної області від 250 до 350 еВ, можливо, вони належать сірці або вуглецю.

Гамма-випромінювання, не пов'язане з полярним сяйвом, вперше було виявлено під час спостережень на ROSAT у 1997 році. Спектр схожий на спектр полярних сяйв, але в районі 0,7-0,8 кеВ. Особливості спектру добре описуються моделлю корональної плазми з температурою 0,4-0,5 кеВ із сонячною металевістю, з додаванням емісійних ліній Mg10+ та Si12+. Існування останніх, можливо, пов'язане із сонячною активністю у жовтні-листопаді 2003 року.

Спостереження космічної обсерваторії XMM-Newton показали, що випромінювання диска в гамма-спектрі – це відбите сонячне рентгенівське випромінювання. На відміну від полярних сяйв, жодної періодичності зміни інтенсивності випромінювання масштабах від 10 до 100 хв виявлено був.

Радіоспостереження

Юпітер - найпотужніший (після Сонця) радіоджерело Сонячної системи в дециметровому - метровому діапазонах довжин хвиль. Радіовипромінювання має спорадичний характер і максимум сплеску досягає 10-6.

Сплески відбуваються в діапазоні частот від 5 до 43 МГц (найчастіше близько 18 МГц), в середньому їх ширина становить приблизно 1 МГц. Тривалість сплеску невелика: від 0,1-1 с (іноді до 15 с). Випромінювання сильно поляризоване, особливо по колу, ступінь поляризації досягає 100%. Спостерігається модуляція випромінювання близьким супутником Юпітера Іо, що обертається всередині магнітосфери: ймовірність появи сплеску більша, коли Іо знаходиться поблизу елонгації по відношенню до Юпітера. Монохроматичний характер випромінювання говорить про виділену частоту, швидше за все гірочастоту. Висока температура яскравості (іноді досягає 1015 K) вимагає залучення колективних ефектів (типу мазерів).

Радіовипромінювання Юпітера в міліметровому - короткосантиметровому діапазонах має суто тепловий характер, хоча яскрава температура дещо вища за рівноважну, що передбачає потік тепла з надр. Починаючи з хвиль ~9 см Tb (яскрава температура) зростає - з'являється нетеплова складова, пов'язана із синхротронним випромінюванням релятивістських частинок із середньою енергією ~30 МеВ у магнітному полі Юпітера; на хвилі 70 см Tb досягає значення ~5 · 104 K. Джерело випромінювання розташоване по обидва боки планети у вигляді двох протяжних лопатей, що вказує на магнітосферне походження випромінювання.

Юпітер серед планет Сонячної системи

Маса Юпітера в 2,47 рази перевищує масу інших планет Сонячної системи.

Юпітер – найбільша планета Сонячної системи, газовий гігант. Його екваторіальний радіус дорівнює 71,4 тис. км, що у 11,2 разу перевищує радіус Землі.

Юпітер - єдина планета, у якої центр мас із Сонцем знаходиться поза Сонцем і віддалений від нього приблизно на 7% сонячного радіусу.

Маса Юпітера в 2,47 рази перевищує сумарну масу решти планет Сонячної системи, разом узятих, в 317,8 разів - масу Землі і приблизно в 1000 разів менше маси Сонця. Щільність (1326 кг/м2) приблизно дорівнює щільності Сонця та в 4,16 разів поступається щільності Землі (5515 кг/м2). При цьому сила тяжіння на його поверхні, за яку зазвичай приймають верхній шар хмар, більш ніж у 2,4 рази перевищує земну: тіло, яке має масу, наприклад, 100 кг, важитиме стільки ж, скільки важить тіло масою 240 кг на поверхні Землі. Це відповідає прискоренню вільного падіння 24,79 м/с2 на Юпітері проти 9,80 м/с2 Землі.

Юпітер як «зірка, що не вдалася»

Порівняльні розміри Юпітера та Землі.

Теоретичні моделі показують, що якби маса Юпітера була набагато більшою за його реальну масу, то це призвело б до стиснення планети. Невеликі зміни маси не спричинили б за собою скільки-небудь значних змін радіусу. Однак якби маса Юпітера перевищувала його реальну масу в чотири рази, щільність планети зросла б настільки, що під дією збільшеної гравітації розміри планети сильно зменшилися. Таким чином, мабуть, Юпітер має максимальний діаметр, який могла б мати планета з аналогічною будовою та історією. З подальшим збільшенням маси стиснення тривало до тих пір, поки в процесі формування зірки Юпітер не став би коричневим карликом з масою, що перевершує його нинішню приблизно в 50 разів. Це дає астрономам підстави вважати Юпітер «невдалою зіркою», хоча незрозуміло, чи схожі процеси формування таких планет, як Юпітер, з тими, що призводять до формування подвійних зоряних систем. Хоча для того, щоб стати зіркою, Юпітеру потрібно було бути в 75 разів масивніше, найменший з відомих червоних карликів лише на 30% більше в діаметрі.

Орбіта та обертання

При спостереженнях із Землі під час протистояння Юпітер може досягати видимої зоряної величини -2,94m, це робить його третім за яскравістю об'єктом на нічному небі після Місяця і Венери. При найбільшому видаленні видима величина падає до 1,61m. Відстань між Юпітером та Землею змінюється в межах від 588 до 967 млн ​​км.

Протистояння Юпітера відбуваються з періодом один раз на 13 місяців. 2010 року протистояння планети-гіганта припало на 21 вересня. Раз на 12 років відбуваються великі протистояння Юпітера, коли планета знаходиться біля перигелія своєї орбіти. У цей час його кутовий розмір для спостерігача із Землі досягає 50 кутових секунд, а блиск - яскравіше -2,9m.

Середня відстань між Юпітером та Сонцем становить 778,57 млн ​​км (5,2 а. е.), а період обігу становить 11,86 року. Оскільки ексцентриситет орбіти Юпітера 0,0488, то різниця відстані до Сонця в перигелії та афелії становить 76 млн км.

Основний внесок у обурення руху Юпітера робить Сатурн. Першого роду обурення - вікове, що діє на масштабі ~70 тисяч років, змінюючи екцентриситет орбіти Юпітера від 0,2 до 0,06, а нахил орбіти від ~1° - 2°. Обурення другого роду – резонансне із співвідношенням близьким до 2:5 (з точністю до 5 знаків після коми – 2:4,96666).

Екваторіальна площина планети близька до площині її орбіти (нахил осі обертання становить 3,13° проти 23,45° для Землі), тому Юпітер не буває зміни пір року.

Юпітер обертається навколо своєї осі швидше ніж будь-яка інша планета Сонячної системи. Період обертання у екватора – 9 год. 50 хв. 30 сек., але в середніх широтах - 9 год. 55 хв. 40 сек. Через швидке обертання екваторіальний радіус Юпітера (71492 км) більший за полярний (66854 км) на 6,49 %; таким чином, стиск планети становить (1:51,4).

Гіпотези про існування життя в атмосфері Юпітера

В даний час наявність життя на Юпітері є малоймовірною: низька концентрація води в атмосфері, відсутність твердої поверхні і т. д. Однак ще в 1970-х роках американський астроном Карл Саган висловлювався з приводу можливості існування у верхніх шарах атмосфери Юпітера життя на основі аміаку. Слід зазначити, що навіть на невеликій глибині в юпітеріанській атмосфері температура і щільність досить високі, і можливість принаймні хімічної еволюції виключати не можна, оскільки швидкість та ймовірність перебігу хімічних реакцій сприяють цьому. Однак можливе існування на Юпітері та водно-вуглеводневому житті: у шарі атмосфери, що містить хмари з водяної пари, температура та тиск також дуже сприятливі. Карл Саган спільно з Е. Е. Солпітером, зробивши обчислення в рамках законів хімії та фізики, описали три уявні форми життя, які можуть існувати в атмосфері Юпітера:

Хімічний склад

Хімічний склад внутрішніх верств Юпітера неможливо визначити сучасними методами спостережень, проте велика кількість елементів у зовнішніх шарах атмосфери відома з відносно високою точністю, оскільки зовнішні шари безпосередньо досліджувалися апаратом «Галілео», що спускався в атмосферу 7 грудня 1995 року. Два основних компоненти атмосфери Юпітера – молекулярний водень та гелій. Атмосфера містить також чимало простих сполук, наприклад воду, метан (CH4), сірководень (H2S), аміак (NH3) і фосфін (PH3). Їх кількість у глибокій (нижче 10 бар) тропосфері має на увазі, що атмосфера Юпітера багата вуглецем, азотом, сіркою і, можливо, киснем за фактором 2-4 щодо Сонця.

