планета Юпитер

Общие сведения о планете Юпитер. Планета-гигант

Рис.1 Юпитер. Снимок аппарата Cassini от 8 октября 2000г. Credit: NASA/JPL/University of Arizona

Ближайшей к Земле планетой-гигантом и крупнейшим, после Солнца космическим телом Солнечной системы, является Юпитер. Название своё Юпитер получил в честь верховного римского бога. И это справедливо. Фактически планета Юпитер формирует своего рода миниатюрную Солнечную систему: более 60 спутников, 4 из которых превышают по размеру Плутон, а Ганимед - Меркурий, обращаются вокруг гигантской планеты, которая по химическому составу, плотности, походит скорее на звезду, чем планету. И будь Юпитер приблизительно в восемьдесят раз более массивнее, мы относили бы его к звёздам!

В настоящее время планету Юпитер посетили 8 космических аппаратов и запланированы полёты ещё двух. Составлены карты планеты, сделаны многочисленные фотоснимки, проведены исследования атмосферы и магнитосферы. Но вопросов у учёных меньше не становится.

Возьмём к примеру самую заметную деталь юпитерианской атмосферы - Большое Красное Пятно, существующее уже более 350 лет. С чем связана его столь длительный срок жизни не знает никто.

Или возможность существования жизни в подлёдных океанах спутников планеты. Вопрос безусловно чрезвычайно интересный и важный. Ответить на него может уже в ближайшие пятнадцать лет программа Europa Jupiter System Mission.

Ещё одним вопросом является эволюция и формирование самой большой планеты Солнечной системы.

В данной главе описаны практически все известные факторы итере, изучив которые вы сможете сами попытаться ответить на перечисленные вопросы.

Наблюдения планеты Юпитер с Земли

Людям планета Юпитер известна очень давно. Её знали все астрономы древности: в Перу, Египте, Древней Греции и Риме... Ведь на ночном небе Юпитер - один из самых ярких объектов, уступающий в блеске только Солнцу, Луне, Венере, и, иногда, Марсу, во время великого противостояния последнего. Угловой диаметр Юпитера - около 40". Альбедо в обычных условиях составляет 0,52.

Во время противостояний, когда Юпитер подходит к Земле на расстояние всего 588 млн. км. (обычно он лежит на 200 млн. км. дальше), он виден как чуть желтоватая звезда -2,6 звёздной величины, блеск которой достигает почти -3m. В это время Юпитер самая яркая после Луны и Венеры звезда на ночном небосводе. Противостояния происходят раз в 13 месяцев. А раз в 12 лет происходят т.н. великие противостояния, когда Юпитер находится в точке перигелия, а его угловой диаметр составляет 50".

При наблюдениях Юпитера в телескоп или бинокль видны также кольца планеты и галилеевы спутники: Ганимед, Европа, Ио и Каллисто.

История исследования планеты Юпитер

Юпитер является одной из планет видимых невооруженным взглядом. Людям он известен очень давно: на ночном небе его наблюдали ещё жители Древнего Египта, Месопотамии и Китая. У каждого из народов планета называлась по разному: в месопотамской культуре - Мулу-баббар, т.е. «белая звезда», в вавилонской - Мардук (в честь верховного бога и покровителя Вавилона), в китайской - Суй-син или звезда года, в греческой - Фаэтон и позже - Зевс, в римской - Юпитер. В английском языке слово четверг буквально переводится как "день Тора", т.е. день бога грома и молнии в германо-скандинавской мифологии, который был связан с планетой Юпитер.

Уже в то далёкое время жители Вавилона вели целенаправленные наблюдения за движением планеты и пытались это движение объяснить. Китайские астрономы описывали двенадцатилетний цикл движения Юпитера.

рис.2 Галилео Галилей

Гораздо больше сведений о планете было получено в Средние века с помощью наблюдений в телескопы.

Так в 17 веке итальянский астроном Галилео Галилей с помощью изобретённого им телескопа открыл 4 крупнейших спутника Юпитера, впоследствии названных галилеевыми. Наблюдение послужило подтверждением гелиоцентрической системы Коперника, утверждавшего, что у Вселенной нет центра.

В 60-х годах 17 века Джованни Кассини в телескоп наблюдал на поверхности планеты пятна и полосы, по вращению которых смог вычислить период вращения Юпитера. Выяснилось также, что Юпитер сжат у полюсов. В 1690 году Кассини обнаружил, что разные области атмосферы планеты-гиганта вращаются с разной скоростью.

В 1671 году датский астроном Оле Рёмер, являющийся ещё и коллегой Кассини по Парижской обсерватории, обнаружил при наблюдении затмений спутников Юпитера, что истинное положение спутников отличается от рассчитанного на 22 минуты. Астроном установил, что наибольшей величины отклонение достигает когда Юпитер и Земля находятся по разные стороны от Солнца, на основании чего предположил, что свет проходит диаметр земной орбиты за 22 минуты и в результате вычислил скорость света. Рассчитанная Оле Рёмером величина - 215 тыс.км/с на 85 тыс.км отличается от действительной скорости света.

С 17 века астрономам известен и крупнейший атмосферный вихрь Солнечной системы - Большое Красное Пятно. Первыми его наблюдали английский астроном Роберт Гук в 1664 году и Джованни Кассини в 1665-ом.

В 1831 году наблюдения за красным пятном вёл немецкий астроном Генрих Швабе.

Однако, официальной датой обнаружения Большого Красного Пятна считается 1878 год.

В 1892 году американский астроном Эдвард Эмерсон Барнард обнаружил пятый спутник Юпитера - Амальтею. В течении следующих 87 лет с помощью наблюдений с Земли были открыты ещё 8 спутников планеты: Гималия, Элара, Пасифе, Синопе, Лиситея, Карме, Ананке и Леда.

В 1932 году германский астроном Руперт Вильдт по изображениям планеты Юпитер в инфракрасном диапазоне определил линии поглощения аммиака и метана в спектре планеты, которые в небольших количествах присутствуют в её атмосфере.

В 1938 г. в атмосфере планеты были обнаружены 3 долгоживущих антициклона, известных сегодня под названием "белое пятно". Несмотря на то, что пятна часто приближались друг к другу, лишь в 1998 году они стали сливаться, а затем поглотили третье пятно, став после Большого Красного Пятна самой заметной деталью атмосферы Юпитера.

В 1955 году американцы Бернард Берк и Кеннет Франклин при картографировании неба в диапазоне 22,2 МГц обратили внимание на помехи неизвестной природы, искажавшие сильный радиоисточник в Крабовидной туманности. Как оказалось, сигнал перебивался радиоизлучением Юпитера. Радиоизлучение оказалось состоящим из отдельных всплесков разной продолжительности и мощности: L-всплесков длительностью до нескольких секунд и S-всплесков длительностью в десятые доли секунды.

В 1959 году было обнаружено дециметровое излучение Юпитера, связанное с тороидальным поясом вокруг экватора планеты.

Спустя 5 лет было установлено влияние на радиоизлучение планеты её спутника Ио, многочисленные вулканы которого выбрасывают в космическое пространство проводящее ток вещество. Вещество под воздействием магнитного поля Юпитера излучает радиоволны в дециметровом диапазоне, которые и засекли в 1959 году.

рис.3 Космический аппарат «Пионер-10». Credit: NSSDC

2 марта 1972 года с мыса Кеннеди (сегодня называется мыс Канаверал) носителем «Атлас-Центавр» был запущен космический аппарат «Пионер-10». Спустя 1 год 10 месяцев - 3 декабря 1973 года «Пионер-10» пролетел на расстоянии в 130 тыс.км от Юпитера, сфотографировав планету и установил существование у неё интенсивных радиационных поясов. Мощное магнитное поле позволило учёным сделать вывод о существовании в недрах Юпитера проводящей ток жидкости.

Было также установлено, что количество энергии, излучаемой Юпитером в космическое пространство, в 2,5 раза превосходит количество энергии, получаемой им от Солнца, а также измерена масса спутников планеты.

13 июня 1983 года «Пионер-10» миновал орбиту Плутона, продолжая изучать солнечный ветер и космические лучи. В настоящее время сигналы от аппарата уже не поступают. Последний из сигналов был принят 23 января 2003 года, когда «Пионер-10» преодолел расстояние в 11 световых лет (7,6 млрд.км). Попытки связаться с аппаратом предпринимались 7 февраля 2003 года и 3 марта 2006 года, но они окончились неудачей.

Спустя год после запуска «Пионера-10» аналогичным носителем был запущен космический аппарат «Пионер-11», отличие которого от предыдущего аппарата состояло лишь в наличии индукционного магнитометра для измерения интенсивных магнитных полей вблизи планет. 2 декабря 1974 года аппарат приблизился к Юпитеру на расстояние 43 тыс.км. В результате установленного на борту «Пионера-11» оборудования были сфотографированы Большое Красное Пятно и полярные регионы Юпитера, измерена масса спутника планеты Каллисто. На основании снимков с аппарата учёными впервые были выдвинуты предположения о существовании у Юпитера системы колец.

30 сентября 1995 года, когда «Пионер-11» удалился на расстояние 6,5 млрд.км от Земли, его миссия в связи с исчерпанием энергии была завершена. кратковременные сигналы от аппарата приходили до ноября того же года, однако связаться с ним не удалось.

Сегодня космические аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» вышли за пределы Солнечной системы: первый из них направляется в сторону Альдебарана (созвездие Тельца), второй - в направлении созвездия Щит.

рис.4 «Вояджер-2». Credit: NASA

рис.5 «Вояджер-1». Credit: NASA

В 1977 году с разницей в 16 дней к Юпитеру направились космические аппараты программы «Вояджер». Первоначально программа создавалась для изучения планет Юпитера и Сатурна, а также их спутников, но в связи с успехом достижения всех целей миссия была продолжена. На сегодняшний день аппаратами кроме изучения 2-ух представленных выше планет-гигантов сфотографированы Уран, Нептун, 48 их спутников, исследована магнитосфера планет и их кольца.

Первым 20 августа 77 года с космодрома Космического центра Кеннеди носителем «Титан-Центавр» был запущен «Вояджер-2». 9 июля аппарат подошёл к Юпитеру на расстояние в 570 тыс.км. от верхней границы облаков.

С помощью установленного на аппарате оборудования были изучены циклоны в атмосфере Юпитера, сфотографирована поверхность спутников планеты Европы и Ганимеда. В результате выяснилось, что под поверхностью Европы возможно существование жидкого океана (по-видимому водного), а поверхность Ганимеда покрыта грязным водяным льдом.

Вторым был запущен аппарат «Вояджер-1» - 5 сентября 1977 года. К планете Юпитер он подлетел 5 марта 1979 года и сделал серию снимков планеты с расстояния 207 тыс.км. Были сделаны детальные снимки спутников Юпитера, получены данные о температуре верхних атмосферных слоёв Юпитера и химическом составе атмосферы.

В настоящее время «Вояджеры» удаляются от Солнца, изучая солнечный ветер и внешние области Солнечной системы. Скорость «Вояджера-1» составляет 17 км/с, это наивысшая скорость среди всех космических аппаратов, запущенных с Земли, достигнутая за счёт нескольких гравитационных манёвров. Скорость «Вояджера-2» несколько ниже. Как предполагают учёные связь с аппаратами будет ещё по крайней мере в течении одного десятилетия, что позволит получать важные данные о границах Солнечной системы.

рис.6 Космический аппарат «Галилео». Credit: NASA

18 октября 1989 года с космодрома Космического центра Кеннеди стартовал многоразовый транспортный космический корабль «Атлантис», одной из задач которого был запуск космического аппарата «Галилео». Миссия аппарата «Галилео» заключалась в подробном исследовании Юпитера и его спутников.

Целых 6 лет аппарат путешествовал по ближним областям Солнечной системы: 10 февраля 1990 года прошёл на расстоянии 16 тыс.км от Венеры, затем 8 октября того же года для совершения гравитационного манёвра вернулся к Земле, после чего отправился к астероиду Гаспра, пройдя от него на расстоянии в 1600 км 29 октября 1991 году. На этом путь корабля к Юпитеру не закончился: 8 декабря 1992 года он снова вернулся к Земле, чтобы затем отправится к астероиду Ида, изучив который «Галилео» в июле 1995 года наконец вошёл в пределы системы Юпитера.

Спустя 5 месяцев - 7 декабря 1995 года в атмосферу планеты на скорости сто шесть тысяч километров в час вошёл спускаемый зонд, который проработав 58 минут собрал данные о давлении и температуре юпитерианской атмосферы, которые затем посредством главного аппарата были переданы на Землю. Выяснилось, что внешние облака Юпитера имеют температуру в -80°C и давление в 1,6 атмосфер, тогда как с глубиной температура и давление повышаются: на глубине 130 км температура возросла до +150°C, а давление до 24 атмосфер. Ниже зонд не опустился: расплавился от сильной жары.

Сам аппарат продолжил изучать динамику атмосферы Юпитера и делать высококачественные снимки его поверхности. Для этого «Галилео» с помощью главного двигателя был выведен на орбиту вокруг планеты. За 8 лет нахождения аппарата на орбите он сделал 35 оборотов вокруг Юпитера, передав на Землю свыше 30 гигабайт информации: 14 тысяч изображений планеты и спутников, а также данные о динамике атмосферы, и это несмотря на то, что главная антенна аппарата не раскрылась и поток данных составил лишь 1% от потенциально возможного. Атмосфера, как выяснилось, в разных местах содержит разное количество водяного пара: где-то его содержание в 100 раз ниже чем в среднем в атмосфере, где-то немного выше. Подобные сухие пятна находятся всегда в одних и тех же местах, со временем уменьшаясь или увеличиваясь. В атмосфере были обнаружены грозы и очень мощные электрические разряды, в 1000 раз более мощные чем на Земле.

