Юпитер - пятая планета от Солнца, крупнейшая в Солнечной системе. Наряду с Сатурном, Ураном и Нептуном Юпитер классифицируется как газовый гигант.

Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца.

Ряд атмосферных явлений на Юпитере - такие, как штормы, молнии, полярные сияния, - имеют масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно - гигантский шторм, известный с XVII века.

Юпитер имеет, по крайней мере, 67 спутников, самые крупные из которых - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто - были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Исследования Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-х годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие.

Во время великих противостояний (одно из которых происходило в сентябре 2010 года) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры. Диск и спутники Юпитера являются популярными объектами наблюдения для астрономов-любителей, сделавших ряд открытий (например, кометы Шумейкеров-Леви, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году, или исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера в 2010 году) .

Оптический диапазон

В инфракрасной области спектра лежат линии молекул H2 и He, а также линии множества других элементов. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных - о её внутренней эволюции.

Однако молекулы водорода и гелия не имеют дипольного момента, а значит, абсорбционные линии этих элементов незаметны до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. Это с одной стороны, с другой - эти линии образуются в самых верхних слоях атмосферы и не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере получены со спускаемого аппарата «Галилео».

Что же касается остальных элементов, то при их анализе и интерпретации тоже возникают трудности. Пока что нельзя с полной уверенностью сказать, какие процессы происходят в атмосфере Юпитера и насколько сильно они влияют на химический состав - как во внутренних областях, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально изменить распределения вещества.

Также Юпитер излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год.

Гамма-диапазон

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне связано с полярным сиянием, а также с излучением диска. Впервые зарегистрировано в 1979 году космической лабораторией имени Эйнштейна.

На Земле области полярных сияний в рентгене и ультрафиолете практически совпадают, однако, на Юпитере это не так. Область рентгеновских полярных сияний расположена гораздо ближе к полюсу, чем ультрафиолетовых. Ранние наблюдения выявили пульсацию излучения с периодом в 40 минут, однако, в более поздних наблюдениях эта зависимость проявляется гораздо хуже.

Ожидалось, что рентгеновский спектр авроральных сияний на Юпитере схож с рентгеновским спектром комет, однако, как показали наблюдения на Chandra, это не так. Спектр состоит из эмиссионных линий с пиками у кислородных линий вблизи 650 эВ, у OVIII линий при 653 эВ и 774 эВ, а также у OVII на 561 эВ и 666 эВ. Существуют также линии излучения при более низких энергиях в спектральной области от 250 до 350 эВ, возможно, они принадлежат сере или углероду.

Гамма-излучение, не связанное с полярным сиянием, впервые было обнаружено при наблюдениях на ROSAT в 1997 году. Спектр схож со спектром полярных сияний, однако в районе 0,7-0,8 кэВ. Особенности спектра хорошо описываются моделью корональной плазмы с температурой 0,4-0,5 кэВ с солнечной металличностью, с добавлением эмиссионных линий Mg10+ и Si12+. Существование последних, возможно, связано с солнечной активностью в октябре-ноябре 2003 года.

Наблюдения космической обсерватории XMM-Newton показали, что излучение диска в гамма-спектре - это отражённое солнечное рентгеновское излучение. В отличие от полярных сияний, никакой периодичности изменения интенсивности излучения на масштабах от 10 до 100 мин обнаружено не было.

Радионаблюдения

Юпитер - самый мощный (после Солнца) радиоисточник Солнечной системы в дециметровом - метровом диапазонах длин волн. Радиоизлучение имеет спорадический характер и в максимуме всплеска достигает 10-6.

Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц (чаще всего около 18 МГц), в среднем их ширина составляет примерно 1 МГц. Длительность всплеска невелика: от 0,1-1 с (иногда до 15 с). Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, степень поляризации достигает 100 %. Наблюдается модуляция излучения близким спутником Юпитера Ио, вращающимся внутри магнитосферы: вероятность появления всплеска больше, когда Ио находится вблизи элонгации по отношению к Юпитеру. Монохроматический характер излучения говорит о выделенной частоте, скорее всего гирочастоте. Высокая яркостная температура (иногда достигает 1015 K) требует привлечения коллективных эффектов (типа мазеров).