Інші хімічні сполуки, арсин (AsH3) та герман (GeH4), присутні, але у незначних кількостях.

Концентрація інертних газів, аргону, криптону та ксенону перевищує їх кількість на Сонці (див. таблицю), а концентрація неону явно менша. Є незначна кількість простих вуглеводнів: етану, ацетилену та діацетилену, - які формуються під впливом сонячної ультрафіолетової радіації та заряджених частинок, що прибувають з магнітосфери Юпітера. Діоксид вуглецю, моноксид вуглецю і вода у верхній частині атмосфери, як вважають, своєю присутністю зобов'язані зіткненням з атмосферою Юпітера комет, таких, наприклад, як комета Шумейкер-Леві 9. Вода не може прибувати з тропосфери, тому що тропопауза, діє , ефективно перешкоджає підняттю води рівня стратосфери.

Червоні варіації кольору Юпітера можуть пояснюватися наявністю сполук фосфору, сірки та вуглецю в атмосфері. Оскільки колір може сильно змінюватись, передбачається, що хімічний склад атмосфери також різний у різних місцях. Наприклад, є «сухі» та «мокрі» області з різним вмістом водяної пари.

Структура

Модель внутрішньої структури Юпітера: під хмарами - шар суміші водню та гелію завтовшки близько 21 тис. км з плавним переходом від газоподібної до рідкої фази, потім - шар рідкого та металевого водню глибиною 30-50 тис. км. Усередині може бути тверде ядро ​​діаметром близько 20 тис. км.

На даний момент найбільшого визнання набула наступна модель внутрішньої будови Юпітера:

1.Атмосфера. Її ділять на три шари:
a. зовнішній шар, що складається з водню;
b. середній шар, що складається з водню (90%) та гелію (10%);
c. нижній шар, що складається з водню, гелію та домішок аміаку, гідросульфату амонію та води, що утворюють три шари хмар:
a. вгорі - хмари з заледенілого аміаку (NH3). Його температура становить близько -145 ° C, тиск - близько 1 атм;
b. нижче - хмари кристалів гідросульфіду амонію (NH4HS);
c. в самому низу - водяний лід і, можливо, рідка водоімовірно, мається на увазі - у вигляді найдрібніших крапель. Тиск у цьому шарі становить близько 1 атм, температура приблизно -130 ° C (143 К). Нижче за цей рівень планета непрозора.
2. Шар металевого водню. Температура цього шару змінюється від 6300 до 21 000 К, а тиск від 200 до 4000 ГПа.
3. Кам'яне ядро.

Побудова цієї моделі заснована на синтезі спостережних даних, застосуванні законів термодинаміки та екстраполяції лабораторних даних про речовину, що знаходиться під високим тиском та за високої температури. Основні припущення, покладені на її основу:

Якщо до цих положень додати закони збереження маси та енергії, вийде система основних рівнянь.

У рамках цієї простої тришарової моделі чіткої межі між основними шарами не існує, однак області фазових переходів невеликі. Отже, можна припустити, що майже всі процеси локалізовані, і це дозволяє кожен шар розглядати окремо.

Атмосфера

Температура у атмосфері не росте монотонно. У ній, як і Землі, можна назвати екзосферу, термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу. У верхніх шарах температура велика; у міру просування углиб тиск зростає, а температура падає до тропопаузи; починаючи з тропопаузи, і температура, і тиск зростають у міру поступу вглиб. На відміну від Землі, на Юпітері немає мезосфери та відповідної їй мезопаузи.

У термосфері Юпітера відбувається багато цікавих процесів: саме тут планета втрачає випромінюванням значну частину свого тепла, саме тут формуються полярні сяйва, саме тут формується іоносфера. За її верхню межу взято рівень тиску 1 нбар. Температура термосфери, що спостерігається, 800-1000 К, і на даний момент цей фактичний матеріал досі не отримав пояснення в рамках сучасних моделей, так як в них температура не повинна бути вище приблизно 400 К. Охолодження Юпітера теж нетривіальний процес: трихатомний іон водню(H3+ ), крім Юпітера знайдений тільки на Землі, викликає сильну емісію в середній інфрачервоній частині спектра на довжинах хвиль між 3 та 5 мкм.

Відповідно до безпосередніх вимірювань апарату, що спускається, верхній рівень непрозорих хмар характеризувався тиском в 1 атмосферу і температурою -107 °C; на глибині 146 км – 22 атмосфери, +153 °C. Також «Галілео» виявив «теплі плями» вздовж екватора. Очевидно, у цих місцях шар зовнішніх хмар тонкий, і можна бачити тепліші внутрішні області.

Під хмарами знаходиться шар глибиною 7-25 тис. км., у якому водень поступово змінює свій стан від газу до рідини зі збільшенням тиску та температури (до 6000 °C). Чіткої межі, що відокремлює газоподібний водень від рідкого, мабуть, не існує. Це може бути приблизно як безперервне кипіння глобального водневого океану.

Шар металевого водню

Металевий водень виникає при великих тисках (близько мільйона атмосфер) та високих температурах, коли кінетична енергія електронів перевищує потенціал іонізації водню. Через війну протони і електрони у ньому існують окремо, тому металевий водень є добрим провідником електрики. Передбачувана товщина шару металевого водню – 42-46 тис. км.

Потужні електроструми, що виникають у цьому шарі, породжують величезне магнітне поле Юпітера. У 2008 році Реймондом Джинлозом з Каліфорнійського університету в Берклі та Ларсом Стіксрудом з Лондонського університетського коледжу було створено модель будівлі Юпітера та Сатурна, згідно з якою в їхніх надрах знаходиться також металевий гелій, що утворює своєрідний сплав із металевим воднем.

Ядро

За допомогою виміряних моментів інерції планети можна оцінити розмір та масу її ядра. На даний момент вважається, що маса ядра – 10 мас Землі, а розмір – 1,5 її діаметра.

Юпітер виділяє значно більше енергії, ніж отримує її від Сонця. Дослідники припускають, що Юпітер має значний запас теплової енергії, що утворився в процесі стиснення матерії при формуванні планети. Колишні моделі внутрішньої будови Юпітера, намагаючись пояснити надмірну енергію, що виділяється планетою, допускали можливість радіоактивного розпаду в її надрах або визволення енергії під час стиснення планети під дією сил тяжіння.

Міжшарові процеси

Локалізувати всі процеси всередині незалежних верств неможливо: необхідно пояснювати нестачу хімічних елементів у атмосфері, надмірне випромінювання тощо.

Відмінність у вмісті гелію у зовнішніх і внутрішніх шарах пояснюють тим, що гелій конденсується в атмосфері і у вигляді крапель потрапляє в більш глибокі області. Це явище нагадує земний дощ, але не з води, та якщо з гелію. Нещодавно було показано, що у цих краплях може розчинятися неон. Тим самим пояснюється і нестача неону.

Рух атмосфери

Анімація обертання Юпітера, створена за фотографіями «Вояджера-1», 1979 р.

Швидкість вітрів на Юпітері може перевищувати 600 км/год. На відміну від Землі, де циркуляція атмосфери відбувається рахунок різниці сонячного нагріву в екваторіальних і полярних областях, на Юпітері вплив сонячної радіації на температурну циркуляцію незначно; головними рушіями є потоки тепла, що йдуть з центру планети, і енергія, що виділяється при швидкому русі Юпітера навколо своєї осі.

Ще за наземними спостереженнями астрономи розділили пояси та зони в атмосфері Юпітера на екваторіальні, тропічні, помірні та полярні. Нагріті маси газів, що піднімаються з глибин атмосфери, в зонах під дією значних на Юпітері коріолісових сил витягуються вздовж меридіанів планети, причому протилежні краї зон рухаються назустріч один одному. На межах зон і поясів (області низхідних потоків) є сильна турбулентність. На північ від екватора потоки в зонах, спрямовані на північ, відхиляються коріолісовими силами на схід, а спрямовані на південь - на захід. У південній півкулі – відповідно, навпаки. Такою структурою Землі мають пасати.

Смуги

Смуги Юпітера в різні роки

Характерною особливістю зовнішнього вигляду Юпітера є його лінії. Існує ряд версій, що пояснюють їхнє походження. Так, за однією з версій, смуги виникали в результаті явища конвекції в атмосфері планети-гіганта - рахунок підігріву, і, як наслідок, підняття одних шарів, і охолодження та опускання вниз інших. Навесні 2010 року вченими було висунуто гіпотезу, згідно з якою смуги на Юпітері виникли внаслідок впливу його супутників. Передбачається, що під впливом тяжіння супутників на Юпітері сформувалися своєрідні «стовпи» речовини, які, обертаючись, і сформували смуги.