При исследовании спутников Юпитера было обнаружено, что: у Ио есть собственное магнитное поле, под поверхностью Европы с большой вероятностью имеется водный океан, существование которого было выдвинуто на основании наблюдений «Вояджера-2», наличие жидкой воды в недрах возможно и у спутников Ганимеда и Каллисто.

21 сентября 2003 года миссия аппарата была завершена: «Галилео» со скоростью 50 км/с вошёл в атмосферу Юпитера и сгорел в её верхних слоях.

Кроме рассмотренных выше аппаратов, чьей миссией было всестороннее изучение Юпитера и его спутников, мимо планеты в разные годы пролетали: космический аппарат «Улисс», который 8 февраля 1992 года осуществил в окрестностях планеты гравитационный манёвр перед выходом на околосолнечную полярную орбиту, попутно исследовав магнитосферу; космический аппарат «Кассини-Гюгенс» 30 декабря 2000 года совершавший гравитационный манёвр на расстоянии в 10 млн.км от Юпитера и передавший на Землю снимки высокого разрешения, проведший уникальный эксперимент по измерению магнитного поля планеты сразу с 2-ух точек и обнаруживший ряд интересных явлений; аппарат «Новые горизонты», осуществивший 28 февраля 2007 года в окрестностях Юпитера гравитационный манёвр по пути к Плутону и передавший на Землю качественные фотографии планеты и её спутников, общим объёмом в 33 гигабайт.

Изучение планеты Юпитер идёт и с помощью космического телескопа «Хаббл», который первым сфотографировал полярные сияния на планете, сделал снимки столкновения с планетой обломков кометы Шумейкеров-Леви 9 в июле 1994 года, снимки атмосферных вихрей.

В настоящее время НАСА разрабатывается проект автоматической межпланетной станции «Юнона», запуск которой намечен на август 2011 года. Миссия аппарата очень обширна: после выхода на полярную орбиту «Юнона» займётся изучением магнитного поля планеты и составлением трехмерной карты магнитосферы, исследованием глубоких атмосферных слоёв, структуры и состава атмосферы, построением карты ветров.

На 2020 год запланирован старт программы Europa Jupiter System Mission. Программа, реализуемая при участии NASA, ESA, JAXA и Роскосмоса, предназначена для изучения 4 галилеевых спутников Юпитера и магнитосферы самой планеты, посредством нескольких космических аппаратов: «Jupiter Europa Orbiter» (NASA), предназначенного для исследования Европы и Ио, «Jupiter Ganymede Orbiter» (ESA) для исследования Ганимеда и Каллисто, «Jupiter Magnetospheric Orbiter» (JAXA) с помощью которого будет исследоваться магнитосфера Юпитера, «Jupiter Europa Lander» (Роскосмос), представляющего собой спускаемый зонд для изучения поверхности Европы. В настоящий момент основными являются первые 2 программы: JEO и JGO. Вся программа Europa Jupiter System Mission рассчитана на 9 лет: запуск аппаратов в 2020 году, прилёт к планете в 2026-ом и непосредственно работа аппаратов сроком 3 года.

Орбитальное движение и вращение планеты Юпитер

рис.7 Расстояние от планет до Солнца. Credit: Lunar and Planetary Institute

Вокруг Солнца планета Юпитер движется по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 1°304". Эксцентриситет орбиты составляет 0,0489. Но, несмотря на небольшой эксцентриситет расстояние до Солнца меняется весьма в широких пределах: от 4,95 а.е. в перигелии, до 5,45 а.е. в афелии, в среднем составляя - 5,203 а.е. или 780 млн. км.

Эксцентриситет Юпитера непостоянен, на него действуют 2 рода возмущений Сатурна: вековое и резонансное.

При первом, действующем в масштабе 70 тысяч лет эксцентриситет орбиты планеты меняется в пределах от 0,2 до 0,06, а наклон оси от 1° до 2°.

Второе возмущение связанно с орбитальным резонансом 2-ух крупнейших планет Солнечной системы: период орбитального движения Юпитера составляет 2/5 периода движения по орбите Сатурна.

Двигаясь вокруг Солнца со средней скоростью 13,06 км/с Юпитер совершает один оборот за 11,862 земных года (4332 дня).

Полный оборот планеты вокруг своей оси происходит за гораздо меньший промежуток времени - всего 9 часов 55 минут. По этому показателю Юпитер является быстрейшим в Солнечной системе. В связи с тем, что самая большая планета в Солнечной системе не имеет твёрдой поверхности, фактически представляя собой огромный газовый шар, экваториальные области верхних областей атмосферы вращаются на 5 мин 11 с быстрее полярных и на 4 мин 25 с быстрее вращения всей планеты. Из-за большой скорости вращения Юпитер сильно сжат: коэффициент сжатия больше 6 %. Таким образом планета имеет форму сжатого сфероида.

Ось вращения Юпитера наклонена под углом 3°5" к плоскости орбиты, из-за чего сезонные изменения на планете выражены весьма слабо.

Строение планеты Юпитер. Физические условия на Юпитере

Планета Юпитер не имеет твёрдой поверхности, поэтому, говоря о его размерах, указывают радиус верхней границы облаков, где давление порядка 10 КПа. Исходя из измерений получается, что радиус Юпитера на экваторе равен 71492 км (в 11,2 раза больше земного). Полярный радиус заметно меньше экваториального и равен 66854 км, т.е. сжатие планеты e = 1/16 (Земля у полюсов сжата примерно на 1/298 своего диаметра). Точность, с которой определен радиус Юпитера, невелика.

рис.8 Сравнение планет Солнечной системы. Credit: сайт

Масса Юпитера равняется 1,899 10 27 кг., в 317,8 раз превосходя массу Земли. По этому показателю Юпитер - планета-чемпион, содержащая в себе более 2/3 всех планет Солнечной системы. Несмотря на такую колоссальную массу плотность планеты невелика и составляет всего 1,33 г./см 3 , т.е. в 4 раза ниже плотности Земли и сравнимо с плотностью воды.

Столь низкая плотность - результат химического состава Юпитера, который отличен от земного. Если на Земле преобладающими химическими элементами являются железо, кислород, кремний и магний, то на Юпитере - водород и гелий, с небольшой примесью метана, молекул воды, аммиака, следами ацетилена, этана, угарного газа, синильной кислоты, гидрида германия, фосфина и пропана. Как видим - это всё газы, поэтому атмосфера как таковая у Юпитера отсутствует, а сама планета представляет собой гигантский газовый шар. По-видимому, элементный состав всей планеты в целом не отличается от солнечного (около 90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжёлых элементов).

рис.9 Внутреннее строение Юпитера. Credit: Lunar and Planetary Institute

В толще атмосферы водород и гелий находятся в сверхкритическом состоянии: плотность достигает 0,6-0,7 г/см 3 и свойства вещества скорее напоминают жидкость, способную проводить электрический ток (температура этой жидкости -140°C). Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 10000 км. Что лежит ниже этого слоя - точно неизвестно; на счёт внутреннего строения Юпитера существуют лишь гипотезы, которых на данный момент всего две.

По одной из них под слоем жидкого молекулярного водорода нет твёрдой массы: большая температура и давление в центре Юпитера сжимают небольшое жидкое ядро из расплавленных металлов и силикатов, окружённое водно-аммиачной жидкой оболочкой. Диаметр ядра ~25 000 км, температура - 23 000 К при давлении ~8000 ГПа.

По другой гипотезе на глубине 10000 км. давление достигает 300 ГПа, температура 11000 К, и водород переходит в вырожденное или металлическое состояние (электроны оторваны от протонов), т.е. становится подобным жидкому металлу. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину около 42000 км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твёрдое ядро радиусом 4000 км, с температурой близкой к 30000 К. Масса ядра около 13 масс земного шара.

Слой металлического водорода способен проводить электрический ток и по всей видимости является источником существования обширного магнитного поля планеты.

В отличие от простого газообразного водорода, жидкий металлический водород способен проводить электрический ток. Устойчивый радиошум и сильное магнитное поле Юпитера излучаются как раз этим слоем металлической жидкости.

В атмосфере Юпитера отчётливо просматриваются параллельные экватору плоскости, слои, или зоны, вращающиеся вокруг оси планеты с различными угловыми скоростями. Быстрее всего вращается экваториальная зона - период её обращения 9 ч 50 мин 30 с, что на 5 мин 11 с меньше периода обращения полярных зон. Каждая точка экватора движется со скоростью 45 тысяч километров в час.

рис.10 Карта поверхности Юпитера составленная по фотоснимкам аппарата «Кассини-Гюгенс» сделанным 11-12 декабря 2000 г. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

В связи с тем, что разные точки планеты вращаются с разной скоростью у Юпитера, в отличии, например, от Земли, 3 системы координат. Первая из них - система долгот для точек, лежащих в пределах от 10° с.ш. до 10° ю.ш. Вторая система долгот применяется для точек всех остальных широт, период обращения которых составляет 9 часов 55 минут 40,6 секунд. В принципе она соответствует скорости вращения самой заметной детали в атмосфере Юпитера - Большого Красного Пятна, однако же вращение последнего непостоянно и испытывает вековые смещения неправильного характера. Система долгот под номером три связана с периодичностью спорадического радиоизлучения Юпитера.

Диск Юпитера имеет полосатую структуру, являющуюся следствием преимущественно зонального (т.е. ориентированного вдоль параллелей) направления ветра в атмосфере Юпитера. Ветры, кстати, здесь очень сильные - до 500 км/ч. Изучение атмосферы позволило сказать, что ветры эти также существуют в более низких ее слоях, вплоть до тысячи километров от внешних облаков. Отсюда сделан вывод, что они управляются не энергией излучения Солнца, а внутренним теплом планеты, в то время как на Земле все происходит наоборот.

Разница в количестве тепла на полюсах и экваторе вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении силой Кориолиса. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые наиболее интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх красный фосфор, серу, и, возможно, органику, возникающие благодаря наличию конвективных движений в области, где давление порядка 100 КПа, а температура составляет около 160 К. В области тёмных полос конвективные движения наиболее сильны, и это объясняет их более интенсивную окраску. Тёмные полосы (коричневые и оранжевые) имеют аэрозольную природу и состоят из частиц диаметром 0,2-0,3 мкм. Белые же полосы - это высокие облака, состоящие из ледяных кристаллов, с температурой -130°C. Синеватые области, лежащие только к северу и к югу от экватора, являются зонами с малым покрытием облаками, что позволяет заглянуть в глубь атмосферы. Облака же в пределах синеватых структур самые высокие.

Облачный слой планеты Юпитер имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристалликов NН 3 (аммиака), ниже расположены кристаллы сероводорода аммония и метана, облака из кристаллов льда и капелек воды. Некоторые модели допускают наличие четвёртого яруса облаков из жидкого аммиака. Толщина всего облачного слоя Юпитера около 50 км. Кроме того у планеты имеется водородная и гелиевая короны, и ионосфера, протяжённость которой по высоте - порядка 3000 км.

рис.11 Большое Красное Пятно в атмосфере Юпитера. Credit: Voyager 1/NASA

В умеренных южных широтах Юпитера медленно перемещается овальное Большое Красное Пятно, поперечные размеры которого 15 на 25 тыс. км. Большое Красное Пятно, занимавшее по долготе 30°, было обнаружено в 1878 г. на широте -20°. Впоследствии оно уменьшало свою интенсивность, затем несколько увеличивало, но всегда оставалось более слабым, чем в момент открытия. Его можно видеть и сейчас, а просмотр старых зарисовок показал что его наблюдал ещё в 1664 году английский естествоиспытатель Роберт Гук, не обращая на него особого внимания. За сто лет оно совершает примерно 3 оборота, двигаясь в западном направлении. Природа этого феномена до конца неясна. По-видимому, это долгоживущий атмосферный вихрь - антициклон. По наблюдениям космической станции «Galileo» внешние области Большого Красного Пятна вращаются с большой скоростью против часовой стрелки, делая один оборот за 4-6 дней, в то время как внутренние медленно вращаются в противоположном направлении.

По краям Большого Красного Пятна располагаются облака, состоящие из аммиака. Облака эти также вращаются и порой исчезают: тогда вокруг Большого Красного Пятна образуется тёмная область.

Кроме Большого Красного в атмосфере Юпитера также обнаружены: белое пятно, размером более 10 тысяч км., которое образовалось в 30-х годах 20 века к югу от Большого Красного Пятна и множество других меньших атмосферных вихрей, которые по размерам превышают крупнейшие ураганы Земли в десятки раз. Иногда атмосферные вихри сталкиваются: так в 2002 году произошло столкновение Большого Красного и Большого Белого пятен, продолжавшееся целый месяц. Вращение Белого Пятна в результате столкновения замедлилось.

Магнитное поле планеты Юпитер. Магнитосфера Юпитера

На Юпитере имеется магнитное поле. Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит дипольный момент Земли, но так как напряжённость магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряжённость у поверхности Юпитера выше, по сравнению с Землей, только в 5-6 раз. Магнитная ось наклонена к оси вращения на 10,2 ± 0,6°. Дипольная структура магнитного поля доминирует до расстояний порядка 15 радиусов планеты, причём зона наиболее интенсивной радиации зарегистрирована на расстоянии 177 тысяч километров от поверхности Юпитера, где уровень радиации в 10 тыс. раз выше чем в радиационных поясах Земли.

Далее начинается недипольная магнитосфера, которая больше земной примерно в 100 раз. Простирается она на 750 миллионов километров (за орбиту Сатурна!). В направлении Солнца протяжённость магнитосферы в 200 раз меньше - до 100 радиусов планеты.