Радиоизлучение Юпитера в миллиметровом - короткосантиметровом диапазонах имеет чисто тепловой характер, хотя яркостная температура несколько выше равновесной, что предполагает поток тепла из недр. Начиная с волн ~9 см Tb (яркостная температура) возрастает - появляется нетепловая составляющая, связанная с синхротронным излучением релятивистских частиц со средней энергией ~30 МэВ в магнитном поле Юпитера; на волне 70 см Tb достигает значения ~5·104 K. Источник излучения расположен по обе стороны планеты в виде двух протяжённых лопастей, что указывает на магнитосферное происхождение излучения.

Юпитер среди планет Солнечной системы

Масса Юпитера в 2,47 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы.

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает радиус Земли.

Юпитер - единственная планета, у которой центр масс с Солнцем находится вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса.

Масса Юпитера в 2,47 раза превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых, в 317,8 раз - массу Земли и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца. Плотность (1326 кг/м2) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м2). При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 100 кг, будет весить столько же, сколько весит тело массой 240 кг на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с2 на Юпитере против 9,80 м/с2 для Земли.

Юпитер как «неудавшаяся звезда»

Сравнительные размеры Юпитера и Земли.

Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие изменения массы не повлекли бы за собой сколько-нибудь значительных изменений радиуса. Однако если бы масса Юпитера превышала его реальную массу в четыре раза, плотность планеты возросла бы до такой степени, что под действием возросшей гравитации размеры планеты сильно уменьшились. Таким образом, по всей видимости, Юпитер имеет максимальный диаметр, который могла бы иметь планета с аналогичным строением и историей. С дальнейшим увеличением массы сжатие продолжалось бы до тех пор, пока в процессе формирования звезды Юпитер не стал бы коричневым карликом с массой, превосходящей его нынешнюю примерно в 50 раз. Это даёт астрономам основания считать Юпитер «неудавшейся звездой», хотя неясно, схожи ли процессы формирования таких планет, как Юпитер, с теми, что приводят к формированию двойных звёздных систем. Хотя для того, чтобы стать звездой, Юпитеру потребовалось бы быть в 75 раз массивнее, самый маленький из известных красных карликов всего лишь на 30 % больше в диаметре.

Орбита и вращение

При наблюдениях с Земли во время противостояния Юпитер может достигать видимой звёздной величины в -2,94m, это делает его третьим по яркости объектом на ночном небе после Луны и Венеры. При наибольшем удалении видимая величина падает до?1,61m. Расстояние между Юпитером и Землёй меняется в пределах от 588 до 967 млн км.

Противостояния Юпитера происходят с периодом раз в 13 месяцев. В 2010 году противостояние планеты-гиганта пришлось на 21 сентября. Раз в 12 лет происходят великие противостояния Юпитера, когда планета находится около перигелия своей орбиты. В этот период времени его угловой размер для наблюдателя с Земли достигает 50 угловых секунд, а блеск - ярче -2,9m.

Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет 778,57 млн км (5,2 а. е.), а период обращения составляет 11,86 года. Поскольку эксцентриситет орбиты Юпитера 0,0488, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 76 млн км.

Основной вклад в возмущения движения Юпитера вносит Сатурн. Первого рода возмущение - вековое, действующее на масштабе ~70 тысяч лет, меняя экцентриситет орбиты Юпитера от 0,2 до 0,06, а наклон орбиты от ~1° - 2°. Возмущение второго рода - резонансное с соотношением близким к 2:5 (с точностью до 5 знаков после запятой - 2:4,96666).

Экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты (наклон оси вращения составляет 3,13° против 23,45° для Земли), поэтому на Юпитере не бывает смены времён года.

Юпитер вращается вокруг своей оси быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы. Период вращения у экватора - 9 ч. 50 мин. 30 сек., а на средних широтах - 9 ч. 55 мин. 40 сек. Из-за быстрого вращения экваториальный радиус Юпитера (71492 км) больше полярного (66854 км) на 6,49 %; таким образом, сжатие планеты составляет (1:51,4).