Конвективні потоки, що виносять внутрішнє тепло до поверхні, зовні проявляються у вигляді світлих зон та темних поясів. В області світлих зон відзначається підвищений тиск, що відповідає висхідним потокам. Хмари, що утворюють зони, розташовуються більш високому рівні (приблизно на 20 км), які світла забарвлення пояснюється, певне, підвищеної концентрацією яскраво-білих кристалів аміаку. Темні хмари поясів, що розташовані нижче, складаються, імовірно, з червоно-коричневих кристалів гідросульфіду амонію і мають більш високу температуру. Ці структури представляють області низхідних потоків. Зони та пояси мають різну швидкість руху у напрямку обертання Юпітера. Період звернення коливається кілька хвилин залежно від широти. Це призводить до існування стійких зональних течій або вітрів, що постійно дмуть паралельно екватору в одному напрямку. Швидкості у цій глобальній системі досягають від 50 до 150 м/с та вище. На межах поясів та зон спостерігається сильна турбулентність, що призводить до утворення численних вихрових структур. Найбільш відомим таким утворенням є Велика червона пляма, що спостерігається на поверхні Юпітера протягом останніх 300 років.

Виникнувши, вихор піднімає на поверхню хмар нагріті маси газу з парами малих компонентів. Кристали аміачного снігу, розчинів і сполук аміаку, що утворюються, у вигляді снігу і крапель, звичайного водяного снігу і льоду поступово опускаються в атмосфері, поки не досягають рівнів, на яких температура достатня висока, і випаровуються. Після чого речовина в газоподібному стані знову повертається до хмарного шару.

Влітку 2007 року телескоп "Хаббл" зафіксував різкі зміни в атмосфері Юпітера. Окремі зони в атмосфері на північ і південь від екватора перетворилися на пояси, а пояси - на зони. У цьому змінилися як форми атмосферних утворень, а й їх колір.

9 травня 2010 року астроном-аматор Ентоні Уеслі (англ. Anthony Wesley, також див. нижче) виявив, що з лику планети раптово зникла одна з найпомітніших і найстабільніших у часі утворень - Південний екваторіальний пояс. Саме на широті Південного екваторіального поясу розташована Велика червона пляма, що «омивається» ним. Причиною раптового зникнення Південного екваторіального поясу Юпітера вважається поява над ним шару світліших хмар, під якими ховається смуга темних хмар. За даними досліджень, проведених телескопом «Хаббл», було зроблено висновок про те, що пояс не зник повністю, а просто був прихований під шаром хмар, що складаються з аміаку.

Велика червона пляма

Велика червона пляма - овальне утворення розмірів, що змінюються, розташоване в південній тропічній зоні. Було відкрито Робертом Гуком у 1664 році. В даний час воно має розміри 15-30 тис. км (діаметр Землі ~ 12,7 тис. км), а 100 років тому спостерігачі відзначали в 2 рази більші розміри. Іноді воно буває не дуже чітко видимим. Велика червона пляма - це унікальний довготривалий гігантський ураган, речовина в якому обертається проти годинникової стрілки і здійснює повний оберт за 6 земних діб.

Завдяки дослідженням, проведеним наприкінці 2000 року зондом «Кассіні», було з'ясовано, що Велика червона пляма пов'язана з низхідними потоками (вертикальна циркуляція атмосферних мас); хмари тут вищі, а температура нижча, ніж у решті областей. Колір хмар залежить від висоти: сині структури - верхні, під ними лежать коричневі, потім білі. Червоні структури – найнижчі. Швидкість обертання Великої червоної плями становить 360 км/год. Його середня температура становить -163 ° C, причому між окраїнними та центральними частинами плями спостерігається відмінність у температурі близько 3-4 градусів. Ця відмінність, як передбачається, є відповідальною за той факт, що атмосферні гази в центрі плями обертаються за годинниковою стрілкою, тоді як на околицях - проти. Також висунуто припущення про взаємозв'язок температури, тиску, руху і кольору Червоної плями, хоча як саме вона здійснюється, вчені поки важко сказати.

Іноді на Юпітері спостерігаються зіткнення великих циклонічних систем. Одне з них відбулося у 1975 році, внаслідок чого червоний колір Плями побляк на кілька років. Наприкінці лютого 2002 року ще один гігантський вихор - Білий овал - почав гальмуватися Великою червоною плямою, і зіткнення тривало цілий місяць. Однак воно не завдало серйозних збитків обом вихрям, оскільки сталося за дотичною.

Червоний колір Великої червоної плями є загадкою. Однією з можливих причин може бути хімічні сполуки, що містять фосфор. Фактично кольори та механізми, що створюють вигляд усієї юпітеріанської атмосфери, досі ще погано зрозумілі і можуть бути пояснені лише за прямих вимірів її параметрів.

У 1938 року було зафіксовано формування та розвитку трьох великих білих овалів поблизу 30° південної широти. Цей процес супроводжувався одночасним формуванням ще кількох маленьких білих овалів – вихорів. Це підтверджує, що Велика червона пляма є найпотужнішим з юпітеріанських вихорів. Історичні записи не виявляють таких довго існуючих систем середніх північних широтах планети. Спостерігалися великі темні овали поблизу 15° північної широти, але, мабуть, необхідні умови для виникнення вихорів і подальшого їх перетворення на стійкі системи, подібні до Червоної плями, існують тільки в Південній півкулі.

Маленька червона пляма

Велика червона пляма та «Мала червона пляма» у травні 2008 на фотографії, зробленій телескопом «Хаббл»

Що ж стосується трьох вищезгаданих білих вихрів-овалів, то два з них об'єдналися в 1998 році, а в 2000 році новий вихор злився з третім овалом, що залишився. Наприкінці 2005 року вихор (Овал ВА, англ. Oval BC) почав змінювати свій колір, набувши врешті-решт червоного забарвлення, за що отримав нову назву - Малу червону пляму. У липні 2006 року Мала червона пляма стикалася зі своїм старшим «собратом» - Великою червоною плямою. Тим не менш, це не вплинуло на обидва вихори - зіткнення сталося по дотичній. Зіткнення було передбачено ще у першій половині 2006 року.

Блискавки

У центрі вихору тиск виявляється вищим, ніж у навколишньому районі, а самі урагани оточені обуреннями з низьким тиском. За знімками, зробленими космічними зондами «Вояджер-1» та «Вояджер-2», було встановлено, що в центрі таких вихорів спостерігаються колосальні розміри спалаху блискавок завдовжки тисячі кілометрів. Потужність блискавок на три порядки перевищує земні.

Магнітне поле та магнітосфера

Схема магнітного поля Юпітера

Перша ознака будь-якого магнітного поля – радіовипромінювання, а також рентген. Будуючи моделі процесів, що відбуваються, можна судити про будову магнітного поля. Так було встановлено, що магнітне поле Юпітера має не лише дипольну складову, а й квадруполь, октуполь та інші гармоніки вищих порядків. Передбачається, що магнітне поле створює динамо-машина, схожа на земну. Але на відміну Землі, провідником струмів на Юпітері служить шар металевого гелію.

Вісь магнітного поля нахилена до осі обертання 10,2 ± 0,6°, майже як і Землі, проте, північний магнітний полюс розташований поруч із південним географічним, а південний магнітний - з північним географічним. Напруженість поля лише на рівні видимої поверхні хмар дорівнює 14 Е біля північного полюса і 10,7 Е біля південного. Його полярність обернена полярності земного магнітного поля.

Форма магнітного поля у Юпітера сильно сплюснута і нагадує диск (на відміну від краплеподібної Землі). Відцентрова сила, що діє на плазму, що обертається, з одного боку і тепловий тиск гарячої плазми з іншого розтягують силові лінії, утворюючи на відстані 20 RJ структуру, що нагадує тонкий млинець, також відому як магнітодиск. Він має тонку струмову структуру поблизу магнітного екватора.

Навколо Юпітера, як і довкола більшості планет Сонячної системи, існує магнітосфера - область, в якій поведінка заряджених частинок, плазми, визначається магнітним полем. Для Юпітера джерелами таких частинок є сонячний вітер та Іо. Вулканічний попіл, що викидається вулканами Іо, під впливом сонячного ультрафіолету іонізується. Так утворюються іони сірки та кисню: S+, O+, S2+ та O2+. Ці частки залишають атмосферу супутника, проте залишаються на орбіті навколо нього, утворюючи тор. Цей тор відкрили апаратом «Вояджер-1»; він лежить в площині екватора Юпітера і має радіус 1 RJ в поперечному перерізі і радіус від центру (в даному випадку від центру Юпітера) до утворює поверхні 5,9 RJ. Саме він принципово змінює динаміку магнітосфери Юпітера.