Некоторые из ионов в пределах магнитосферы присоединяют электроны, образуя нейтральные атомы, которые, развивая скорости в сотни тысяч километров в час, покидают магнитосферу, и вторгаются в межпланетное пространство.

рис.12 Потоки заряженных частиц от спутника Ио. Снимки получены Hubble Space Telescope. Credit: JPL/NASA/STScI

Генерацию мощного магнитного поля Юпитера связывают с быстрым вращением центральных областей планеты, содержащих металлический водород и проводящих ток. Магнитосфера же связана с действием солнечного ветра, под действием которого образуются радиационные пояса, и с потоками заряженных частиц, выносящихся под действием магнитного поля планеты из плазменного тора (поверхности вращения) спутника Юпитера - Ио. Источником этих частиц являются вулканы Ио, которые поставляют в пределы плазменного тора до 1 тонны материала в секунду.

Радиационные пояса Юпитера состоят из заряженных частиц - электронов, с огромной энергией, составляющей около 20 МэВ. Впервые радиоизлучение у планеты - одно из самых сильных в дециметровом диапазоне (l > 10 м), было обнаружено в 1955 году. Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, а степень поляризации достигает 100 %. Оно имеет спорадический характер, т.е. состоит из отдельных всплесков разной интенсивности.

Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц, в среднем - около 18 МГц. Ширина всплесков достигает 1 МГц. Как правило длительность всплесков составляет десятые доли секунды, лишь иногда доходя до 15 секунд.

В появлении кратковременных радиовсплесков наблюдается определённая периодичность. Период вращения, вычисленный из наблюдений спорадического радиоизлучения, равен 9 часов 55 минут 29 секунд. Он близок к периоду системы II (система долгот для средних широт Юпитера), но отличается от него вполне заметно. Для анализа радионаблюдений в связи с этим была предложена система долгот III, соответствующая периодичности спорадического радиоизлучения.

Природа спорадического радиоизлучения Юпитера остаётся пока не раскрытой. Высказывалось предположение, что источником его могут служить мощные грозовые разряды, однако спектр радиоизлучения земных грозовых разрядов не обрывается резко со стороны высоких частот. В качестве механизма генерации предлагаются плазменные колебания в ионосфере Юпитера (аналогично спорадическому радиоизлучению Солнца), но как они возбуждаются и почему источники локализованы на определённых долготах - не ясно.

Кольца Юпитера

Кроме обширной магнитосферы и стабильного радиоизлучения, у Юпитера установлено существование огромного плоского кольца из пыли и некрупных камней.

Кольцо Юпитера впервые было обнаружено американским космическим кораблём «Voyager-1» в марте 1979 года, который был специально запрограммирован на поиск слабых планетных колец. Впоследствии к Юпитеру был направлен «Voyager-2», целью которого было детальное фотографирование кольца с выяснением его строения. И эта цель была достигнута. Выяснилось, что колец у Юпитера три: внутреннее гало, главное и внешнее паутинное.

рис.13 Строение системы колец Юпитера. Credit: NASA/JPL/Cornell University

Внутреннее кольцо Юпитера, лежащее выше 92000 километров от планеты, и имеющее ширину 30500 километров сформировано из мельчайших частиц пыли, которые, падая из внутреннего просвета главного кольца к поверхности планеты, подхватываются магнитными потоками.

Главное кольцо Юпитера, шириной 6400 км, имеет резко выраженную внешнюю границу на высоте 129200 км от планеты. Внутренняя же граница главного кольца постепенно сливается с внутренним кольцом, образуя ореол, шириной 22800 км. Масса главного кольца составляет 10 13 кг. Состоит главное кольцо из частиц пыли, меньше 10 микронов в диаметре (такой размер имеют частицы сигаретного дыма), что подтверждено наблюдениями прямого рассеяния излучения в оптическом диапазоне. Время существования отдельных пылинок в главном кольце Юпитера из-за сильных негравитационных возмущений, невелико - около одной тысячи лет, поэтому должен быть источник их постоянного пополнения. Им по-видимому являются 2 спутника планеты - Адрастея и Метис, орбиты которых лежат в пределах главного кольца. При столкновении с микрометеоритами с поверхности спутников поднимаются миллиарды микрочастиц, которые затем рассеиваются по орбите вокруг планеты.

Паутинное кольцо Юпитера, шириной более 85 тыс. км., простирается от верхней границы главного кольца и орбиты спутника Адрастеи, до орбиты другого спутника - Фивы. Оно очень слабое и широкое. Паутинное кольцо, как выяснилось после полёта космического корабля «Galileo», двойное, причём одно кольцо вложено в другое.

Внутреннее кольцо - паутинное Амальтея, простирается от орбиты Адрастеи до орбиты Амальтеи, т.е. на 52 тыс. км. Внешнее кольцо - паутинное Фивы, простирается от орбиты Амальтеи приблизительно до орбиты Фивы, лежащей в 221900 километрах от поверхности Юпитера. Источниками пополнения пылевых частиц, размер которых такой же как и для главного кольца, для внутреннего паутинного кольца является Амальтея, для внешнего - Фива.

Кольца Юпитера существуют в пределах интенсивного пояса электронов и ионов, "пойманных" в магнитном поле планеты. Кольца плоские (ширина в районе 10 км) и весьма разряженные. Альбедо колец невелико - 0,015. При наблюдении с Земли их можно заметить только при фазовых углах, близких к 180 градусам, при которых яркость колец возрастает в 100 раз, а тёмная ночная сторона Юпитера не оставляет засветки. Главное и паутинное кольца Юпитера в этом случае имеют красноватый цвет, а кольцо гало - нейтральный или синий.

Спутники Юпитера

Наряду с системой колец в настоящее время известно 63 спутника Юпитера.

Первые из них наблюдал в 1609 году немецкий астроном Симон Марий. Однако астроном не опубликовал результаты своих наблюдений, поэтому датой открытия первых спутников Юпитера считается 1610 г. а открывателем итальянский астроном Галилео Галилей. Направив свой телескоп на планету Юпитер 7 января, Галилей заметил «три слабых источника света», и поначалу принял их за звёзды. Однако же «звёзды» были выстроены на одной прямой линии с Юпитером и тем самым вызвали интерес астронома. Галилей продолжил свои наблюдения, и спустя 4 дня обнаружил ещё одну «звезду». После наблюдения открытых «звёзд» в течении нескольких недель, Галилео сделал вывод, что это вовсе не звёзды, а планеты, вращающиеся вокруг Юпитера. Свои результаты астроном опубликовал в книге «Звёздный вестник» («Siderius Nuncius»), вышедшей в марте того же года. Так были открыты 4 самых больших спутника самой большой планеты - Ио, Ганимед, Каллисто и Европа, которые, в честь своего первооткрывателя, были названы галилеевыми.

рис.14 Галилеевы спутники Юпитера. Слева направо: Ганимед, Каллисто, Ио, Европа. Credit: NASA/JPL/DLR

Ио - самый вулканически активный космический объект в Солнечной системе. Каждую секунду действующие вулканы спутника выбрасывают более 100 тыс. тонн породы со скоростью до одного километра в секунду, состав которой до конца неизвестен. Порода растекается по поверхности, заполняя все неровности и пустоты: котлованы, некоторые из которых более километра в глубину, трещины, метеоритные кратеры. Т.е. поверхность Ио - очень изменчива, и, вероятно, является самой молодой в Солнечной системе (моложе 1 млн. лет).

Шлейфа от вулканических извержений протягиваются на сотни километров от спутника и являются источником частиц, которые затем заряжаются магнитным полем Юпитера, формируя протяжённые радиационные пояса.

В настоящее время учёные считают, что высокая вулканическая активность спутника Юпитера Ио связана с воздействием 2-ух ближайших спутников Европы и Ганимеда, с которыми Ио находится в орбитальном резонансе - их орбитальные периоды относятся как 1:2:4. Приливное воздействие, формирующее выпуклости на поверхности спутника до 100 метров высотой (данный механизм сходен с земными приливами) разогревает его недра, результат которого в виде сверх интенсивного вулканизма и наблюдают космические аппараты.

Ганимед - самый большой спутник в Солнечной системе, превышающий по размерам Меркурий и Плутон и к тому же единственный спутник планеты у которого установлено наличие собственного магнитного поля. В отличии от только что рассмотренной Ио спутник Юпитера Ганимед в тектоническом отношении спутник спокойный. Хотя в прошлом здесь также извергались вулканы и текли потоки лавы, случались землетрясения. Следами тех далёких катаклизмов являются горные хребты, тянущиеся на тысячи километров и лавовые плато. Установлено на Ганимеде и наличие воды: в виде льда, лежащего на поверхности, и в виде жидкого солёного океана, который, как предполагают специалисты из Калифорнийского университета, существует на глубине 150-200 км., между двумя слоями водяного льда.

В этом отношении на Ганимед похож другой спутник Юпитера - Европа, поверхность которой также покрыта слоем водяного льда, под поверхностью которого предполагается наличие водяного океана с глубинами до 50 км.. На наличие океана указывают трещины в ледяной коре и незначительные - менее сотен метров - перепады высот на Европе. По предположению ряда учёных есть все основания предполагать наличие жизни в этом огромном водном океане, по объёму превосходящем Мировой океан на Земле в 2 раза.

Четвёртый из галилеевых спутников, и самый дальний от Юпитера - Каллисто. Поверхность этого спутника чрезвычайно плотно покрыта ударными кратерами, в то же время вулканические кратеры отсутствуют, как и следы какой-либо тектонической деятельности. Поэтому неудивительно, что именно поверхность Каллисто считается самой древней в пределах Солнечной системы с возрастом 4 млрд. лет..

Галилеевы спутники имеют слоистую структуру, подобную земной; здесь также выделяются ядро, мантия и кора, состав которых, однако, сильно различается. Так ядра Ио, Европы и Ганимеда состоят из железа, ядро Каллисто - из скальных пород, с небольшой примесью водяного льда. Над поверхностью металлических ядер Ио и Европы лежит мантия из силикатных пород, ядер Ганимеда и Каллисто - мантия из водяного льда. Кору же Ио образует смесь серы и её солей, остальных галилеевых спутников - водный лёд с примесью скальных пород на Ганимеде...

Несмотря на то, что по размерам галилеевы спутники примерно такие же, как Луна, вследствие большого расстояния от нас их диски (порядка 1") различаются лишь на пределе, являясь объектами 5-6m.

В очень хороших атмосферных условиях опытные наблюдатели видели отдельные пятна па дисках галилеевых спутников, и им удалось составить карты основных деталей на их поверхности. На основании этих наблюдений было также установлено, что галилеевы спутники вращаются вокруг оси синхронно с движением вокруг Юпитера и обращены к нему всё время одной стороной.

Каждый день они расположены по-разному: то два справа, два слева; то три с одной стороны, а один - с другой; то все четыре станут цепочкой по одну сторону от Юпитера. А бывает и так, что какой- нибудь из них спрячется за шар Юпитера или станет перед ним и исчезнет на его фоне, либо же попадёт в тень от Юпитера. Во всех этих случаях спутник становится невидим.

Галилеевы спутники относятся к так называемым регулярным спутникам Юпитера, вместе с Метисом, Адрастеей, Амальтеей и Тебой. Регулярные спутники имеют маленькие орбиты, близкие к круговым и лежат в экваториальной плоскости Юпитера. Сформировались они, вероятно, в раннем протопланетном диске газа и пыли вокруг Юпитера на ранних этапах его формирования.

Остальные спутники Юпитера называются иррегулярными и их большинство. Они гораздо слабее чем регулярные: от 13m до 18m, имеют небольшие размеры и большие орбиты. Примерно четверть из них обращаются вокруг Юпитера в направлениях, обратных направлению его собственного вращения. Полагают, что это захваченные планетой астероиды.

Однако, непосредственно захватить проходящие астероиды с гелиоцентрической орбиты - не легко. Часть начальной энергии объектов должна быть рассеяна так, чтобы Юпитер «мог держаться за них». В настоящее же время не имеется никакого видимого источника, способного рассеивать энергию для захвата спутников с гелиоцентрических орбит. Однако на ранних этапах своего развития Юпитер, по- видимому, имел обширную атмосферу, которая простиралась гораздо выше чем сегодняшняя. Трение с этой атмосферой могло приводить к захвату астероидов, и превращению их в иррегулярные спутники. В качестве подтверждения этой гипотезы можно привести следующий факт: большинство иррегулярных спутников объединены в динамические группы или «семейства» с похожими полуглавными осями и углами наклона. Возможно эти семейства были сформированы, когда некие массивные небесные тела разбились на захвате из- за давления, проявленного воздействием с расширенной атмосферой.

Семейств иррегулярных спутников пока выделено всего четыре. Первое из них, расположенное ближе всего к планете - семейство Гималии, включающее 5 иррегулярных спутников с орбитальным радиусом в 150 радиусов Юпитера (11 млн. км) и углом наклона 30°.

Второе из семейств - семейство Ананке, образуют сразу 11 спутников с орбитальным радиусом в 300 радиусов Юпитера (20 млн. км.) и углом наклона от 145° до 152°.

Следом за ними - в 23 млн. км. от поверхности Юпитера вращаются спутники семейства Карме, которых известно 12. Они имеют значительный угол наклона - 165°, малые размеры - 2- 5 км. (лишь у Карме, по имени которого названо семейство диаметр достигает 46 км.) и вытянутые орбиты.

Примерно на таком же расстоянии от Юпитера вращаются спутники другого семейства - семейства Пасифе. Орбиты их ещё более вытянутые, хотя углы наклона меньше - до 158,5°.