Гипотезы о существовании жизни в атмосфере Юпитера

В настоящее время наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным: низкая концентрация воды в атмосфере, отсутствие твёрдой поверхности и т. д. Однако ещё в 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака. Следует отметить, что даже на небольшой глубине в юпитерианской атмосфере температура и плотность достаточно высоки, и возможность, по крайней мере, химической эволюции исключать нельзя, поскольку скорость и вероятность протекания химических реакций благоприятствуют этому. Однако возможно существование на Юпитере и водно-углеводородной жизни: в слое атмосферы, содержащем облака из водяного пара, температура и давление также весьма благоприятны. Карл Саган совместно с Э. Э. Солпитером, проделав вычисления в рамках законов химии и физики, описали три воображаемые формы жизни, могущие существовать в атмосфере Юпитера:

Синкеры (англ. sinker - «грузило») - крошечные организмы, размножение которых происходит очень быстро, и которые дают большое количество потомков. Это позволяет выжить части из них при наличии опасных конвекторных потоков, могущих унести синкеров в горячие нижние слои атмосферы;

Флоатеры (англ. floater - «поплавок») - гигантские (величиной с земной город) организмы, подобные воздушным шарам. Флоатер откачивает из воздушного мешка гелий и оставляет водород, что позволяет ему держаться в верхних слоях атмосферы. Питаться может органическими молекулами, или вырабатывать их самостоятельно, подобно земным растениям.

Хантеры (англ. hunter - «охотник») - хищные организмы, охотники на флоатеров.

Химический состав

Химический состав внутренних слоёв Юпитера невозможно определить современными методами наблюдений, однако обилие элементов во внешних слоях атмосферы известно с относительно высокой точностью, поскольку внешние слои непосредственно исследовались спускаемым аппаратом «Галилео», который был спущен в атмосферу 7 декабря 1995 года. Два основных компонента атмосферы Юпитера - молекулярный водород и гелий. Атмосфера содержит также немало простых соединений, например, воду, метан (CH4), сероводород (H2S), аммиак (NH3) и фосфин (PH3). Их количество в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере подразумевает, что атмосфера Юпитера богата углеродом, азотом, серой и, возможно, кислородом по фактору 2-4 относительно Солнца.

Другие химические соединения, арсин (AsH3) и герман (GeH4), присутствуют, но в незначительных количествах.

Концентрация инертных газов, аргона, криптона и ксенона, превышает их количество на Солнце (см. таблицу), а концентрация неона явно меньше. Присутствует незначительное количество простых углеводородов: этана, ацетилена и диацетилена, - которые формируются под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и заряженных частиц, прибывающих из магнитосферы Юпитера. Диоксид углерода, моноксид углерода и вода в верхней части атмосферы, как полагают, своим присутствием обязаны столкновениям с атмосферой Юпитера комет, таких, например, как комета Шумейкеров-Леви 9. Вода не может прибывать из тропосферы, потому что тропопауза, действующая как холодная ловушка, эффективно препятствует поднятию воды до уровня стратосферы.

Красноватые вариации цвета Юпитера могут объясняться наличием соединений фосфора, серы и углерода в атмосфере. Поскольку цвет может сильно варьироваться, предполагается, что химический состав атмосферы также различен в разных местах. Например, имеются «сухие» и «мокрые» области с разным содержанием водяного пара.

Структура

Модель внутренней структуры Юпитера: под облаками - слой смеси водорода и гелия толщиной около 21 тыс. км с плавным переходом от газообразной к жидкой фазе, затем - слой жидкого и металлического водорода глубиной 30-50 тыс. км. Внутри может находиться твёрдое ядро диаметром около 20 тыс. км.

На данный момент наибольшее признание получила следующая модель внутреннего строения Юпитера:

1.Атмосфера. Её делят на три слоя:
a. внешний слой, состоящий из водорода;
b. средний слой, состоящий из водорода (90 %) и гелия (10 %);
c. нижний слой, состоящий из водорода, гелия и примесей аммиака, гидросульфата аммония и воды, образующих три слоя облаков:
a. вверху - облака из оледеневшего аммиака (NH3). Его температура составляет около -145 °C, давление - около 1 атм;
b. ниже - облака кристаллов гидросульфида аммония (NH4HS);
c. в самом низу - водяной лёд и, возможно, жидкая водавероятно, имеется в виду - в виде мельчайших капель. Давление в этом слое составляет около 1 атм, температура примерно -130 °C (143 К). Ниже этого уровня планета непрозрачна.
2. Слой металлического водорода. Температура этого слоя меняется от 6300 до 21 000 К, а давление от 200 до 4000 ГПа.
3. Каменное ядро.