Магнітосфера Юпітера. Захоплені магнітним полем іони сонячного вітру на схемі показані червоним кольором, пояс нейтрального вулканічного газу Іо – зеленим та пояс нейтрального газу Європи – синім. ENA – нейтральні атоми. За даними зонда "Кассіні", отриманим на початку 2001 р.

Сонячний вітер, що набігає, врівноважується тиском магнітного поля на відстані в 50-100 радіусів планети, без впливу Іо ця відстань була б не більше 42 RJ. На нічному боці простягається за орбіту Сатурна, досягаючи завдовжки 650 млн км і більше. Прискорені в магнітосфері Юпітера електрони досягають Землі. Якби магнітосферу Юпітера можна було бачити з Землі, то її кутові розміри перевищували б розміри Місяця.

Радіаційні пояси

Юпітер має потужні радіаційні пояси. При зближенні з Юпітером «Галілео» отримав дозу радіації, яка у 25 разів перевищує смертельну дозу для людини. Випромінювання радіаційного поясу Юпітера в радіодіапазоні вперше було виявлено у 1955 році. Радіовипромінювання має синхротронний характер. Електрони в радіаційних поясах мають величезну енергію, що становить близько 20 МеВ, при цьому зондом «Кассіні» було виявлено, що щільність електронів у радіаційних поясах Юпітера нижча, ніж очікувалося. Потік електронів у радіаційних поясах Юпітера може становити серйозну небезпеку для космічних апаратів через великий ризик пошкодження апаратури радіацією. Взагалі радіовипромінювання Юпітера не є строго однорідним і постійним - як за часом, так і за частотою. Середня частота такого випромінювання, за даними досліджень, становить близько 20 МГц, весь діапазон частот - від 5-10 до 39,5 МГц.

Юпітер оточений іоносферою завдовжки 3000 км.

Полярні сяйва на Юпітері

Структура полярних сяйв на Юпітері: показано основне кільце, полярне випромінювання та плями, що виникли як результат взаємодії з природними супутниками Юпітера.

Юпітер демонструє яскраві стійкі сяйва навколо обох полюсів. На відміну від таких на Землі, які з'являються в періоди підвищеної сонячної активності, полярні сяйва Юпітера є постійними, хоча їхня інтенсивність змінюється день у день. Вони складаються з трьох головних компонентів: основна та найбільш яскрава область порівняно невелика (менше 1000 км завширшки), розташована приблизно в 16° від магнітних полюсів; гарячі плями - сліди магнітних силових ліній, що з'єднують іоносфери супутників з іоносферою Юпітера, та області короткочасних викидів, розташованих усередині основного кільця. Викиди полярних сяйв були виявлені майже у всіх частинах електромагнітного спектру від радіохвиль до рентгенівських променів (до 3 кеВ), проте вони найбільш яскраві в середньому інфрачервоному діапазоні (довжина хвилі 3-4 мкм та 7-14 мкм) та глибокій ультрафіолетовій ділянці спектру (довжина) хвилі 80-180 нм).

Положення основних авроральних кілець стійке, як та його форма. Однак їх випромінювання сильно модулюється тиском сонячного вітру - чим сильніший вітер, тим слабші полярні сяйва. Стабільність сяйв підтримується великим припливом електронів, прискорюваних рахунок різниці потенціалів між іоносферою і магнитодиском. Ці електрони породжує струм, який підтримує синхронність обертання магнітодиску. Енергія цих електронів 10 – 100 кеВ; проникаючи глибоко всередину атмосфери, вони іонізують та збуджують молекулярний водень, викликаючи ультрафіолетове випромінювання. Крім того, вони розігрівають іоносферу, чим пояснюється сильне інфрачервоне випромінювання полярних сяйв та частково нагрівання термосфери.

Гарячі плями пов'язані з трьома супутниками Галілея: Іо, Європа і Ганімед. Вони виникають через те, що плазма, що обертається, сповільнюється поблизу супутників. Найяскравіші плями належать Іо, оскільки цей супутник є основним постачальником плазми, плями Європи та Ганімеда набагато слабші. Яскраві плями всередині основних кілець, що з'являються іноді, як вважається, пов'язані із взаємодією магнітосфери та сонячного вітру.

Велика рентгенівська пляма

Комбіноване фото Юпітера з телескопа «Хаббл» та рентгенівського телескопа «Чандра» - лютий 2007 р.

Орбітальним телескопом «Чандра» у грудні 2000 року на полюсах Юпітера (переважно на північному полюсі) виявлено джерело пульсуючого рентгенівського випромінювання, назване Великою рентгенівською плямою. Причини цього випромінювання поки що становлять загадку.

Моделі формування та еволюції

Значний внесок у наші уявлення про формування та еволюцію зірок роблять спостереження екзопланет. Так, з їх допомогою були встановлені риси, спільні для всіх планет, подібних до Юпітера:

Вони утворюються ще до розсіяння протопланетного диска.
Значну роль формуванні грає акреція.
Збагачення важкими хімічними елементами рахунок планетезималей.

Існують дві основні гіпотези, що пояснюють процеси виникнення та формування Юпітера.

Згідно з першою гіпотезою, що отримала назву гіпотези «контракції», відносна подібність хімічного складу Юпітера та Сонця (велика частка водню та гелію) пояснюється тим, що в процесі формування планет на ранніх стадіях розвитку Сонячної системи у газопиловому диску утворилися масивні «згущення», що дали початок планетам, т. е. Сонце і планети формувалися так. Щоправда, ця гіпотеза не пояснює таки наявні розбіжності у хімічному складі планет: Сатурн, наприклад, містить більше важких хімічних елементів, ніж Юпітер, а той, своєю чергою, більше, ніж Сонце. Планети ж земної групи взагалі разюче відрізняються за своїм хімічним складом від планет-гігантів.

Друга гіпотеза (гіпотеза «акреції») говорить, що процес утворення Юпітера, а також Сатурна, відбувався у два етапи. Спочатку протягом кількох десятків мільйонів років відбувався процес формування твердих щільних тіл, на кшталт планет земної групи. Потім почався другий етап, коли протягом кількох сотень тисяч років тривав процес акреції газу з первинної протопланетної хмари на ці тіла, які досягли на той момент маси в кілька мас Землі.

Ще на першому етапі з області Юпітера і Сатурна дисипувала частина газу, що спричинило деякі відмінності в хімічному складі цих планет і Сонця. На другому етапі температура зовнішніх шарів Юпітера та Сатурна досягала 5000 °C та 2000 °C відповідно. Уран і Нептун досягли критичної маси, необхідної для початку акреції, набагато пізніше, що вплинуло як на їх маси, так і на хімічний склад.

У 2004 році Катаріною Лоддерс з Університету Вашингтона була висунута гіпотеза про те, що ядро ​​Юпітера складається в основному з певної органічної речовини, що володіє здатністю, що клеїть, що, у свою чергу, чималою мірою вплинуло на захоплення ядром речовини з навколишньої області простору. Кам'яне-смоляне ядро, що утворилося в результаті, силою свого тяжіння «захопило» газ із сонячної туманності, сформувавши сучасний Юпітер. Ця ідея вписується в другу гіпотезу про виникнення Юпітера шляхом акреції.

Супутники та кільця

Великі супутники Юпітера: Іо, Європа, Ганімед та Каллісто та їх поверхні.

Супутники Юпітера: Іо, Європа, Ганімед та Каллісто

За даними на січень 2012 року, у Юпітера відомо 67 супутників – максимальне значення для Сонячної системи. За оцінками, супутників може бути не менш як сотня. Супутникам дано в основному імена різних міфічних персонажів, так чи інакше пов'язаних із Зевсом-Юпітером. Супутники поділяють на дві великі групи – внутрішні (8 супутників, галілеєві та негалілеєві внутрішні супутники) та зовнішні (55 супутників, також поділяються на дві групи) – таким чином, всього виходить 4 «різновиди». Чотири найбільші супутники - Іо, Європа, Ганімед і Каллісто - були відкриті ще в 1610 Галілео Галілеєм]. Відкриття супутників Юпітера стало першим серйозним фактичним доказом на користь геліоцентричної системи Коперника.