Следует отметить, что семейств или групп иррегулярных спутников, видимо гораздо больше. Если просмотреть предварительные обзоры, составленные с использованием современных CCD датчиков, оказывается, что вокруг Юпитера вращаются сотни (!) иррегулярных спутников с диаметром более 1 км.. Так, в 2003 году, астрономы обнаружили сразу 23 новых спутника, используя самые современные телескопы, расположенные на вершине вулкана Мауна-Кеа (Гавайи). Техника постоянно совершенствуется, поэтому неудивительно, если в этом году откроют ещё несколько десятков маленьких спутников, расстояние от которых до планеты Юпитер измеряется десятками миллионов километров...

Юпитер является пятой планетой по удаленности от Солнца и самой крупной в Солнечной системе. Так же, как и Уран, Нептун и Сатурн, Юпитер относится к газовым гигантам. Про него человечество знало уже давно. Довольно часто встречаются упоминания о Юпитере в религиозных верованиях и мифологии. В современности планета получила свое имя в честь древнеримского бога.

По масштабам на Юпитере атмосферные явления намного превосходят земные. Самым примечательным образованием на планете считается Большое красное пятно, которое является гигантским штормом, известным нам еще с 17 века.

Примерное число спутников – 67, из которых самыми крупными являются: Европа, Ио, Каллисто и Ганимед. Первым их открыл Г. Галилей в 1610 году.

Все исследования планеты проводятся при помощи орбитальных и наземных телескопов. Начиная с 70-х годов к Юпитеру отправили 8 аппаратов НАСА. Во время великих противостояний планета была видна невооруженным глазом. Юпитер относится к самым ярким объектам неба после Венеры и Луны. А спутники и сам диск считаются самыми популярными для наблюдателей.

Наблюдения за Юпитером

Оптический диапазон

Если рассматривать объект в инфракрасной области спектра, можно обратить внимание на молекулы Не и Н2, точно так же становятся заметными линии остальных элементов. Количество Н говорит о происхождении планеты, а про внутреннюю эволюцию можно узнать благодаря качественному и количественному составу других элементов. Но молекулы гелия и водорода не обладают дипольным моментом, а это означает, что их абсорбционные линии не заметны до момента поглощения ударной ионизацией. Также данные линии появляются в верхних слоях атмосферы, откуда они не способны нести данные про более глубокие слои. Исходя из этого, самую достоверную информацию о количестве водорода и гелия на Юпитере можно получить, используя аппарат «Галилео».

Касательно остальных элементов, их анализ и интерпретация сильно затруднительны. Полной достоверности о происходящих процессах в атмосфере планеты сказать никак нельзя. Также под большим вопросом химический состав. Но, по мнению большинства астрономов, все процессы, которые могут влиять на элементы, локальны и ограничены. Из этого выходит, что они не несут особых изменений в распределение веществ.

Юпитер излучает энергии на 60% больше, чем потребляет от Солнца. Данные процессы влияют на размеры планеты. В год Юпитер уменьшается на 2 см. П. Боденхеймер в 1974 году выдвинул мнение, что в момент формирования планета была в 2 раза больше, нежели сейчас, а температура была значительно выше.

Гамма-диапазон

Изучение планеты в гамма-диапазоне касается полярного сияния и изучения диска. Космическая лаборатория Эйнштейна зарегистрировала это в 1979 году. С Земли области полярного сияния в ультрафиолете и рентгене совпадают, но к Юпитеру это не относится. Более ранние наблюдения установили пульсацию излучения с периодичностью в 40 минут, но поздние наблюдения эту зависимость проявили намного хуже.

Астрономы надеялись, что при помощи рентгеновского спектра авроральное сияние на Юпитере будет похоже на сияние комет, но наблюдения с Chandra опровергли эту надежду.

По данным космической обсерватории XMM-Newton, выходит, что излучение диска в спектре гамма – это солнечное рентгеновское отражение излучения. По сравнению с полярным сиянием нет никакой периодичности интенсивности излучения.

Радионаблюдения

Юпитер относится к самым мощным радиоисточникам Солнечной системы в метровом-дециметровом диапазонах. Радиоизлучение обладает спорадическим характером. Подобные всплески происходят в диапазоне от 5 до 43 МГц, со средней шириной – 1 МГц. Продолжительность всплеска сильно мала – 0,1-1 сек. Излучение поляризовано, а по кругу может достигать 100%.

Радиоизлучение планеты в короткосантиметровом-миллиметровом диапазонах обладает чисто тепловым характером, хоть в отличие от равновесной температуры яркостная значительно выше. Эта особенность говорит о потоке тепла из недр Юпитера.

Вычисления гравитационного потенциала

Анализ траекторий космических аппаратов и наблюдения движений естественных спутников показывают гравитационное поле Юпитера. Обладает сильными отличиями в сравнении со сферически симметричным. Как правило, гравитационный потенциал представлен в разложенном виде по полиномам Лежандра.

Аппараты «Пионер-10», «Пионер-11», «Галилео», «Вояджер-1», «Вояджер-2» и «Кассини» использовали для вычисления гравитационного потенциала насколько измерений: 1) передавали изображения, чтобы определить их местоположение; 2) эффект Доплера; 3) радиоинтерферометрия. Некоторым из них при измерениях приходилось учитывать гравитационное присутствие Большого красного пятна.

Помимо этого, обрабатывая данные, приходится постулировать теорию движения спутников Галилея, обращающихся вокруг центра планеты. Огромной проблемой для точных вычислений считается учет ускорения, у которого негравитационный характер.

Юпитер в Солнечной системе

Экваториальный радиус данного газового гиганта составляет 71,4 тыс. км, тем самым в 11,2 раза превышая Земной. Юпитер – это единственная в своем роде планета, у которой центр масс с Солнцем расположен вне Солнца.

Масса Юпитера превышает суммарный вес всех планет в 2,47 раза, Земли – в 317,8 раз. Но меньше от массы Солнца в 1000 раз. По плотности сильно схожа со Светилом и в 4,16 раз меньше, чем у нашей планеты. Зато сила тяжести превышает земную в 2,4 раза.

Планета Юпитер как «неудавшаяся звезда»

Некоторые исследования теоретических моделей показали, что если бы масса Юпитера была немного большей, чем она есть в действительности, то планета начала бы сжиматься. Хоть небольшие изменения особо не повлияли бы на радиус планеты, при условии если б реальная масса увеличилась в четыре раза, планетарная плотность выросла настолько, что начался б процесс уменьшения размеров из-за действия сильной гравитации.

Исходя из данного исследования, Юпитер обладает максимальным диаметром как для планеты с аналогичной историей и строением. Дальнейшее увеличение массы привело к продолжительности сжатия до тех пор, пока Юпитер в процессе формирования звезды не превратился бы в коричневого карлика с массой, превосходящей его нынешнюю массу в 50 раз. Астрономы считают, что Юпитер – это «неудавшаяся звезда», хоть до сих пор не ясно, существует ли схожесть между процессом формирования планеты Юпитер и теми планетами, которые формируют двойные звездные системы. По ранним данным выходит, что Юпитер должен был быть в 75 раз массивнее, чтобы стать звездой, но самый маленький известный красный карлик больший в диаметре всего на 30%.

Вращение и орбита Юпитера

Юпитер с Земли имеет видимую величину в 2,94m, что делает планету третьим объектом по яркости, которые видны невооруженным взглядом после Венеры и Луны. Максимально отдалившись от нас, видимый размер планеты равен 1,61m. Минимальное расстояние от Земли к Юпитеру равно 588 миллионов километров, а максимальное - 967 миллионов километров.

Противостояние между планетами происходит каждые 13 месяцев. Нужно отметить, что раз в 12 лет проходит великое противостояние Юпитера, в данный момент планета находится возле перигелия собственной орбиты, при этом угловой размер объекта с Земли равен 50 угловым секундам.

Юпитер удален от Солнца на 778,5 миллионов километров, при этом полный оборот вокруг Солнца планета делает за 11,8 земных года. Наибольшее возмущение на движение Юпитера по собственной орбите делает Сатурн. Существует два вида возмещения:

Вековое – оно действует на протяжении 70 тысяч лет. При этом меняется эксцентриситет орбиты планеты.

Резонансное - проявляется за счет соотношения близости 2:5.

Особенностью планеты можно назвать то, что она имеет большую близость между плоскостью орбиты и плоскостью планеты. На планете Юпитер не бывает смены сезонов года, за счет того, что ось вращения планеты наклонена 3,13°, для сравнения можно добавить, что наклон оси Земли равен 23,45°.

Вращение планеты вокруг своей оси является самым быстрым среди всех планет, которые входят в Солнечную систему. Таким образом, в районе экватора Юпитер делает оборот вокруг оси за 9 часов 50 минут и 30 секунд, а средние широты этот оборот делают на 5 минут и 10 дольше. В силу такого вращения радиус планеты на экваторе на 6,5% больше чем в средних широтах.

Теории о существовании жизни на Юпитере

Огромное количество исследований за все время говорит о том, что условия Юпитера не способствуют зарождению жизни. Прежде всего, это объясняется низким содержанием воды в составе атмосферы планеты и отсутствием твердой основы планеты. Нужно отметить, что в 70-х годах прошлого века была выдвинута теория о том, что в верхних слоях атмосферы Юпитера возможно существование живых организмов, которые живут на основе аммиака. В поддержку данной гипотезы можно сказать, что атмосфера планеты даже на небольших глубинах имеет высокую температуру и большую плотность, а это способствует химическим эволюционным процессам. Данная теория была высказана Карлом Саганом, после чего совместно с Э.Э. Солпитером ученые проделали ряд вычислений, которые позволили вывести три предполагаемых формы жизни на планете:

• Флотеры – должны были выступать как огромные организмы, размером как большой город на Земле. Они подобны к воздушному шару, поскольку занимаются откачкой с атмосферы гелия и оставляя водород. Живут в верхних слоях атмосферы и вырабатывают молекулы для питания самостоятельно.
• Синкеры – микроорганизмы, которые способны очень быстро размножаться, что и позволяет выжить виду.
• Ханнтеры – хищники, которые питаются флотерами.

Но это только гипотезы, которые не подтверждены научными фактами.

Строение планеты

Современные технологии еще не позволяют ученым точно определить химический состав планеты, но все же верхние слои атмосферы Юпитера изучены с высокой точностью. Изучение атмосферы стало возможным только за счет спуска космического аппарата под названием «Галилео», он вошел в атмосферу планеты в декабре 1995 года. Это позволило точно говорить, что атмосфера состоит из гелия и водорода, кроме этих элементов, был обнаружен метан, аммиак, вода, фосфин и сероводород. Предполагается, что более глубокий шар атмосферы, а именно тропосфера, состоит из серы, углерода, азота и кислорода.

Также присутствуют инертные газы, такие как ксенон, аргон и криптон, причем их концентрация больше чем на Солнце. Возможность существования воды, диоксида и моноксидуглеродов возможна в верхних слоях атмосферы планеты за счет столкновения с кометами, как пример приводят комету Шумейкеров-Леви 9.

Красноватый цвет планеты объясняется присутствием соединений красного фосфора, углерода и серы или даже за счет органики, которая зародилась при воздействии электрических разрядов. Нужно отметить, что цвет атмосферы неоднороден, это говорит о том, что разные участки состоят из разных химических компонентов.

Структура Юпитера

Принято считать, что внутренняя структура планеты под облаками состоит со слоя гелия и водорода толщиной в 21 тысячу километров. Здесь вещество имеет плавный переход в своей структуре от газообразного состояния до жидкого, после чего идет слой с металлическим водородом мощностью в 50 тысяч километров. Средняя часть планеты занята твердым ядром с радиусом в 10 тысяч километров.

Наиболее признанная модель строения Юпитера:

1. Атмосфера:
2. Внешний водородный слой.

Средний слой представлен гелием (10%) и водородом (90%).

• Нижняя часть состоит из смеси гелия, водорода, аммония и воды. Этот слой подразделяют еще на три:

  • Верхний – аммиак в твердой форме, который имеет температуру в −145 °C с давлением в 1 атм.
  • Посередине находится гидросульфат аммония в кристаллизованном состоянии.
  • Нижнюю позицию занимает вода в твердом состоянии и возможно даже в жидком. Температура составляет порядка 130 °C, а давление 1 атм.

1. Слой, состоящий из водорода в металлическом состоянии. Температуры могут меняться от 6,3 тысяч до 21 тысячи кельвинов. При этом давление так же изменчиво – от 200 и до 4 тысяч Гпа.
2. Каменное ядро.

Создание данной модели стало возможным за счет анализа наблюдений и проведенных исследований с учетом законов экстраполяции и термодинамики. Нужно отметить, что данная структура строения не имеет четких границ и переходов между соседними слоями, а это в свою очередь говорит о том, что каждый слой полностью локализован, и исследовать их можно отдельно.

Атмосфера Юпитера

Температурные показатели роста по всей планете не монотонны. В атмосфере Юпитера, так же как и в атмосфере Земли, можно выделить несколько слоев. Верхние слои атмосферы обладают самыми высокими показателями температуры, а двигаясь к поверхности планеты, данные показатели значительно снижаются, но в свою очередь растет давление.

Термосфера планеты теряет большую часть тепла самой планеты, также здесь формируется так называемое полярное сияние. Верхней границей термосферы принято считать отметку давления в 1 нбар. При изучении были получены данные по температуре в этом слое, она достигает показателя в 1000 К. Ученым еще не удалось объяснить, почему здесь такая высокая температура.

Данные с аппарата «Галилео» показали, что температура верхних облаков составляет −107 °C при давлении в 1 атмосферу, а при спуске на глубину в 146 километров температура возрастает до показателя в +153 °C и давление в 22 атмосферы.