Построение этой модели основано на синтезе наблюдательных данных, применении законов термодинамики и экстраполяции лабораторных данных о веществе, находящемся под высоким давлением и при высокой температуре. Основные предположения, положенные в её основу:

Юпитер находится в гидродинамическом равновесии

Юпитер находится в термодинамическом равновесии.

Если к этим положениям добавить законы сохранения массы и энергии, получится система основных уравнений.

В рамках этой простой трёхслойной модели чёткой границы между основными слоями не существует, однако и области фазовых переходов невелики. Следовательно, можно сделать допущение, что почти все процессы локализованы, и это позволяет каждый слой рассматривать отдельно.

Атмосфера

Температура в атмосфере не растёт монотонно. В ней, как и на Земле, можно выделить экзосферу, термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу. В самых верхних слоях температура велика; по мере продвижения вглубь давление растёт, а температура падает до тропопаузы; начиная с тропопаузы, и температура, и давление растут по мере продвижения вглубь. В отличие от Земли, на Юпитере нет мезосферы и соответствующей ей мезопаузы.

В термосфере Юпитера происходит довольно много интересных процессов: именно здесь планета теряет излучением значительную часть своего тепла, именно здесь формируются полярные сияния, именно тут формируется ионосфера. За её верхнюю границу взят уровень давления в 1 нбар. Наблюдаемая температура термосферы 800-1000 К, и на данный момент этот фактический материал до сих пор не получил объяснения в рамках современных моделей, так как в них температура не должна быть выше примерно 400 К. Охлаждение Юпитера тоже нетривиальный процесс: трёхатомный ион водорода(H3+), кроме Юпитера найденный только на Земле, вызывает сильную эмиссию в средней инфракрасной части спектра на длинах волн между 3 и 5 мкм.

Согласно непосредственным измерениям спускаемого аппарата, верхний уровень непрозрачных облаков характеризовался давлением в 1 атмосферу и температурой -107 °C; на глубине 146 км - 22 атмосферы, +153 °C. Также «Галилео» обнаружил «тёплые пятна» вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок, и можно видеть более тёплые внутренние области.

Под облаками находится слой глубиной 7-25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет своё состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000 °C). Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. Это может выглядеть примерно как непрерывное кипение глобального водородного океана.

Слой металлического водорода

Металлический водород возникает при больших давлениях (около миллиона атмосфер) и высоких температурах, когда кинетическая энергия электронов превышает потенциал ионизации водорода. В итоге протоны и электроны в нём существуют раздельно, поэтому металлический водород является хорошим проводником электричества. Предполагаемая толщина слоя металлического водорода - 42-46 тыс. км.

Мощные электротоки, возникающие в этом слое, порождают гигантское магнитное поле Юпитера. В 2008 году Реймондом Джинлозом из Калифорнийского университета в Беркли и Ларсом Стиксрудом из Лондонского университетского колледжа была создана модель строения Юпитера и Сатурна, согласно которой в их недрах находится также металлический гелий, образующий своеобразный сплав с металлическим водородом.

Ядро

С помощью измеренных моментов инерции планеты можно оценить размер и массу её ядра. На данный момент считается, что масса ядра - 10 масс Земли, а размер - 1,5 её диаметра.

Юпитер выделяет существенно больше энергии, чем получает её от Солнца. Исследователи предполагают, что Юпитер обладает значительным запасом тепловой энергии, образовавшимся в процессе сжатия материи при формировании планеты. Прежние модели внутреннего строения Юпитера, стараясь объяснить избыточную энергию, выделяемую планетой, допускали возможность радиоактивного распада в её недрах или освобождение энергии при сжатии планеты под действием сил тяготения.

Межслоевые процессы

Локализовать все процессы внутри независимых слоёв невозможно: необходимо объяснять недостаток химических элементов в атмосфере, избыточное излучение и т. д.