Європа

Найбільший інтерес представляє Європа, яка має глобальний океан, у якому не виключено наявність життя. Спеціальні дослідження показали, що океан простягається вглиб на 90 км, його обсяг перевищує обсяг земного Світового океану. Поверхня Європи поцяткована розломами і тріщинами, що виникли в крижаному панцирі супутника. Висловлювалося припущення, що джерелом тепла для Європи є саме сам океан, а не ядро ​​супутника. Існування підлідного океану передбачається також на Каллісто та Ганімеді. Грунтуючись на припущенні, що за 1-2 млрд років кисень міг проникнути в підлідний океан, вчені теоретично припускають наявність життя на супутнику. Зміст кисню в океані Європи достатньо підтримки існування як одноклітинних форм життя, а й великих. Цей супутник посідає друге місце по можливості виникнення життя після Енцеладу.

Іо

Іо цікавий наявністю потужних вулканів, що діють; поверхня супутника залита продуктами вулканічної активності. На фотографіях, зроблених космічними зондами, видно, що поверхня Іо має яскраво-жовте забарвлення з плямами коричневого, червоного та темно-жовтого кольорів. Ці плями - продукт вивержень вулканів Іо, що складаються переважно із сірки та її сполук; колір вивержень залежить від їхньої температури.
[ред.] Ганімед

Ганімед є найбільшим супутником не тільки Юпітера, а й взагалі в Сонячній системі серед усіх супутників планет. Ганімед і Каллісто вкриті численними кратерами, на Каллісто багато з них оточені тріщинами.

Каллісто

На Каллісто, як передбачається, також є океан під поверхнею супутника; на це опосередковано вказує магнітне поле Каллісто, яке може бути породжене наявністю електричних струмів у солоній воді усередині супутника. Також на користь цієї гіпотези свідчить той факт, що магнітне поле Каллісто змінюється в залежності від його орієнтації на магнітне поле Юпітера, тобто існує високопровідна рідина під поверхнею даного супутника.

Порівняння розмірів Галілеєвих супутників із Землею та Місяцем

Особливості галілеєвих супутників

Всі великі супутники Юпітера обертаються синхронно і завжди звернені до Юпітера однією і тією ж стороною внаслідок впливу потужних сил приливу планети-гіганта. При цьому Ганімед, Європа та Іо знаходяться один з одним в орбітальному резонансі. До того ж серед супутників Юпітера існує закономірність: що далі супутник від планети, то менша його щільність (у Іо - 3,53 г/см2, Європи - 2,99 г/см2, Ганімеда - 1,94 г/см2, Каллісто - 1,83 г/см2). Це залежить від кількості води на супутнику: на Іо її практично немає, на Європі - 8%, на Ганімеді та Каллісто - до половини їхньої маси.

Малі супутники Юпітера

Інші супутники набагато менше і є скелястими тілами неправильної форми. Серед них є ті, хто звертається у зворотний бік. З числа малих супутників Юпітера чималий інтерес для вчених представляє Амальтея: як передбачається, всередині неї існує система порожнеч, що виникли в результаті катастрофи, що мала місце в далекому минулому - через метеоритне бомбардування Амальтея розпалася на частини, які потім знову з'єдналися під дією взаємної гравітації, але не стали єдиним монолітним тілом.

Метіда та Адрастея - найближчі супутники до Юпітера з діаметрами приблизно 40 та 20 км відповідно. Вони рухаються по краю головного кільця Юпітера по орбіті радіусом 128 тисяч км, роблячи оберт навколо Юпітера за 7 годин і будучи при цьому найшвидшими супутниками Юпітера.

Загальний діаметр усієї системи супутників Юпітера становить 24 млн км. Більше того, передбачається, що в минулому супутників у Юпітера було ще більше, але деякі з них впали на планету під впливом потужної гравітації.

Супутники зі зворотним обертанням навколо Юпітера

Супутники Юпітера, чиї назви закінчуються на «е» - Кармі, Синопі, Ананці, Пасіфі та інші (див. група Ананке, група Кармі, група Пасіфе) - звертаються навколо планети у зворотному напрямку (ретроградний рух) і, за припущеннями вчених, утворилися не разом із Юпітером, а були захоплені ним пізніше. Аналогічну властивість має супутник Нептуна Тритон.

Тимчасові місяці Юпітера

Деякі комети є тимчасовими місяцями Юпітера. Так, зокрема, комета Кусіди - Мурамацу (англ.) рос. у період із 1949 по 1961 рр. була супутником Юпітера, здійснивши за цей час навколо планети два обороти. Крім цього об'єкта відомо ще, як мінімум, про 4 тимчасові місяці планети-гіганта.

Кільця Юпітера

Кільця Юпітера (схема).

У Юпітера є слабкі кільця, виявлені під час проходження «Вояджера-1» повз Юпітер у 1979 році. Наявність кілець припускав ще в 1960 році радянський астроном Сергій Всехсвятський на основі дослідження далеких точок орбіт деяких комет Всехсвятський зробив висновок, що ці комети можуть походити з кільця Юпітера і припустив, що утворилося кільце в результаті вулканічної діяльності супутників Юпітера (вулкани на Іо відкриті два десяти ).

Кільця оптично тонкі, оптична товщина їх ~10-6, а альбедо частинок лише 1,5 %. Однак спостерігати їх все ж таки можливо: при фазових кутах, близьких до 180 градусів (погляд «проти світла»), яскравість кілець зростає приблизно в 100 разів, а темна нічна сторона Юпітера не залишає засвічення. Усього кілець три: одне головне, «павутинне» та гало.
Фотографія кілець Юпітера, зроблена «Галілео» у прямому розсіяному світлі.

Головне кільце простягається від 122500 до 129230 км від центру Юпітера. Усередині головне кільце перетворюється на тороїдальне гало, а зовні контактує з павутинним. Спостерігається пряме розсіювання випромінювання в оптичному діапазоні притаманно пилових частинок мікронного розміру. Однак пил в околиці Юпітера піддається потужним негравітаційним обуренням, через це час життя порошинок 103±1 років. Це означає, що має бути джерело цих порошин. На роль подібних джерел підходять два малі супутники, що лежать усередині головного кільця - Метіда і Адрастея. Стикаючись з метеороїдами, вони породжують рій мікрочастинок, які згодом поширюються орбітою навколо Юпітера. Спостереження павутинного кільця виявили два окремих пояси речовини, що беруть початок на орбітах Фіви та Амальтеї. Структура цих поясів нагадує будову зодіакальних пилових комплексів.

Троянські астероїди

Троянські астероїди – група астероїдів, розташованих у районі точок Лагранжа L4 та L5 Юпітера. Астероїди перебувають з Юпітером у резонансі 1:1 і рухаються разом із ним орбітою навколо Сонця. При цьому існує традиція називати об'єкти, розташовані біля точки L4, іменами грецьких героїв, а біля L5 – троянських. Всього на червень 2010 року відкрито 1583 такі об'єкти.

Існує дві теорії, які пояснюють походження троянців. Перша стверджує, що вони виникли на кінцевому етапі формування Юпітера (розглядається варіант акреції). Разом із речовиною були захоплені планетозимали, на які теж йшла акреція, а оскільки механізм був ефективним, то половина з них опинилась у гравітаційній пастці. Недоліки цієї теорії: кількість об'єктів, що виникли таким чином, на чотири порядки більше спостерігається, і вони мають набагато більший нахил орбіти.

Друга теорія – динамічна. Через 300-500 млн років після формування сонячної системи Юпітер та Сатурн проходили через резонанс 1:2. Це спричинило перебудову орбіт: Нептун, Плутон і Сатурн збільшили радіус орбіти, а Юпітер зменшив. Це вплинуло на гравітаційну стійкість пояса Койпера, і частина астероїдів, що його населяли, переселилися на орбіту Юпітера. Водночас було зруйновано всі початкові троянці, якщо такі були.

Подальша доля троянців невідома. Ряд слабких резонансів Юпітера і Сатурна змусить їх хаотично рухатися, але якою буде ця сила хаотичного руху і чи викинуть їх зі своєї нинішньої орбіти, важко сказати. Крім цього, зіткнення між собою повільно, але чітко зменшують кількість троянців. Якісь фрагменти можуть стати супутниками, а якісь кометами.