Будущее Юпитера и его спутников

Всем известно, что в итоге Солнце, как и другая звезда, исчерпает весь запас термоядерного топлива, при этом его светимость будет увеличиваться на 11% каждый миллиард лет. За счет этого привычная обитаемая зона значительно сместится за пределы орбиты нашей планеты вплоть до достижения поверхности Юпитера. Это позволит на спутниках Юпитера растопить всю воду, что позволит положить начало зарождения живых организмов на планете. Известно, что через 7,5 млрд лет Солнце как звезда превратится в красного гиганта, за счет этого Юпитер обретет новый статус и станет горячим Юпитером. При этом температура поверхности планеты будет составлять порядка 1000 К, а это приведет к свечению планеты. В этом случае спутники будут выглядеть как безжизненные пустыни.

Спутники Юпитера

Современные данные говорят, что Юпитер имеет 67 естественных спутников. Со слов ученых можно сделать вывод, что таких объектов вокруг Юпитера может быть больше сотни. Спутники планеты названы в основном в честь мифических персонажей, которые в какой-то мере связаны с Зевсом. Все спутники подразделены на две группы: внешние и внутренние. К внутренним относятся только 8 спутников, среди которых и галилеевы.

Первые спутники Юпитера были открыты еще в 1610 году известным ученым Галилео Галилеем, это Европа, Ганимед, Ио и Каллисто. Данное открытие стало подтверждением правоты Коперника и его гелиоцентрической системе.

Вторая половина XX века ознаменовалась активным изучением космических объектов, среди которых особого внимания заслуживает Юпитер. Эту планету исследовали с помощью мощных наземных телескопов и радиотелескопов, но самые большие достижения в этой отрасли были получены за счет применения телескопа «Хаббла» и запуска большого количества зондов к Юпитеру. Исследования активно продолжаются и на данный момент, поскольку Юпитер хранит еще много тайн и загадок.

Юпитер – одна из планет Солнечной системы. Пожалуй, Юпитер можно назвать самой таинственной и загадочной планетой. Между Сатурном и Марсом можно увидеть пятую планету Солнечной системы. Именно Юпитер считается самой большой планетой в Солнечной системе. По крайней мере, человечеству не известно никаких планет, которые превосходили бы Юпитер по размеру. Поэтому дальше предлагаем прочитать больше интересных и удивительных фактов о планете Юпитер.

1. Юпитер – самая большая планета Солнечной системы. В объеме Юпитер превышает Землю в 1300 раз, а по тяжести – в 317 раз.

2. Юпитер расположился между Марсом и Сатурном и является пятой планетой Солнечной системы.

3. Планету назвали в честь верховного бога римской мифологии – Юпитера.

4. Сила гравитации на Юпитере больше земной в 2,5 раза.

5. В 1992 году к Юпитеру приблизилась комета, которая разорвала мощное гравитационное поле планеты на множество осколков на расстоянии 15 тысяч км от планеты.

6. Юпитер – самая быстрая планета Солнечной системы.

7. На то, чтобы совершить оборот вокруг своей оси, Юпитеру нужно 10 часов.

8. Оборот вокруг солнца Юпитер совершает за 12 лет.

9. На Юпитере самое сильное магнитное поле. Сила его действия превышает земное магнитное поле в 14 раз.

10. Сила радиации на Юпитере может нанести вред космическим аппаратам, которые приближаются к планете слишком близко.

11. У Юпитера самое большое число спутников из всех изученных планет – 67.

12. Большинство спутников Юпитера невелики в диаметре и достигают 4 км.

13. Самые известные спутники Юпитера – Каллисто, Европа, Ио, Ганимед. Их открыл Галилео Галилей.

14. Имена спутников Юпитера неслучайны, они названы в честь любовников бога Юпитера.

15. Самый крупный спутник Юпитера – Гинимед. В диаметре он превышает 5 тысяч км.

16. Спутник Юпитера Ио покрыт горами и вулканами. Это второе известное космическое тело, имеющее действующие вулканы. Первое – Земля.

17. Европа – еще один спутник Юпитера – состоит из водяного льда, под которым может скрываться океан, превышающий земной.

18. Каллисто по предположениям состоит из темного камня, так как практически не имеет отражающей способности.

19. Юпитер практически полностью состоит из водорода и гелия, при этом имеет твердое ядро. По своему химическому составу Юпитер очень близок к Солнцу.

20. Атмосфера этого гиганта также состоит из гелия и водорода. Она имеет оранжевую окраску, которую придают соединения серы и фосфора.

21. На Юпитере есть атмосферный вихрь, который выглядит как огромное красное пятно. Это пятно впервые было замечено Кассини в 1665 году. Тогда протяженность вихря составляла около 40 тысяч километров, в наши дни этот показатель уменьшился вдвое. Скорость вращения вихря около 400 км/ч.

22. Время от времени атмосферный вихрь на Юпитере полностью исчезает.

23. На Юпитере регулярно бывают бури. Около 500 км/ч скорость вихревых потоков.

24. Чаще всего продолжительность бурь не превышает 4 дня. Однако, иногда они затягиваются на долгие месяцы.

25. Раз в 15 лет на Юпитере происходят очень сильные ураганы, которые разрушали бы все на своем пути, если было бы что разрушать, и сопровождаются молниями, которые по силе нельзя сравнить с молниями на Земле.

26. У Юпитера, так же как у Сатурна, есть так называемые кольца. Они возникают от столкновения спутников гиганта с метеорами, в результате чего в атмосферу выбрасывается большое количество пыли и грязи. Наличие колец у Юпитера было установлено в 1979 году, а обнаружены они были космическим аппаратом Вояджер-1.

27. Основное кольцо Юпитера ровное. В длину оно достигает 30 км, а в ширину 6400 км.

28. Гало – внутреннее облако – в толщину достигает 20000 км. Гало находится между основным и заключительным кольцами планеты и состоит из твердых темных частиц.

29. Третье кольцо Юпитера еще называют паутинкой, так как оно имеет прозрачную структуру. На деле оно состоит из мельчайших обломков спутников Юпитера.

30. На сегодняшний день у Юпитера насчитывают 4 кольца.

31. В атмосфере Юпитера очень низкая концентрация воды.

32. Астроном Карл Саган высказывал предположение о том, что верхних слоях атмосферы Юпитера возможна жизнь. Эта гипотеза была выдвинута в 70-е годы. На сегодняшний день гипотеза не доказана.

33. В слое атмосферы Юпитера, который содержит облака из водяного пара, давление и температура благоприятны для водно-углеводородной жизни.

Облачный пояс Юпитера

34. Галилео, Вояджер-1, Вояджер-2, Пионер-10, Пионер-11, Улисс, Кассини и Новые горизонты – 8 космических аппаратов, которые посетили Юпитер.

35. «Пионер-10» – первый космический аппарат, который посетил Юпитер. Зонд «Юнона» был запущен в сторону Юпитера в 2011 году и, по предположениям, достигнет планеты в 2016 году.

36. Свет Юпитера намного ярче Сириуса – самой яркой звезды на небе. В безоблачную ночь в небольшой телескоп или хороший бинокль можно увидеть не только Юпитер, но и 4 его спутника.

37. На Юпитере идут алмазные дожди.

38. Если бы Юпитер находился от Земли на расстоянии Луны, то мы могли бы видеть его таким.

39. Форма планеты чуть сдавлена с полюсов и немного выпуклая на экваторе.

40. Ядро Юпитера по размерам приближено к Земле, но по массе меньше ее в 10 раз.

41. Самое близкое расположение Юпитера к Земле составляет примерно 588 миллионов километров, а самое дальнее расстояние составляет 968 миллионов километров.

42. В самой ближней точке от Солнца Юпитер находится на расстоянии 740 миллионов км, а в самой дальней – 816 миллионов км.

43. Космическому аппарату «Галилео», чтобы достичь Юпитера, понадобилось больше 6 лет.

44. Космическому аппарату «Вояджер-1» понадобилось лишь два года для достижения орбиты Юпитера.

45. Самым быстрым полетом к Юпитеру может похвастаться миссия «Новые горизонты» - чуть больше года.

46. Средний радиус Юпитера составляет 69911 км.

47. Диаметр Юпитера на экваторе составляет 142984 км.

48. Диаметр на полюсах Юпитера чуть меньше и имеет длину около 133700 км.

50. Для того чтобы стать звездой, Юпитеру недостает массы. Хотя это самая большая планета Солнечной системы.

51. Если представить ситуацию, что человек спрыгнул с парашюта, то на Юпитере он никогда не смог бы найти место для посадки.

52. Слои, из которых состоит планета – это не что иное, как наложение газов друг на друга.

53. По предположениям ученых, ядро газового гиганта окружено металлическим и молекулярным водородом. Более точную информацию о строении Юпитера получить не составляет возможности.

54. В тропосфере Юпитера содержится вода, гидросульфит и аммиак, которые образуют знаменитые белые и красные полосы планеты.

55. Красные полосы Юпитера горячие, и их называют поясами; белые полосы планеты холодные, и их называют зонами.

56. В южном полушарии ученые нередко наблюдают картину, что белые полосы полностью закрывают красные.

57. Температура в тропосфере колеблется от -160°C до -100°C.

58. Стратосфера Юпитера содержит углеводороды. Нагревание стратосферы происходит от недр планеты и солнца.

59. Над стратосферой лежит термосфера. Здесь температура достигает 725°C.

60. На Юпитере случаются штормы и полярные сияния.

61. Сутки на Юпитере равняются 10 земным часам.

62. Поверхность Юпитера, находящаяся в тени, гораздо горячее поверхности, освещаемой Солнцем.

63. На Юпитере отсутствуют времена года.

64. Все спутники газового гиганта вращаются в противоположную сторону от траектории движения планеты.

65. Юпитер издает звуки, похожие на человеческую речь. Также их название «электромагнитные голоса».

66. Площадь поверхности Юпитера составляет 6,21796 1010 км².

67. Объем Юпитера — 1,43128 1015 км³.

68. Масса газового гиганта составляет 1,8986 1027 кг.

69. Средний показатель плотности Юпитера — 1,326 г/см³.

70. Наклон оси Юпитера составляет 3,13°.

71. Центр масс у Юпитера с Солнцем находится вне Солнца. Это единственная планета с таким показателем центра масс.

72. Масса газового гиганта превышает суммарную массу всех планет Солнечной системы примерно в 2,5 раза.

73. Размер Юпитера максимальный для планеты такого строения и такой истории.

74. Ученые создали описание трех возможных видов жизни, которые способны обитать на Юпитере.

75. Синкер – первый воображаемый вид жизни на Юпитере. Маленькие организмы, способные к невероятно быстрому размножению.

76. Флоатер – второй воображаемый вид жизни на Юпитере. Огромные организмы, способные достигать размеров со средний земной город. Питается органическими молекулами или вырабатывает их самостоятельно.

77. Хантеры – хищники, пищей для которых служат флоатеры.

78. Иногда на Юпитере происходят столкновения циклонических структур.

79. В 1975 году произошло большое циклоническое столкновение, в результате чего поблекло Красное пятно и не восстанавливало свой цвет несколько лет.

80. В 2002 году Большое Красное пятно столкнулось с вихрем «Белый овал». Столкновение продолжалось на протяжении месяца.

81. Новый белый вихрь образовался в 2000 году. В 2005 году окраска вихря приобрела красный цвет, и он получил название «Малое красное пятно».

82. В 2006 году Малое красное пятно столкнулось по касательной с Большим красным пятном.

83. Протяженность молний на Юпитере превышает тысячи километров, а по мощности они намного превосходят земные.

84. Спутники Юпитера имеют закономерность – чем ближе спутник к планете, тем больше его плотность.

Юпитер является пятой планетой от Солнца, самой большой в Солнечной системе. Полосы и завитки на его поверхности представляют собой холодные, разогнанные ветром облака, состоящие из аммиака и воды. Атмосфера в основном состоит из гелия и водорода, а известное Большое красное пятно - это гигантская буря, размеры которой превышают Землю, продолжающаяся сотни лет. Юпитер окружен 53 подтвержденными лунами, а также 14 временными, что в общей сложности составляет 67. Ученые больше всего интересуются четырьмя самыми крупными объектами, открытыми в 1610 г. Галилео Галилеем: Европой, Каллисто, Ганимедом и Ио. Юпитер также имеет три кольца, но их очень трудно увидеть, и они не столь изящны, как у Сатурна. Планета названа в честь верховного римского бога.

Сравнительные размеры Солнца, Юпитера и Земли

От светила планета удалена в среднем на 778 млн км, что составляет 5,2 На таком расстоянии свету требуется 43 минуты, чтобы добраться до газового гиганта. Размер Юпитера по сравнению с Солнцем настолько внушителен, что их барицентр выходит за пределы поверхности светила на 0,068 его радиуса. Планета значительно больше Земли и гораздо менее плотная. Их объем соотносится как 1:1321, а масса - как 1:318. От центра до поверхности размер Юпитера в км составляет 69911. Это в 11 раз шире нашей планеты. Размер Юпитера и Земли можно сравнить следующим образом. Если бы наша планета была с пятак, то газовый гигант был бы с баскетбольный мяч. Размер Солнца и Юпитера в диаметре соотносятся как 10:1, а масса планеты составляет 0,001 массы светила.

Орбита и вращение

У газового гиганта самый короткий день в Солнечной системе. Несмотря на размеры Юпитера, сутки на планете длятся около 10 ч. Год, или оборот вокруг Солнца, занимает около 12 земных лет. Экватор наклонен по отношению к ее орбитальной траектории всего на 3 градуса. Это означает, что Юпитер вращается почти в вертикальном положении и не имеет таких выраженных смен времен года, которые происходят на нашей и других планетах.