Различие в содержании гелия во внешних и во внутренних слоях объясняют тем, что гелий конденсируется в атмосфере и в виде капель попадает в более глубокие области. Данное явление напоминает земной дождь, но только не из воды, а из гелия. Недавно было показано, что в этих каплях может растворяться неон. Тем самым объясняется и недостаток неона.

Движение атмосферы

Анимация вращения Юпитера, созданная по фотографиям с «Вояджера-1», 1979 г.

Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 км/ч. В отличие от Земли, где циркуляция атмосферы происходит за счёт разницы солнечного нагрева в экваториальных и полярных областях, на Юпитере воздействие солнечной радиации на температурную циркуляцию незначительно; главными движущими силами являются потоки тепла, идущие из центра планеты, и энергия, выделяемая при быстром движении Юпитера вокруг своей оси.

Ещё по наземным наблюдениям астрономы разделили пояса и зоны в атмосфере Юпитера на экваториальные, тропические, умеренные и полярные. Поднимающиеся из глубин атмосферы нагретые массы газов в зонах под действием значительных на Юпитере кориолисовых сил вытягиваются вдоль меридианов планеты, причём противоположные края зон движутся навстречу друг другу. На границах зон и поясов (области нисходящих потоков) присутствует сильная турбулентность. Севернее экватора потоки в зонах, направленные к северу, отклоняются кориолисовыми силами к востоку, а направленные к югу - к западу. В южном полушарии - соответственно, наоборот. Схожей структурой на Земле обладают пассаты.

Полосы

Полосы Юпитера в разные годы

Характерной особенностью внешнего облика Юпитера являются его полосы. Существует ряд версий, объясняющих их происхождение. Так, по одной из версий, полосы возникали в результате явления конвекции в атмосфере планеты-гиганта - за счёт подогрева, и, как следствие, поднятия одних слоёв, и охлаждения и опускания вниз других. Весной 2010 года учёными была выдвинута гипотеза, согласно которой полосы на Юпитере возникли в результате воздействия его спутников. Предполагается, что под влиянием притяжения спутников на Юпитере сформировались своеобразные «столбы» вещества, которые, вращаясь, и сформировали полосы.

Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и тёмных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне (примерно на 20 км), а их светлая окраска объясняется, видимо, повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже тёмные облака поясов состоят, предположительно, из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Период обращения колеблется на несколько минут в зависимости от широты. Это приводит к существованию устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих параллельно экватору в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе достигают от 50 до 150 м/с и выше. На границах поясов и зон наблюдается сильная турбулентность, которая приводит к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет.

Возникнув, вихрь поднимает на поверхность облаков нагретые массы газа с парами малых компонентов. Образующиеся кристаллы аммиачного снега, растворов и соединений аммиака в виде снега и капель, обычного водяного снега и льда постепенно опускаются в атмосфере, пока не достигают уровней, на которых температура достаточна высока, и испаряются. После чего вещество в газообразном состоянии снова возвращается в облачный слой.

Летом 2007 года телескоп «Хаббл» зафиксировал резкие изменения в атмосфере Юпитера. Отдельные зоны в атмосфере к северу и югу от экватора превратились в пояса, а пояса - в зоны. При этом изменились не только формы атмосферных образований, но и их цвет.

9 мая 2010 года астроном-любитель Энтони Уэсли (англ. Anthony Wesley, также см. ниже) обнаружил, что с лика планеты внезапно исчезло одно из самых заметных и самых стабильных во времени образований - Южный экваториальный пояс. Именно на широте Южного экваториального пояса расположено «омываемое» им Большое красное пятно. Причиной внезапного исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера считается появление над ним слоя более светлых облаков, под которыми и скрывается полоса тёмных облаков. По данным исследований, проведённых телескопом «Хаббл», был сделан вывод о том, что пояс не исчез полностью, а просто оказался скрыт под слоем облаков, состоящих из аммиака.

Большое красное пятно

Большое красное пятно - овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. Было открыто Робертом Гуком в 1664 году. В настоящее время оно имеет размеры 15?30 тыс. км (диаметр Земли ~12,7 тыс. км), а 100 лет назад наблюдатели отмечали в 2 раза большие размеры. Иногда оно бывает не очень чётко видимым. Большое красное пятно - это уникальный долгоживущий гигантский ураган, вещество в котором вращается против часовой стрелки и совершает полный оборот за 6 земных суток.