Зіткнення небесних тіл із Юпітером
Комета Шумейкеров - Леві

Слід від одного з уламків комети Шумейкер-Леві, знімок з телескопа «Хаббл», липень 1994 р.
Основна стаття: Комета Шумейкеров - Леві 9

У липні 1992 року до Юпітера наблизилася комета. Вона пройшла на відстані близько 15 тисяч кілометрів від верхньої межі хмар, і потужна гравітаційна дія планети-гіганта розірвала її ядро ​​на 17 великих частин. Цей кометний рій був виявлений на обсерваторії Маунт-Паломар подружжям Керолін та Юджином Шумейкерами та астрономом-аматором Девідом Леві. У 1994 році, при наступному зближенні з Юпітером, усі уламки комети врізалися в атмосферу планети з величезною швидкістю - близько 64 кілометрів на секунду. Цей грандіозний космічний катаклізм спостерігався як із Землі, так і за допомогою космічних засобів, зокрема за допомогою космічного телескопа «Хаббл», супутника IUE та міжпланетної космічної станції «Галілео». Падіння ядер супроводжувалося спалахами випромінювання у широкому спектральному діапазоні, генерацією газових викидів та формуванням довгоживучих вихорів, зміною радіаційних поясів Юпітера та появою полярних сяйв, ослабленням яскравості плазмового тора Іо в крайньому ультрафіолетовому діапазоні.

Інші падіння

19 липня 2009 року вже згаданий вище астроном-аматор Ентоні Уеслі (англ. Anthony Wesley) виявив темну пляму в районі Південного полюса Юпітера. Надалі цю знахідку підтвердили в обсерваторії Кек на Гаваях. Аналіз отриманих даних вказав, що найбільш вірогідним тілом, що впало в атмосферу Юпітера, був кам'яний астероїд.

3 червня 2010 року о 20:31 за міжнародним часом два незалежні спостерігачі - Ентоні Уеслі (англ. Anthony Wesley, Австралія) та Крістофер Го (англ. Christopher Go, Філіппіни) - зняли спалах над атмосферою Юпітера, що, швидше за все, є падінням нового, раніше невідомого тіла Юпітер. Через добу після цієї події нових темних плям в атмосфері Юпітера не виявлено. Вже проведено спостереження на найбільших інструментах Гавайських островів (Gemini, Keck та IRTF) та заплановано спостереження на космічному телескопі «Хаббл». 16 червня 2010 року НАСА опублікувало прес-реліз, в якому повідомляється, що на знімках, отриманих на космічному телескопі «Хаббл» 7 червня 2010 року (через 4 доби після фіксування спалаху), не виявлено ознак падіння у верхніх шарах атмосфери Юпітера.

20 серпня 2010 року о 18:21:56 за міжнародним часом стався спалах над хмарним покривом Юпітера, який виявив японський астроном-аматор Масаюкі Татікава з префектури Кумамото на зробленому ним відеозаписі. Наступного дня після оголошення про цю подію знайшлося підтвердження від незалежного спостерігача Аокі Казуо (Aoki Kazuo) – любителя астрономії з Токіо. Імовірно, це могло бути падіння астероїда чи комети в атмосферу планети-гіганта

Загальні відомості про Юпітера

© Володимир Каланов,
сайт"Знання-сила".

Гігант Сонячної системи

Юпітер фото АМС Вояджер-2

Порівняння Юпітера із Землею

Юпітер є п'ятою на відстані від Сонця планетою Сонячної системи. Він віддалений від Сонця загалом на 778,3 млн. км (мінімально – на 740,9, максимально – на 815,7 млн. км).

Коли говорять про Юпітера, то серед прикметників, мабуть, найчастіше ми чуємо слова «величезний», «величезний», «гігантський». І це невипадково.Хоча все у світі відносно, відстані сотні мільйонів і мільярди кілометрів людині здаються справді величезними. Адже на Землі найбільша відстань – це довжина лінії екватора. Якщо хтось захотів би проїхати строго вздовж цієї лінії, нікуди не відхиляючись, то, повернувшись у вихідний пункт подорожі, він пройшов би шлях майже точно рівний 40 тисячам кілометрів. Щоправда, такий шлях можливе лише теоретично, т.к. на цьому шляху зустрілися б океани, моря, озера, гори, непрохідні джунглі та інші перешкоди. Ми вже не говоримо про те, що на поверхні Землі ніякої такої лінії екватора не видно. А тепер порівняємо дві величини: 40 тис. км та 449 тис. км. Друга величина - це довжина екватора планети Юпітер. Шлях уздовж екватора цієї планети взагалі немислимий, т.к. пересуватися довелося б не по твердому ґрунту і не по воді, а по газу.

Газоподібна планета

Планета Юпітер є газоподібним небесним тілом зі складною внутрішньою структурою. На планети земної групи (Меркурій, Венера, Марс) Юпітер майже зовсім не схожий. За розмірами та масою Юпітер є найбільшою планетою Сонячної системи. Обсяг Юпітера у 1310 разів більший за обсяг Землі, а маса – у 318 разів більший за земний.І це при тому, що середня щільність речовини Юпітера (1,3 г/см³) у чотири з лишком рази менша за щільність Землі! Дослідники вважають, що якби маса Юпітера була в кілька десятків разів більшою, то він міг би стати зіркою. У цьому випадку сила стиснення всередині планети виявилася достатньою, щоб надра її розігрілися до такої температури, за якої починаються ядерні реакції.

Але Юпітер випав «доля» залишитися назавжди планетою і світити не своїм власним світлом, а відбивати світло Сонця. Юпітер яскраво сяє у нічному небі, не помітити його навіть неозброєним оком просто неможливо. Яскравіша за Юпітер серед планет тільки Венера, але нею ми можемо милуватися лише поблизу горизонту під час сходу або заходу Сонця. У нічному небі Венера відсутня.

Сила тяжіння на поверхні Юпітера в 2,3 рази більша, ніж на Землі (прискорення вільного падіння на екваторі (g) 24,79 м/с²). Величезна планета робить оберт навколо своєї осі всього за 10 годин. Це найкоротший період обертання, який мають планети Сонячної системи. Оскільки поверхня Юпітера газообразна, різні області поверхні мають різні швидкості обертання: в екваторіальному поясі період обертання становить 9 годин 50 хв., а середніх і високих широтах – 9 годин 56 хв.

Внаслідок великої швидкості обертання та невеликої середньої щільності речовини Юпітер має помітне стиснення по лінії полюсів: діаметр планети у полюсів дорівнює 134 700 км, а по екватору - 143 000 км, тобто. стиск по полюсах становить 8300 км.

Екватор Юпітера нахилений всього на 3 ° до його орбіти, тому на планеті не буває зміни пір року. Юпітеріанський рік триває майже 12 земних років. Юпітер мчить по орбіті навколо Сонця зі швидкістю 13,07 км/с. Але якщо ми порівняємо цю швидкість з орбітальною швидкістю планет, розташованих ближче до Сонця, то Юпітер здасться нам просто небесним тихоходом. Судіть самі: орбітальна швидкість Марса – 24,12 км/с, Землі – 29,79, Венери – 35,03, а Меркурія – 47,87 км/с.

Поверхня Юпітера

При спостереженні в телескоп дослідник бачить густі хмари, але ці хмари не схожі на земні, вони не є водяною парою, а є шаром газу, з якого складається планета. У телескопі Юпітер видно жовтуватим. На поверхні планети видно широкі смуги газу, що рухаються паралельно до екватора. По краях цих смуг помітні ознаки вихрового руху газу. Характерною особливістю поверхні Юпітера є наявність світлих округлих плям серед хмар. Ці плями було відкрито ще першій половині XVII століття. Як встановлено, вони є гігантськими вихорами, які панують лежить на поверхні Юпітера. Такі атмосферні вихори існують на цій планеті від кількох тижнів до кількох місяців, а деякі можуть вирувати десятки років. Вони виникають, зникають чи зливаються з іншими вихорами. Наприклад, два вихори, відомі під назвою Білі Овали, діаметром в 10 тисяч кілометрів кожен, за якими велося спостереження протягом понад 60 років, в 1998 злилися в один гігантський вихор.

Найбільший інтерес серед поверхневих об'єктів на Юпітері представляє так зване , виявлене в 1664 французьким астрономом Джан Доменіко Кассіні. Велика Червона Пляма знаходиться в південній частині планети і за три з половиною століття майже не перемістилася і мало змінила свої розміри та форму. А розміри цієї «рідної плями» Юпітера колосальні: 12000 км за широтою та 48000 км за довготою. Рожевий колір цієї Плями періодично змінюється, то посилюючи яскравість, то стаючи бляклішим.