Формирование

Планета сформировалась вместе со всей Солнечной системой 4,5 миллиарда лет назад, когда гравитация привела к его образованию из вращающейся пыли и газа. обусловлены тем, что он захватил большую часть массы, оставшейся после формирования звезды. Ее объем в два раза превысил остальное вещество других объектов Солнечной системы. Он состоит из того же вещества, что и звезда, но размер планеты Юпитер не вырос достаточно для запуска термоядерной реакции. Около четырех миллиардов лет тому назад газовый гигант оказался в своем нынешнем положении во внешней Солнечной системе.

Структура

Состав Юпитера похож на солнечный — в основном это гелий и водород. Глубоко в атмосфере давление и температура растут, сжимая газообразный водород в жидкость. Из-за этого у Юпитера самый большой океан в Солнечной системе, состоящий из водорода вместо воды. Ученые считают, что на глубинах, возможно, на полпути к центру планеты, давление становится настолько большим, что электроны выдавливаются из атомов водорода, превращая его в жидкий электропроводящий металл. Быстрое вращение газового гиганта вызывает в нем электрические токи, генерирующие сильное магнитное поле. До сих пор неизвестно, есть ли у планеты центральное ядро из твердого материала, или оно представляет собой густой сверхгорячий суп из железа и силикатных минералов (подобных кварцу) с температурой до 50 000 °C.

Поверхность

Как газовый гигант, Юпитер не имеет истинной поверхности. Планета состоит в основном из вращающихся газов и жидкостей. Так как космический корабль не сможет приземлиться на Юпитер, то он не сможет и улететь невредимым. Экстремальные давления и температуры глубоко внутри планеты раздавят, расплавят и испарят корабль, который попытается на нее попасть.

Атмосфера

Юпитер внешне выглядит как цветной гобелен облачных полос и пятен. Газовая планета, вероятно, имеет три отдельных облачных слоя в ее «небе», которые вместе охватывают около 71 км. Верхний состоит из аммиачного льда. Средний слой, скорее всего, образуют кристаллы гидросульфида аммония, а внутренний - водяной лед и пар. Яркие цвета толстых полос на Юпитере могут быть выбросами серы и фосфорсодержащих газов, поднимающиеся из его недр. Быстрое вращение планеты создает сильные вихревые потоки, разделяя облака на длинные темные пояса и светлые зоны.

Отсутствие твердой поверхности, способной их замедлить, позволяет пятнам Юпитера сохраняться в течение многих лет. Планету охватывает более десятка господствующих ветров, некоторые достигают скорости 539 км/ч на экваторе. Размеры Красного пятна на Юпитере в два раза шире Земли. Образование закрученной овальной формы наблюдается на гигантской планете уже более 300 лет. Еще совсем недавно три небольших овала образовали маленькое Красное пятно, около половины размера большего кузена. Ученые пока не знают, являются ли эти овалы и опоясывающие планету полосы неглубокими или простираются далеко в глубину.

Потенциал для жизни

Окружающая среда Юпитера, вероятно, не способствует жизни, как мы ее знаем. Температуры, давления и вещества, которые характеризуют эту планету, скорее всего, слишком экстремальны и летальны для живых организмов. Хотя Юпитер является маловероятным местом для живых существ, того же нельзя сказать о некоторых из его многих спутников. Европа - одно из наиболее вероятных мест для поиска жизни в нашей Солнечной системе. Есть свидетельства существования под ледяной корой огромного океана, в котором может поддерживаться жизнь.

Спутники

Множество мелких и четыре большие образуют Солнечную систему в миниатюре. У планеты 53 подтвержденных сателлита, а также 14 временных, что дает в общей сложности 67. Об этих недавно открытых спутниках сообщили астрономы и Международный астрономический союз дал им временное обозначение. Как только их орбиты будут подтверждены, они будут включены в число постоянных.

Четыре крупнейшие спутника — Европа, Ио, Каллисто и Ганимед — впервые были обнаружены в 1610 г. астрономом Галилео Галилеем с помощью ранней версии телескопа. Эти четыре луны сегодня представляют одно из самых увлекательных направлений исследований. Ио является самым вулканически активным телом в Солнечной системе. Ганимед - самый большой из них (даже больше, чем планета Меркурий). Второй по размеру спутник от Юпитера - Каллисто - мало имеет небольших кратеров, что указывает на малую степень текущей поверхностной активности. Океан жидкой воды с ингредиентами для жизни может лежать под ледяной корой Европы, делая ее заманчивым объектом для изучения.

Кольца

Обнаруженные в 1979 году аппаратом НАСА «Вояджер-1» кольца Юпитера стали сюрпризом, так как оказались составленными из темных частиц небольшого размера, которые можно увидеть только против солнца. Данные с космического аппарата «Галилео» говорят о том, что система колец может быть образована пылью межпланетных метеорных тел, разбившихся о малые внутренние спутники.

Магнитосфера

Магнитосфера газового гиганта - это область пространства, находящегося под влиянием мощного магнитного поля планеты. Она простирается на расстояние 1-3 млн км к Солнцу, что в 7-21 раз превышает размеры Юпитера и сужается в форме хвоста головастика на 1 млрд км, достигая орбиты Сатурна. Огромное магнитное поле в 16-54 раза мощнее земного. Оно вращается с планетой и захватывает частицы, обладающие электрическим зарядом. Возле Юпитера оно улавливает полчища заряженных частиц и ускоряет их до очень высоких энергий, создавая интенсивное излучение, которое бомбардирует ближайшие спутники и способное повредить космический аппарат. Магнитное поле вызывает одни из наиболее впечатляющих в Солнечной системе на полюсах планеты.

Исследование

Хотя Юпитер был известен с древних времен, первые детальные наблюдения этой планеты были сделаны Галилео Галилеем в 1610 г. с помощью примитивного телескопа. И только недавно его посетили космические корабли, спутники и зонды. 10-й и 11-й «Пионеры», 1-й и 2-й «Вояджеры» первыми полетели на Юпитер в 1970 годах, а потом на орбиту газового гиганта был отправлен «Галилео», а в атмосферу был спущен зонд. «Кассини» сделал подробные фотографии планеты на пути к соседнему Сатурну. Следующая миссия «Джуно» прибыла на Юпитер в июле 2016 г.

Знаменательные события

• 1610: Галилео Галилей впервые произвел детальные наблюдения планеты.
• 1973: первый космический аппарат «Пионер-10» пересек и пролетел мимо газового гиганта.
• 1979: первый и второй «Вояджеры» обнаружили новые луны, кольца и вулканическую активность на Ио.
• 1992: 8 февраля мимо Юпитера пролетел «Улисс». Гравитация изменила траекторию космического аппарата в сторону от плоскости эклиптики, выведя зонд на окончательную орбиту над южным и северным полюсами Солнца.
• 1994: в районе южного полушария Юпитера произошло столкновение с фрагментами кометы Шумейкера-Леви.
• 1995-2003: космический аппарат «Галилео» сбросил зонд в атмосферу газового гиганта и провел длительные наблюдения планеты, ее колец и спутников.
• 2000: «Кассини» совершил свой самый близкий подход к Юпитеру на расстояние примерно 10 млн км, сделав очень подробную цветную мозаичную фотографию газового гиганта.
• 2007: снимки, сделанные космическим кораблем НАСА New Horizons на пути к Плутону, показали новые перспективы атмосферных бурь, кольца, вулканический Ио и ледяную Европу.
• 2009: астрономы наблюдали падение кометы или астероида на южное полушарие планеты.
• 2016: запущенная в 2011 г. «Джуно» прибыла на Юпитер и начала проведение углубленных исследований атмосферы планеты, ее глубинного строения и магнитосферы с целью разгадки ее происхождения и эволюции.

Поп-культура

Огромные размеры Юпитера не уступают и его значительному присутствию в поп-культуре, включая фильмы, телепередачи, видеоигры и комиксы. Газовый гигант стал заметным пунктом в научно-фантастическом фильме сестер Вачовски «Восхождение Юпитер», различные спутники планеты стали обителью «Облачного атласа», «Футурамы», «Гало» и многих других лент. В фильме «Люди в черном», когда агент Джей (Уилл Смит) говорит о том, что одна из его учительниц казалась ему родом с Венеры, агент Кей (Томми Ли Джонс) ответил, что она на самом деле с одного из спутников Юпитера.

Юпитер — самая крупная планета Солнечной системы. Расположена она на пятой орбите от Солнца.
Относится к категории газовых гигантов и в полной мере оправдывает правильность такой классификации.

Юпитер получил своё название в честь древнего верховного бога-громовержца. Вероятно, из-за того, что известна планета была с давних времён и иногда встречалась в мифологии.

Масса и размер.
Если сопоставить размеры Юпитера и Земли — можно понять, насколько сильно они отличаются. Юпитер превосходит по радиусу нашу планету более чем в 11 раз.
При этом масса Юпитера больше массы Земли в 318 раз! И это ещё сказывается маленькая плотность гиганта (уступает земной почти в 5 раз).

Строение и состав.
Ядро планеты, что весьма интересно, является каменным. Его диаметр около 20 тысяч километров.
Затем следует слой металлического водорода, имеющий вдвое больший диаметр, нежели ядро. Температура этого слоя колеблется от 6 до 20 тысяч градусов.
Следующий слой составляет субстанция из водорода, гелия, аммиака, воды и другого. Её толщина также около 20 тысяч километров. Что интересно, у поверхности этот слой имеет газообразную форму, но потом постепенно переходит в жидкую.
Ну и последний, внешний слой — состоит, по большей части, из водорода. Также есть некоторая часть гелия и чуть меньше — других элементов. Этот слой газообразный.

Орбита и вращение.
Скорость движения Юпитера по орбите не очень велика. Полный оборот вокруг центральной звезды планета совершает почти за 12 лет.
А вот скорость вращения вокруг своей оси, наоборот, высока. И даже более — самая высокая среди всех планет системы. Оборот занимает чуть меньше 10 часов.

Информация о планете Юпитер

Атмосфера.
Атмосфера Юпитера состоит примерно на 89% из водорода и 8-10% из гелия. Оставшиеся крохи приходятся на метан, аммоний, воду и другое.
При наблюдении издалека, хорошо видны полосы Юпитера — различные по составу, температуре и давлению слои атмосферы. Они даже цвет имеют разные — одни светлее, другие темнее. Иногда они движутся вокруг планеты в различных направлениях и почти всегда — с различной скоростью, что весьма красиво.

В атмосфере Юпитера происходят ярко выраженные явления: молнии, штормы и другие. Они имеют куда большие масштабы, нежели на нашей планете.

Температура.
Несмотря на удалённость от Солнца, температуры на планете весьма высокие.
В атмосферы — примерно от -110 °C до +1000 °C. Ну а с уменьшением расстояния до центра планеты, растёт и температура.
Но происходит это вовсе не равномерно. Особенно для его атмосферы — изменение температуры в разных её слоях происходит довольно неожиданным образом. Пока что не удаётся объяснить все такие изменения.

— Из-за быстрого вращения вокруг своей оси, Юпитер немного вытянут в высоту. Так, экваториальный его радиус превосходит полярный почти на 5 тысяч километров (71,5 тысяч км и 66,8 тысяч км соответственно).

— Диаметр Юпитера максимально приближен к пределу для планет подобного типа строения. При теоретическом дальнейшем увеличении планеты — она стала бы сжиматься, а её диаметром при этом оставался бы почти неизменным. Таким, который она имеет и сейчас.
Такое сжатие привело бы к появлению новой Звезды.

— В атмосфере Юпитера находится гигантский непрекращающийся ураган — так называемое Красное пятно Юпитера (из-за его цвета при наблюдении). Размеры этого пятна превышает несколько диаметров Земли! 15 на 30 тысяч километров — примерно таковы его размеры (и это он ещё уменьшился в 2 раза за последние 100 лет).

— Планета имеет 3 очень тонких и незаметных кольца.

— На Юпитере идут дожди из алмазов.

— Юпитер имеет самое большое количество спутников среди всех планет Солнечной системы — 67.
На одном из этих спутников, Европе, находится глобальный океан, достигающий глубины 90 километров. Объём воды в этом океане больше объёма океанов Земли (хотя по размерам спутник заметно уступает Земле). Возможно, в этом океане есть живые организмы.

Юпитер — пятая от Солнца планета в Солнечной системе. Это – планета гигант. Экваториальный диаметр Юпитера почти в 11 раз больше земного. Масса Юпитера превосходит массу Земли в 318 раз.

Планета Юпитер была известна людям с древних времён: как и Меркурий, Венеру, Марс, Сатурн, его можно увидеть на ночном небе невооруженным глазом. Когда в конце 16 века в Европе стали распространяться первые несовершенные подзорные трубы — телескопы, итальянский учёный Галилео Галилей решил сделать такой прибор для себя. Он же догадался использовать его на пользу астрономии. В 1610 г. Галилей увидел в телескоп крошечные «звёздочки», обращающиеся вокруг Юпитера. Эти четыре спутника, открытые Галилеем (галилеевы спутники) получили названия Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.

Древние римляне отожествили многих своих богов с греческими. Юпитер – верховный римский бог тождественен верховному богу Олимпа – Зевсу. Спутникам Юпитера дали имена персонажей из окружения Зевса. Ио – одна из его многочисленных возлюбленных. Европа – прекрасная финикиянка, которую Зевс похитил, преобразившись в могучего быка. Ганимед – красавец юноша-виночерпий, прислуживающий Зевсу. Нимфу Каллисто из ревности супруга Зевса Гера превратила в медведицу. Зевс поместил её на небе в виде созвездия Большой Медведицы.

В течение почти трёх веков только галилеевы спутники оставались известными науке спутниками Юпитера. В 1892 г. был открыт пятый спутник Юпитера – Амальтея. Амальтея – божественная коза, вскормившая своим молоком Зевса, когда его мать вынуждена была укрывать новорождённого сына от необузданного гнева его отца – бога Кроноса. Рог Амальтеи стал сказочным рогом изобилия. После Амальтеи открытия спутников Юпитера посыпались как из рога изобилия. На настоящее время известны 63 спутника Юпитера.

Юпитер и его спутники изучаются учёными не только с Земли с использованием современных научных методов, но и были обследованы с более близкого расстояния с помощью космических автоматов. Американская межпланетная автоматическая станция «Пионер-10» впервые подошла на относительно близкое расстояние к Юпитеру в 1973 г., «Пионер-11» — год спустя. В 1979 г. к Юпитеру приблизились американские аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». В 2000 г. автоматическая межпланетная станция «Кассини» прошла мимо Юпитера, передав на Землю фотографии и уникальную информацию о планете и её спутниках. С 1995 по 2003 годы в пределах системы Юпитера работал космический аппарат «Галилео», миссия которого заключалась в подробном исследовании Юпитера и его спутников. Космические аппараты не только помогли собрать большой объём информации о Юпитере и его многочисленных спутниках, но и обнаружить вокруг Юпитера кольцо, состоящее из мелких твёрдых частиц.

Весь рой спутников Юпитера можно разделить на две группы. Одна из них – внутренние (расположены ближе к Юпитеру), куда входят четыре галилеевых спутника и Амальтея. Все они, кроме относительно маленькой Амальтеи, крупные космические тела. Диаметр самого маленького из галилеевых спутников — Европы составляет приблизительно 0,9 от диаметра нашей Луны. Диаметр самого большого – Ганимеда в 1,5 раз больше диаметра Луны. Все эти спутники движутся по своим почти круговым орбитам в плоскости экватора Юпитера в направлении вращения планеты. Как и наша Луна, галилеевы спутники Юпитера всегда повёрнуты к своей планете одной и той же стороной: время обращения каждого спутника вокруг своей оси и вокруг планеты одинаково. Большинство учёных считают, что эти пять спутников Юпитера сформировались вместе со своей планетой.

Огромное количество внешних спутников Юпитера – небольшие космические тела. Внешние спутники в своём движении не придерживаются плоскости юпитерианского экватора. Большинство внешних спутников обращаются вокруг Юпитера в направлении противоположном направлению вращения планеты. Скорее всего, все они «чужаки» в мире Юпитера. Возможно, они представляют собой обломки столкнувшихся в окрестностях Юпитера больших космических тел, или одного развалившего на части в сильном гравитационном поле прародителя.

На настоящее время о планете Юпитер и его спутниках учёные собрали большой объём информации, космические аппараты передали на землю огромное количество фотографий, сделанных с относительно близких расстояний. Но настоящей сенсацией, сломавшей существующие ранее представления учёных о спутниках планет, стал факт, что на спутнике Юпитера Ио происходят извержения вулканов. Небольшие космические тела за время своего существования остывают в космическом пространстве, в их недрах не должно сохраняться огромной температуры, необходимой для поддержания вулканической деятельности.

Ио же не просто тело, ещё сохранившее некоторые следы активности недр, а самое активное вулканическое тело в Солнечной системе, известное в нынешнее время. Извержения вулканов на Ио можно считать почти непрерывными. И по своей силе они во много раз превосходят извержения земных вулканов.

Характеристики Юпитера

Что же даёт «жизнь» небольшому космическому телу, которое давно должно было превратиться в мёртвую глыбу. Учёные считают, что тело планеты постоянно разогревается за счет трения в породах, образующих спутник, под действием огромной силы гравитации Юпитера и сил притяжения со стороны Европы и Ганимеда. За каждый оборот Ио дважды изменяет орбиту, смещаясь радиально на 10 км к Юпитеру и от него. Периодически сжимаясь и разжимаясь, тело Ио разогревается подобно тому, как нагревается изгибаемая проволока.

Заинтересуйте детей известными фактами и нераскрытыми пока тайнами Юпитера и членов его многочисленного семейства. Интернет предоставляет возможность удовлетворить интерес по этой теме.

4.14. Юпитер

4.14.1. Физические характеристики

Юпитер (газовый гигант) – пятая планета Солнечной системы.
Экваториальный радиус: 71492 ± 4 км, полярный радиус: 66854 ± 10 км.
Масса: 1,8986 × 10 27 кг или 317.8 массы Земли.
Средняя плотность: 1.326 г/см³.
Сферическое альбедо Юпитера равно 0,54.

Поток внутреннего тепла на единицу площади «поверхности» Юпитера примерно равен потоку, получаемому от Солнца. В этом отношении Юпитер ближе к звёздам, чем к планетам земной группы. Однако источником внутренней энергии Юпитера, очевидно, не являются ядерные реакции. Излучается запас энергии, накопленной при гравитационном сжатии планеты.

4.14.2. Элементы орбиты и особенности движения

Среднее расстояние Юпитера от Солнца составляет 778,55 млн. км (5.204 а. е.). Эксцентриситет орбиты равен e = 0,04877. Период обращения вокруг Солнца равен 11.859 года (4331,572 суток); средняя орбитальная скорость – 13.07 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 1.305°. Наклон оси вращения: 3,13°. Поскольку экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты, то на Юпитере не бывает смен времён года.

Юпитер вращается быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы, причём угловая скорость вращения уменьшается от экватора к полюсам. Период вращения равен 9,925 часов. Вследствие быстрого вращения, полярное сжатие Юпитера весьма заметно: полярный радиус меньше экваториального на 6,5%.

Юпитер обладает наибольшей среди планет Солнечной системы атмосферой, которая простирается на глубину более 5000 км. Поскольку Юпитер не имеет твёрдой поверхности, внутренняя граница атмосферы соответствует глубине, на которой давление равно 10 бар (т. е. примерно 10 атм).

Атмосфера Юпитера в основном состоит из молекулярного водорода H 2 (примерно 90%) и гелия He (около 10%). Атмосфера содержит также простые молекулярные соединения: воду, метан, сероводород, аммиак, и фосфин и др. Обнаружены также следы простейших углеводородов – этана, бензола и других соединений.

Атмосфера имеет ярко выраженную полосатую структуру, состоящую из светлых зон и тёмных поясов, которые являются результатом проявления конвективных потоков, выносящих внутреннее тепло к поверхности.

В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска объясняется, видимо, повышенной концентрацией аммиака NH 3 и гидросульфида аммония NH 4 HS.

Располагающиеся ниже тёмные облака поясов предположительно содержат соединения фосфора и серы, а также некоторые простейшие углеводороды. Эти, в обычных условиях бесцветные, соединения в результате воздействия УФ излучения Солнца приобретают тёмную окраску. Облака тёмные поясов имеют более высокую температуру, чем светлых зон и представляют собой области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера.

На границах поясов и зон, где наблюдается сильная турбулентность, возникают вихревые структуры, наиболее ярким примером которых является Большое Красное Пятно (БКП) – гигантский циклон в атмосфере Юпитера, существующий уже более 350 лет. Газ в БКП вращается против часовой стрелки с периодом оборота около 6 земных суток. Скорость ветра внутри пятна превышает 500 км/ч. Ярко-оранжевый цвет пятна, видимо, связан с наличием серы и фосфора в атмосфере.

Юпитер - самая массивная планета

Длина БКП составляет около 30 тыс. км в длину, ширина – 13 тыс. км (существенно больше Земли). Размеры пятна постоянно изменяются, причём наблюдается тенденция к его уменьшению, поскольку 100 лет назад БКП было примерно в 2 раза больше. Пятно перемещается параллельно экватору планеты.

4.14.4. Внутреннее строение

В настоящее время предполагается, что в центре Юпитера находится твёрдое ядро, затем следует слой жидкого металлического водорода с небольшой примесью гелия, и внешний слой, состоящий, в основном, из молекулярного водорода. Несмотря на общую, в целом сформированную концепцию, она содержит, тем не менее, ещё много неопределённых и неясных деталей.

Для описания ядра чаще всего используется модель каменной сердцевины планеты, однако ни свойства вещества при экстремальных давлениях и температурах, достигаемых в ядре (не менее 3000–4500 ГПа и 36000 К), ни его детальный состав неизвестны. Наличие твёрдого ядра массой от 12 до 45 масс Земли (или 3–15% массы Юпитера) следует из измерений гравитационного поля Юпитера. Кроме этого, твёрдый (ледяной или каменный) зародыш прото-Юпитера для последующей аккреции лёгких водорода и гелия является необходимым элементом в современных моделях происхождения планетных систем (см. раздел 4.6).

Ядро окружено слоем металлического водорода с примесью конденсированных в капли гелия и неона. Эта оболочка простирается примерно на 78% радиуса планеты. Для достижения состояния жидкого металлического водорода необходимы (по оценкам) давление не менее 200 ГПа и температура около 10000 К.

Выше слоя металлического водорода лежит оболочка, состоящая из газожидкого (находящегося в сверхкритическом состоянии) водорода с примесью гелия. Верхняя часть этой оболочки плавно переходит во внешний слой – атмосферу Юпитера.

В рамках этой простой трёхслойной модели чёткой границы между основными слоями не существует, однако и области фазовых переходов имеют малую толщину. Следовательно, можно предположить, что почти все процессы локализованы, что и позволяет рассматривать каждый слой по отдельности.

Юпитер обладает мощным магнитным полем. Напряжённость поля на уровне видимой поверхности облаков равна 14 эрстед у северного полюса и 10,7 эрстед у южного. Ось диполя наклонена к оси вращения на 10°, а полярность обратна полярности земного магнитного поля. Существование магнитного поля объясняется наличием в недрах Юпитера металлического водорода, который, являясь хорошим проводником, вращающимся с большой скоростью, создаёт магнитные поля.

Юпитер окружён мощной магнитосферой, которая на дневной стороне простирается на расстояние 50–100 радиусов планеты, а на ночной стороне протягивается за орбиту Сатурна. Если бы магнитосферу Юпитера можно было бы видеть с поверхности Земли, то её угловые размеры превышали бы размеры Луны.

По сравнению с магнитосферой Земли магнитосфера Юпитера обладает не только большими размерами и мощностью, но и несколько иной формой, а также, наряду с дипольной, обладает ярко выраженными квадрупольной и октупольной составляющими. Форма магнитосферы Юпитера обусловлена двумя дополнительными факторами, отсутствующими в случае Земли, – быстрое вращение Юпитера и наличие близкого и мощного источника магнитосферной плазмы – спутника Юпитера Ио.

Благодаря вулканической активности Ио, находящаяся на расстоянии всего около 4.9R J от верхнего слоя планеты, ежесекундно поставляет в магнитосферу Юпитера до 1 тонны нейтрального газа, богатого серой, двуокисью серы, кислородом, натрием. Этот газ частично ионизируется и образует вблизи орбиты Ио плазменный тор.

В результате совместного действия быстрого вращения и внутримагнитосферного образования плазмы создаётся дополнительный источник магнитного поля – магнитодиск Юпитера. Плазма концентрируется в сердцевине магнитосферы в низкоширотной области, формируя магнитодиск – тонкий токовый слой, величина азимутального тока в котором убывает пропорционально расстоянию от планеты. Полный ток в магнитодиске достигает величины около 100 млн. ампер.

Электроны, движущиеся в радиационных поясах Юпитера, являются источником мощного некогерентного синхротронного излучения магнитосферы в радиодиапазоне.

4.14.6. Общая характеристика спутников и колец Юпитера

В настоящее время известно, что Юпитер обладает 63 естественными спутниками и системой колец. Все спутники подразделяются на две категории: регулярные и нерегулярные.

Восемь регулярных спутников обращаются вокруг Юпитера в направлении его вращения по практически круговым орбитам. Регулярные спутники, в свою очередь, делятся на внутренние (спутники группы Амальтеи) и главные (или галилеевы).

Спутники-пастухи. Четыре внутренних спутника Юпитера – Метида (размеры 60×40×34 км), Адрастея (20×16×14 км), Амальтея (250×146×128 км) и Теба (116×98×84 км) – имеют неправильную форму и играют роль т. н. лун-пастухов, удерживающих кольца Юпитера от распада.

Кольца Юпитера. У Юпитера имеются слабые кольца, которые находятся на высоте 55000 км от атмосферы. Существует два основных кольца и одно очень тонкое внутреннее, с характерной оранжевой окраской. Главная часть колец имеет радиус 123–129 тыс. км. Толщина колец - около 30 км. К земному наблюдателю кольца почти всегда обращены ребром, из-за чего они долгое время оставались незамеченными. Сами кольца состоят в основном из пыли и мелких каменных частиц, плохо отражающих солнечные лучи, и поэтому они плохо различимы.

Галилеевы спутники. Четыре галилеевых спутника Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) – одни из крупнейших лун Солнечной системы. Суммарная масса галилеевых спутников составляет 99,999% всех объектов, обращающихся вокруг Юпитера (более подробно о галилеевых спутниках см. далее в разделе 4.14.7).

Нерегулярные спутники. Нерегулярными принято называть такие спутники, орбиты которых обладают большими эксцентриситетами; либо спутники, которые движутся по орбите в обратном направлении; либо спутники, орбиты которых характеризуются большими наклонами к экваториальной плоскости. Нерегулярные спутники – это, по всей видимости, астероиды, захваченные из числа «троянцев» или «греков».

Нерегулярные спутники, которые обращаются вокруг Юпитера в направлении его вращения:
Фемисто (не образует семейства);
группа Гималии (Леда, Гималия, Лисития, Элара, S/2000 J 11);
Карпо (не образует семейства).