Існує припущення про те, що Велика Червона Пляма є величезною хмарою або місцем, де вирує супервихор або потужний циклон, може викликати у когось сумніви. Справді, дуже важко зрозуміти, як хмара чи область вихорів може зберігати свої розміри та форму, а також місце свого розташування протягом багатьох століть. Втім, наші поняття та уявлення визначаються земними умовами, а на Юпітері умови зовсім інші. За останніми даними, Велика Червона Пляма – це величезний вихор, який обертається навколо своєї осі з періодом 6 земних діб.

А ось яку гіпотезу висловив 1950 року американський учений Еге. Великовський. Він вважає, що Велика Червона Пляма залишилася на поверхні Юпітера після зіткнення планети в далекому минулому з якимось великим небесним тілом, внаслідок чого від Юпітера відокремилася деяка частина його речовини. Ця частина речовини не зникла в глибинах космосу, а зайняла місце між орбітами Меркурія та Землі та перетворилася на нашу космічну сусідку Венеру. Щоправда, перед тим як вибрати собі місце тепліше, майбутня Венера неабияк поблукала просторами Сонячної системи.

Підтвердження своєї гіпотезі Еге. Великовський знайшов, на його думку, найнадійніше. В основу доказу правильності гіпотези він всерйоз поклав давньогрецький міф про Афін-Паллад, яка, як відомо, народилася з голови Зевса. Напевно, ця красива гіпотеза не могла б виникнути, якби її автор знав, що у Юпітера тверда речовина знаходиться тільки в його ядрі, на глибині не менше 60 тисяч км від поверхні. Відірвати від планети якийсь об'єм газу і віднести його в космос видається вкрай проблематичним. Ну, а яке відношення до астрономічної науки має бог-громовержець Зевс, ми й не питаємо, бо знаємо – жодного.

Пояси та зони

На Юпітері видно й інші вихрові утворення, наприклад, Біла пляма, діаметр якого становить близько 15000 км. це друге за розмірами вихрове утворення, яке через нерухомість або малу рухливість виглядає як пляма.

Пояси та зони можуть раптово змінити своє становище, але зазвичай згодом вони відновлюються. У травні 2010 року Великий південний екваторіальний пояс майже зник. Причина однозначно не зрозуміла. По одній гіпотезі іноді відбувається обволікання та приховування від огляду світлими хмарами темних, що знаходяться нижче, за іншою – відбуваються хімічні зміни в газових потоках.

Смуги хмар, розташовані паралельно екватору, виглядають світлішими або темнішими в залежності від того, вплив яких потоків атмосфери вони піддаються в кожен момент - низхідних холодних (температура близько мінус 154 ° C) або висхідних теплих (температура близько мінус 147 ° C). Прийнято називати: білі смуги – зонами, а темні – поясами.

Спостереження показують, що відносна швидкість ділянок, що у сусідніх зонах-полосах, іноді може сягати 300 км/год. У цих випадках легко помітити на краях смуг буруни, що закручуються, що свідчать про швидкий турбулентний рух газу. Залежно від газового складу хмар їх колір може змінюватися від синювато-білого і білого до світло-коричневого і червоного.

© Володимир Каланов,
"Знання-сила"

Шановні відвідувачі!

П'ятою та найбільшою планетою в сонячній системі, відомої з найдавніших часів, є Юпітер. Газовий гігант отримав ім'я на честь давньоримського бога Юпітера, аналогічного Зевсу-громовержцю у греків. Юпітер знаходиться за поясом астероїдів і майже повністю складається з газів, переважно водню та гелію. Маса Юпітера настільки величезна (М = 1,9 1027 кг), що майже в 2,5 рази перевищує масу всіх разом узятих планет сонячної системи. Навколо осі Юпітер обертається зі швидкістю 9 годин 55 хвилин, а орбітальна швидкість дорівнює 13 км/с. Сидеричний період (період обертання своєю орбітою) становить 11,87 років.

За рівнем освітленості, крім Сонце, Юпітер поступається лише Венері, тому є чудовим об'єктом для спостережень. Він світиться білим світлом з альбедо 0, 52. За хорошої погоди, навіть у найпростіший телескоп, можна розглянути не тільки саму планету, а й чотири найбільші супутники.
Формування Сонця та інших планет почалося мільярди років тому із загальної газопилової хмари. Так ось Юпітер дісталося 2/3 маси від маси всіх планет в сонячній системі. Але, оскільки планета легша за найменшу зірку в 80 разів, термоядерні реакції так і не почалися. Однак планета виділяє в 1,5 рази більше енергії, ніж отримує від Сонця. Власне джерело тепла пов'язане в першу чергу з радіоактивними розпадами енергії та речовини, що вивільняється в процесі стиснення. Справа в тому, що Юпітер не тверде тіло, а газоподібна планета. Тому швидкість обертання різних широтах неоднакова. Біля полюсів планета має сильне стиснення, через швидке обертання навколо осі. Швидкість вітрів перевищує 600 км/год.

Сучасна наука вважає, що маса ядра Юпітера на даний момент становить 10 мас Землі або 4% від загальної маси планети, а розмір – 1,5 її діаметра. Воно кам'янисте, зі слідами льоду.

Склад атмосфери Юпітера на 89,8% складається з водню (H2) та на 10% з гелію (Не). Менше 1% становлять метан, амоній, етан, вода та інші компоненти. Під цією короною планети-гіганта є 3 шари хмар. Верхній шар – заледенілий аміак із тиском близько 1 атм., у середньому шарі – кристали метану та амонію, а нижній шар складається з водяного льоду або найдрібніших рідких крапель води. Помаранчевий колір атмосфері Юпітера надає з'єднання сірки та фосфору. Воно містить ацетилен і аміак, тому такий склад атмосфери згубний для людей.
Смуги, які тягнуться вздовж екватора Юпітера, відомі всім давно. Але ніхто поки не міг до ладу пояснити їхнє походження. Основною теорією була теорія конвекції – опускання холодніших газів до поверхні, і підйому більш нагрітих. Але в 2010 році, було висунуто припущення про вплив супутників (місяць) Юпітера на формування смуг. Нібито вони своїм тяжінням сформували деякі «стовпи» речовин, які теж обертаються і проглядаються як смуги. Теорія підтверджена в лабораторних умовах, експериментальним шляхом і тепер представляється найімовірніше.

Мабуть, найбільш загадковим і тривалим спостереженням, описаним у характеристиках планети, можна вважати знамениту Велику Червону пляму на Юпітері. Його відкрив Роберт Гук у 1664 році, отже, за ним спостерігають уже майже 350 років. Це величезна освіта, що постійно змінюється у розмірах. Швидше за все, це довгоживучий, гігантський атмосферний вихор, його розміри 15х30 тис. км, порівняння – діаметр Землі становить близько 12,6 тис. км.

Магнітне поле Юпітера

Магнітне поле Юпітера настільки величезне, що виходить за орбіту Сатурна і становить близько 650 000 000 км. Воно перевищує земне майже 12 разів, а нахил магнітної осі, становить 11° щодо осі обертання. Металевий водень, присутній у надрах планети пояснює наявність настільки потужного магнітного поля. Він є відмінним провідником і, обертаючись із величезною швидкістю, утворює магнітні поля. На Юпітері, як і Землі, теж є 2 магнітних інвертованих полюса. Але стрілка компаса на газоподібному гіганті завжди вказує на південь.

На сьогоднішній день, в описі Юпітера можна зустріти близько 70 супутників, хоча приблизно їх близько сотні. Перші та найбільші супутники Юпітера – Іо, Європу, Ганімед та Каллісто – відкрив Галілео Галілей ще в 1610 році.

Найбільше уваги вчених приковує себе супутник Європа. По можливості існування життя, він слідує за супутником Сатурна – Енцелада і посідає друге місце. Вони вважають, що на ньому може бути життя. Насамперед, через наявність глибокого (до 90 км) підлідного океану, обсяг якого перевершує навіть земний океан!
Ганімед, просто найбільший супутник у сонячній системі. Поки що інтерес до його будови та характеристик є мінімальним.
Іо - вулканічно активний супутник, більшість його поверхні покрита вулканами і залита лавою.
Імовірно, на супутнику Каллісто теж є океан. Швидше за все, він знаходиться під поверхнею, про що свідчить його магнітне поле.
Щільність галієвих супутників, визначаться їхньою віддаленістю від планети. Наприклад: щільність самого віддалено з великих супутників – Каллісто p = 1,83 г/см³, далі принаймні наближення, щільність зростає: у Ганімеда p = 1,94 г/см³, у Європи p = 2,99 г/см³, у Іо p = 3,53 г/см³. Всі великі супутники завжди звернені до Юпітера однією стороною і обертаються синхронно.
Інші були відкриті значно пізніше. Деякі їх обертаються у зворотний бік, порівняно з більшістю і є деякі тіла-метеорити, різної форми.