Нерегулярные спутники, которые обращаются вокруг Юпитера в обратном направлении:
S/2003 J 12 (не образует семейства);
группа Карме (13 спутников);
группа Ананке (16 спутников);
группа Пасифе (17 спутников);
S/2003 J 2 (не образует семейства).

4.14.7. Галилеевы спутники: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто

Галилеевы спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) открыты Галилео Галилеем (в честь которого и получили название) 8 января 1610 года.

Галилеевы спутники вращаются синхронно и всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной (т. е. находятся в спин-орбитальном резонансе 1:1) вследствие влияния мощных приливных сил планеты-гиганта. Кроме этого, Ио, Европа и Ганимед находятся в орбитальном резонансе – их орбитальные периоды относятся как 1:2:4. Стабильность орбитальных резонансов галилеевых спутников наблюдается с момента открытия, т. е. на протяжении 400 земных лет и более 20 тысяч «спутниковых» (Ганимеда) лет (период обращения Ганимеда равен 7,155 земных суток).

Ио (средний диаметр – 3640 км, масса – 8,93 × 10 22 кг или 0,015 массы Земли, средняя плотность – 3,528 г/см 3) находится ближе других галилеевых спутников к Юпитеру (в среднем на расстоянии 4.9R J от его поверхности), чем, видимо, и обусловлена её вулканическая активность – самая высокая в Солнечной системе. Одновременно на поверхности Ио могут извергаться более 10 вулканов. В результате этого рельеф Ио полностью изменяется в течение нескольких сотен лет. Крупнейшие извержения ионических вулканов выбрасывают вещество со скоростью 1 км/с на высоту до 300 км. Подобно земным вулканам, вулканы на Ио выбрасывают серу и диоксид серы.Ударные кратеры на Ио практически отсутствуют, так как уничтожаются постоянными извержениями и потоками лавы. В дополнение к вулканам на Ио имеются невулканические горы, озёра расплавленной серы, вязкие лавовые потоки длиной в сотни километров. В отличие от других галилеевых спутников, на Ио нет воды или льда.

Европа (диаметр – 3122 км, масса – 4,80 × 10 22 кг или 0,008 массы Земли, средняя плотность – 3,01 г/см 3) в среднем находится на расстоянии 8.4R J от поверхности Юпитера. Европа полностью покрыта слоем воды толщиной предположительно около 100 км (частью – в виде ледяной поверхностной коры толщиной 10–30 км; частью, как полагают, – в виде подповерхностного жидкого океана). Далее залегают горные породы, а в центре предположительно находится небольшое металлическое ядро. Глубина океана – до 90 км, а его объём превышает объём мирового океана Земли. Тепло, необходимое для поддержания его в жидком состоянии, предположительно вырабатывается за счёт приливных взаимодействий (в частности, приливы поднимают поверхность спутника на высоту до 30 метров). Поверхность Европы очень ровная, лишь немногие образования, напоминающие холмы, имеют высоту несколько сот метров. Высокое альбедо (0,67) спутника свидетельствует о том, что поверхностный лёд довольно чистый. Количество кратеров невелико, имеется только три кратера диаметром больше 5 км.

Сильное магнитное поле Юпитера вызывает электротоки в солёном океане Европы, которые и формируют её необычное магнитное поле.

Магнитные полюса расположены вблизи экватора спутника и постоянно смещаются. Изменения мощности и ориентации поля коррелируют с прохождением Европы через магнитное поле Юпитера. Предполагается, что в океане Европы может существовать жизнь.

На поверхности Ганимеда имеется, в основном, два типа регионов: очень старые, сильно кратерированные тёмные области и более «молодые» (но тоже древние) светлые области, отмеченные протяжёнными рядами гряд и выемок. Происхождение светлых регионов связано, очевидно, с тектоническими процессами. Многочисленные ударные кратеры имеются на обоих типах поверхности Ганимеда, что говорит об их древности – до 3–3,5 млрд. лет (подобно лунной поверхности).

Каллисто (диаметр – 4821 км, масса – 1,08 × 10 23 кг или 0,018 массы Земли, средняя плотность – 1,83 г/см 3) в среднем находится на расстоянии 25.3R J от поверхности Юпитера. Каллисто – одно из самых кратерированных тел в Солнечной системе. Следовательно, поверхность спутника очень старая (около 4 млрд. лет), а его геологическая активность крайне низкая. Каллисто имеет наименьшую плотность из всех галилеевых спутников (наблюдается тенденция: чем дальше спутник от Юпитера – тем ниже его плотность) и состоит, вероятно, на 60% изо льда и воды и на 40% из горных пород и железа. Предполагается, что Каллисто покрыт ледяной корой толщиной 200 км, под которой находится слой воды толщиной около 10 км. Более глубокие слои состоят, по-видимому, из спрессованных горных пород и льда с постепенным возрастанием горных пород и железа к центру.

Дополнительная литература:

Т. Оуэн, С. Атрейа, Х. Ниман. «Внезапная догадка»: первые результаты зондирования атмосферы Титана космическим аппаратом «Гюйгенс»

Основные данные

Крупнейшие спутники планет

обр — вращается в направлении, обратном движению по орбите

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, его диаметр в 11 раз превосходит диаметр Земли, а масса в 318 раз больше массы Земли. Путь Юпитера по орбите вокруг Солнца занимает 12 лет, при этом среднее расстояние до Солнца равно 800 млн км. Пояса облаков в атмосфере и Большое Красное пятно делают Юпитер весьма живописной планетой.

Юпитер — не твердая планета. В отличие от четырех твердых планет, ближе других расположенных к Солнцу, Юпитер представляет собой огромный газовый шар. Есть и еще три газовых гиганта, которые еще более удалены от Солнца: Сатурн, Уран и Нептун. По своему химическому составу эти газовые планеты очень похожи па Солнце и сильно отличаются от твердых внутренних планет Солнечной системы. Атмосфера Юпитера, например, на 85 процентов состоит из водорода и примерно на 14 процентов — из гелия. Хотя сквозь облака Юпитера мы не можем видеть никакой твердой, каменистой поверхности, но глубоко внутри планеты водород находится под таким давлением, что приобретает некоторые черты металла.

Юпитер вращается вокруг своей оси исключительно быстро — он делает один оборот за 10 часов. Скорость вращения настолько высока, что планета выпячивается вдоль экватора. Такое быстрое вращение является, кроме того, причиной очень сильных ветров в верхних слоях атмосферы, где облака вытягиваются длинными красочными лентами. Разные части атмосферы вращаются с несколько различными скоростями, и именно это различие порождает полосы облаков. Облака над Юпитером неоднородные, бурные, поэтому внешний вид облачных полос может измениться всего за несколько дней. В облаках Юпитера имеется, кроме того, очень большое количество вихрей и крупных пятен. Самое большое из них — так называемое Большое Красное пятно, превосходящее но своим размерам Землю. Его можно увидеть даже через небольшой телескоп. Большое Красное пятно представляет собой огромного размера бурю в атмосфере Юпитера, которую наблюдают пот уже 300 лет. По орбитам вокруг Юпитера летает не менее 16 лун. Одна из
них, является самым большим спутником и нашей Солнечной системе; он превосходит по размеру планету Меркурий.

Путешествия к Юпитеру

К Юпитеру уже было послано пять космических кораблей. Пятый из них, «Галилей», был отправлен в шестилетнее путешествие в октябре 1989 г. Космические корабли «Пионер-10» и «Пионер-11» впервые произвели измерения. За ними последовали два корабля «Вояджер», которые в 1979 г. сделали фотографии крупным планом, от которых просто захватывает дух. После 1991 г. фотографировать Юпитер па-чал космический телескоп «Хаббл», и эти снимки по качеству не уступают тем, что были сделаны «Вояджерами». К тому же космический телескоп «Хаббл» будет делать фотографии в течение нескольких лет, в то время как в распоряжении «Вояджеров» был лишь короткий промежуток времени, пока они пролетали мимо Юпитера.

Облака ядовитого газа

Темные, красноватые полосы на Юпитере называются поясами, а более светлые полосы — зонами. Фотографии, сделанные космическими кораблями и космическим телескопом «Хаббл», покалывают, что всего за несколько педель в поясах и попах происходят заметные изменения. Это связано с тем, что видимые для нас характерные черты Юпитера в действительности являются цветными и белыми облаками верхних слоях атмосферы. Вблизи Большого Красного пятна облака образуют красивые картины с вихрями и волнами. Крутящиеся в вихрях облака сдуваются вдоль полос сильнейшими ветрами, скорость которых превышает 500 км/ч.

Большая часть атмосферы Юпитера оказалась бы губительной для людей. В дополнение к преобладающим газам — водороду и гелию — там содержится также метан, ядовитый аммиак, водяные пары и ацетилен. Тебе такое место показалось бы зловонным. Этот газовый состав похож на солнечный.

В белых облаках содержатся кристаллы замерзшего аммиака и водяного льда. Коричневые, красные и синие облака, возможно, обязаны своим цветом химическим веществам, подобным нашим красителям, или сере. Через наружные слои атмосферы бывают видны грозовые молнии.

Активный облачный слой довольно тонок, он составляет менее одной сотой радиуса планеты. Ниже облаков температура постепенно повышается. И хотя на поверхности облачного слоя она равна -160°С, опустившись сквозь атмосферу всего на 60 км, мы обнаружили бы такую же температуру, как на поверхности Земли. А еще немного глубже температура уже достигает точки кипения воды.

Необычное вещество

В глубине Юпитера материя начинает нести себя весьма необычным образом. Хотя нельзя исключить, что в центре планеты имеется небольшое железное ядро, но все же наибольшая часть глубинной области состоит из водорода. Внутри планеты под огромным давлением водород из газа превращается в жидкость. На более и более глубоких уровнях давление продолжает попытаться из-за колоссального веса вышележащих слоев атмосферы.

На глубине около 100 км расположен безбрежный океан жидкого водорода. Ниже 17 000 км водород оказывается сжат настолько сильно, что его атомы разрушаются. И тогда он начинает вести себя, как металл; в этом состоянии он легко проводит электричество. Электрический ток, протекающий и металлическом водороде, создает вокруг Юпитера сильное магнитное поле.

Металлический водород и глубинах Юпитера — это пример необычного вида материи, который астрономы могут изучать, по который практически невозможно воспроизвести и лабораторных условиях.

Почти звезда

Юпитер выделяет больше анергии, чем получает ее от Солнца. Измерения, произведенные космическими кораблями, показали, что Юпитер излучает примерно па 60 процентов больше тепловой энергии, чем получает от солнечного излучения.

Считается, что дополнительное тепло поступает из трех источников: из запасов тепла, оставшихся еще со времени образования Юпитера; ил энергии, высвобождающейся и процессе медленного сжатия, сокращения планеты; и, наконец, из энергии радиоактивного распада.

Планета Юпитер

Это тепло, однако, не возникает с результате прекращения водорода в гелий, как бывает в звездах. В действительности даже самые маленькие из звезд, использующих энергию такого прекращения, примерно в 80 раз массивнее Юпитера. Это означает, что в других «солнечных системах» могут быть планеты и побольше Юпитера, хотя и меньше, чем звезда.

Радиостанция Юпитер

Юпитер является природной радиостанцией. Никакого смысла из радиосигналов Юпитера извлечь нельзя, так как они целиком состоят из шума. Эти радиосигналы создаются электронами, проносящимися через очень сильное магнитное ноле Юпитера. Мощные бури и разряды молний накладываются па беспорядочный радиогрохот. У Юпитера сильное магнитное иоле, которое простирается на 50 диаметров планеты во все стороны. Никакая другая планета Солнечной системы не обладает таким сильным магнетизмом и не создает такого мощного радиоизлучения.

Луны Юпитера

Семейство 16 лун Юпитера представляет собой как бы Солнечную систему в миниатюре, где Юпитер выполняет роль Солнца, а его лупы — роль планет. Самая большая луна — Ганимед, ее диаметр равен 5262 км. Она покрыта толстой коркой льда, лежащей поверх каменистого ядра. Имеются многочисленные следы метеоритных бомбардировок, а также свидетельства столкновения с гигантским астероидом 4 миллиарда лет назад.

Каллисто но величине почти не уступает Ганимеду, и вся ее поверхность густо усеяна кратерами. У Европы самая светлая поверхность. На одну пятую Европа состоит из воды, которая образует на ней ледяной панцирь толщиной в 100 км. Это ледяное покрытие так же сильно отражает свет, как облака Венеры.

Из всех луп наиболее живописна Ио, которая вращается в наибольшей близости к Юпитеру. Цист Ио совершенно необыкновенный — это смесь черного, красного и желтого. Такая удивительная окраска объясняется тем, что из недр Ио было извергнуто большое количество серы. Съемочные камеры «Вояджера» показали па Ио несколько действующих вулканов; они выбрасывают фонтаны серы па 200 км ввысь над поверхностью. Серная лава вылетает наружу со скоростью 1000 м и секунду. Некоторое количество этого лавового вещества вырывается из ноля тяготения Ио и образует кольцо, опоясывающее Юпитер.

Поверхность Ио молола. Мы можем сулить об этом потому, что на ней почти нот метеоритных кратеров. Орбита Ио проходит менее чей в 400 000 км от Юпитера. Поэтому Ио подвергается действию огромных приливных сил. Постоянное чередование растягивающих и сжимающих приливов внутри Ио порождает интенсивное внутреннее трение. Благодаря этому внутренние области остаются горячими и расплавленными, несмотря на огромное удаление Ио от Солнца.

Кроме четырех больших лун, у Юпитера имеются еще и маленькие «лупки». Четыре из них летают ниже над поверхностью Юпитера, чем Ио, и ученые считают их просто большими обломками других спутников, которые уже перестали существовать.