Характеристики Юпітера

Маса: 1,9*1027 кг (у 318 разів більша за масу Землі)
Діаметр на екваторі: 142984 км (в 11,3 рази більше за діаметр Землі)
Діаметр полюса: 133708 км
Нахил осі: 3,1°
Щільність: 1,33 г/см3
Температура верхніх шарів: -160 °C
Період обігу навколо осі (доба): 9,93 год
Відстань від Сонця (середня): 5,203 а. е. або 778 млн. км
Період звернення навколо Сонця по орбіті (рік): 11,86 років
Швидкість обертання орбітою: 13,1 км/с
Ексцентриситет орбіти: e = 0,049
Нахил орбіти до екліптики: i = 1°
Прискорення вільного падіння: 24,8 м/с2
Супутники: є 70шт

Юпітер - найбільша планета. Діаметр планети в 11 разів більший за діаметр Землі і становить 142 718 км.

Навколо Юпітера знаходиться тонке кільце, що оперізує його. Щільність кільця дуже мала, тому воно невидимо (як у Сатурна).

Період обертання Юпітера навколо осі - 9 год 55 хв. У цьому кожна точка екватора рухається зі швидкістю 45 000 км/год.

Так як Юпітер — не тверда куля, а складається з газу та рідини, екваторіальні частини обертаються швидше, ніж приполярні області. Вісь обертання Юпітера майже перпендикулярна його орбіті, отже, на планеті зміна пір року виражена слабо.

Маса Юпітера набагато перевищує масу всіх інших планет Сонячної системи, разом узятих, і становить 1,9. 10 27 кг. У цьому середня щільність Юпітера становить 0,24 середньої щільності Землі.

Загальні характеристики планети Юпітер

Атмосфера Юпітера

Атмосфера Юпітера дуже щільна. Вона складається з водню (89%) та гелію (11%), нагадуючи за хімічним складом Сонце (рис. 1). Її довжина 6000 км. Помаранчевий колір атмосфері
надають сполуки фосфору чи сірки. Для людей вона згубна, тому що містить отруйні аміак та ацетилен.

Різні частини атмосфери планети обертаються із різними швидкостями. Така відмінність породила пояси хмар, яких у Юпітера три: нагорі — хмари з заледенілого аміаку; під ними — кристали сірководню амонію та метану, а в нижньому шарі — водяний лід і, можливо, рідка вода. Температура верхніх хмар становить 130 °С. Крім того, Юпітер має водневу та гелієву корони. Вітри на Юпітері досягають швидкості 500 км/год.

Пам'яткою Юпітера є Велика Червона Пляма, яку спостерігають уже 300 років. Воно було відкрито в 1664 р. англійським натуралістом Робертом Гуком(1635-1703). Нині його довжина досягає 25 000 км, а 100 років тому вона була близько 50 000 км. Ця пляма вперше була описана у 1878 р., а замальована 300 років тому. Воно ніби живе своїм життям, то розширюється, то стискається. Колір його також змінюється.

Американські зонди «Піонер-10» та «Піонер-11», «Вояджер-1» та «Вояджер-2», «Галілео» з'ясували, що пляма не має твердої поверхні, вона обертається, як циклон в атмосфері Землі. Припускають, що Велика Червона Пляма - це атмосферне явище, ймовірно, верхівка циклону, що вирує в атмосфері Юпітера. В атмосфері Юпітера виявлено також білу пляму розміром понад 10 000 км.

На 1 березня 2009 р. у Юпітера відомо 63 супутники. Найбільші з них Але і Європа розміром із Меркурій. Вони завжди повернуті до Юпітера однією стороною, як Місяць до Землі. Ці супутники називають галілеєвими, оскільки їх вперше відкрив італійський фізик, механік та астроном. Галілео Галілей(1564-1642) 1610 р., відчуваючи свій телескоп. На Іо є діючі вулкани.

Мал. 1. Склад атмосфери Юпітера

Двадцять зовнішніх супутників Юпітера настільки далекі від планети, що невидимі з її поверхні неозброєним оком, а Юпітер у небі найдальшого з них виглядає менше за Місяць.

Візуальне порівняння Юпітера, Землі та Великої Червоної Плями

1. Юпітер має щонайменше 79 супутників, найбільші з яких - Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. Вони були відкриті Галілео Галілеєм у 1610 році.

2. Екваторіальний радіус Юпітера дорівнює 71,4 тис. кілометрів - це в 11,2 рази більше за нашу Землю.

3. Маса Юпітера в 317,8 разів перевищує масу, і в 2,47 рази - сумарну масу решти планет.

4. Відстань між Юпітером та Землею змінюється в межах від 588 до 967 мільйонів кілометрів.

5. На Юпітері немає зміни часів року, оскільки вісь обертання планети майже перпендикулярна його орбіті.

6. Юпітер обертається навколо своєї осі швидше, ніж будь-яка інша планета Сонячної системи – період обертання у екватора становить 9 годин 50 хвилин 30 секунд.

7. Швидкість вітрів на Юпітері може перевищувати 600 кілометрів на годину. Вітри Юпітера управляються головним чином його внутрішнім теплом, а не сонячним, як на землі.

8. Найбільший інтерес серед супутників Юпітера є Європа. Головною її особливістю є наявність води – зверху вона повністю покрита товстим шаром льоду. Дослідження показали, що океан простягається вглиб на 90 кілометрів, яке об'єм перевищує обсяг земного Світового океану.

9. Юпітер випромінює на 60% більше енергії, ніж отримує від . За рахунок процесів, що призводять до вироблення цієї енергії, Юпітер зменшується приблизно на 2 сантиметри на рік.

10. Повний оберт навколо Сонця Юпітер здійснює за 11,86 років.

11. За своїм складом Юпітер схожий на Сонце — 89% його атмосфери посідає водень і 11% — гелій.

12. У центрі ураганів на Юпітері астрономи спостерігають колосальних розмірів спалаху блискавок, що тягнуться на тисячі кілометрів. Потужність таких блискавок утричі перевищує земні.

13. Цікава особливість Юпітера - наявність Великої Червоної Плями. Воно являє собою гігантський ураган розміром 15×30 тисяч кілометрів, що значно більше за розміри Землі. Червоний колір цієї плями поки що не знайшов однозначного пояснення. Можливо, такий колір надають хімічні сполуки, які включають фосфор.

14. Вчені вважають, що Юпітер має тверде ядро ​​розміром півтора діаметра Землі, але в 10-30 разів більш щільне. Якщо навіть на Юпітері і була б тверда поверхня, то стояти на ній було б не можна без побоювання бути роздавленою вагою вище атмосфери, що лежить.

15. Першим апаратом, який вийшов на орбіту Юпітера, став "Галілео". Апарат був запущений в 1989 році, в 1995 він вийшов на орбіту Юпітера, пропрацювавши до 2003 року. За час роботи «Галілео» передав 14 тисяч зображень планети та супутників, а також унікальну інформацію про атмосферу Юпітера.

16. Сатурн – не єдина планета з кільцями. Юпітер має слабкі кільця, але вони дуже тонкі і їх складно побачити за допомогою звичайного телескопа.

17. У міру занурення в океан Юпітера, що складається з водню, швидко зростає тиск і температура. На відстані 46 тисяч кілометрів від центру Юпітера температура сягає 11 тисяч градусів. Тоді як на верхньому рівні непрозорих хмар Юпітера спостерігається температура –107 °C.

18. Один із супутників Юпітера, Іо, є геологічно активним тілом Сонячної системи. На ньому знаходиться понад 400 вулканів, що діють. У деяких вулканів викиди настільки сильні, що здіймаються на висоту 500 кілометрів.

19. Сила тяжкості на Юпітері перевищує земну майже в 2,5 рази: об'єкт, вагою 100 кілограмів на Землі, важив би 250 кілограмів на Юпітері.

20. У 1970-х роках американський астроном Карл Саган спільно з Е. Е. Солпітером, зробивши обчислення в галузі хімії та фізики, описали три уявні форми життя, які гіпотетично могли б існувати у верхніх шарах атмосфери Юпітера. Це синкери - крихітні організми; флоатери - гігантські (величиною із земне місто) організми, і хантери - хижаки, мисливці на флоатерів.

Джерела:

1 uk.wikipedia.org

2 galspace.spb.ru

3 uk.wikipedia.org

4 uk.wikipedia.org

Оцінити статтю:

Також читайте нас на нашому каналі у Яндекс.Дзене

20 фактів про Меркурію — найближчу до Сонця планету