Благодаря исследованиям, проведённым в конце 2000 года зондом «Кассини», было выяснено, что Большое красное пятно связано с нисходящими потоками (вертикальная циркуляция атмосферных масс); облака здесь выше, а температура ниже, чем в остальных областях. Цвет облаков зависит от высоты: синие структуры - самые верхние, под ними лежат коричневые, затем белые. Красные структуры - самые низкие. Скорость вращения Большого красного пятна составляет 360 км/ч. Его средняя температура составляет -163 °C, причём между окраинными и центральными частями пятна наблюдается различие в температуре порядка 3-4 градусов. Это различие, как предполагается, ответственно за тот факт, что атмосферные газы в центре пятна вращаются по часовой стрелке, в то время как на окраинах - против. Также выдвинуто предположение о взаимосвязи температуры, давления, движения и цвета Красного пятна, хотя как именно она осуществляется, учёные пока затрудняются сказать.

Время от времени на Юпитере наблюдаются столкновения больших циклонических систем. Одно из них произошло в 1975 году, в результате чего красный цвет Пятна поблёк на несколько лет. В конце февраля 2002 года ещё один гигантский вихрь - Белый овал - начал тормозиться Большим красным пятном, и столкновение продолжалось целый месяц. Однако оно не нанесло серьёзного ущерба обоим вихрям, так как произошло по касательной.

Красный цвет Большого красного пятна представляет собой загадку. Одной из возможных причин могут быть химические соединения, содержащие фосфор. Фактически цвета и механизмы, создающие вид всей юпитерианской атмосферы, до сих пор ещё плохо поняты и могут быть объяснены только при прямых измерениях её параметров.

В 1938 году было зафиксировано формирование и развитие трёх больших белых овалов вблизи 30° южной широты. Этот процесс сопровождался одновременным формированием ещё нескольких маленьких белых овалов - вихрей. Это подтверждает, что Большое красное пятно представляет собой самый мощный из юпитерианских вихрей. Исторические записи не обнаруживают подобных долго существующих систем в средних северных широтах планеты. Наблюдались большие тёмные овалы вблизи 15° северной широты, но, видимо, необходимые условия для возникновения вихрей и последующего их превращения в устойчивые системы, подобные Красному пятну, существуют только в Южном полушарии.

Малое красное пятно

Большое красное пятно и «Малое красное пятно» в мае 2008 на фотографии, сделанной телескопом «Хаббл»

Что же касается трёх вышеупомянутых белых вихрей-овалов, то два из них объединились в 1998 году, а в 2000 году возникший новый вихрь слился с оставшимся третьим овалом. В конце 2005 года вихрь (Овал ВА, англ. Oval BC) начал менять свой цвет, приобретя в конце концов красную окраску, за что получил новое название - Малое красное пятно. В июле 2006 года Малое красное пятно соприкоснулось со своим старшим «собратом» - Большим красным пятном. Тем не менее, это не оказало какого-либо существенного влияния на оба вихря - столкновение произошло по касательной. Столкновение было предсказано ещё в первой половине 2006 года.

Молнии

В центре вихря давление оказывается более высоким, чем в окружающем районе, а сами ураганы окружены возмущениями с низким давлением. По снимкам, сделанными космическими зондами «Вояджер-1» и «Вояджер-2», было установлено, что в центре таких вихрей наблюдаются колоссальных размеров вспышки молний протяжённостью в тысячи километров. Мощность молний на три порядка превышает земные.

Магнитное поле и магнитосфера

Схема магнитного поля Юпитера

Первый признак любого магнитного поля - радиоизлучение, а также рентген. Строя модели происходящих процессов, можно судить о строении магнитного поля. Так было установлено, что магнитное поле Юпитера имеет не только дипольную составляющую, но и квадруполь, октуполь и другие гармоники более высоких порядков. Предполагается, что магнитное поле создаёт динамо-машина, похожая на земную. Но в отличие от Земли, проводником токов на Юпитере служит слой металлического гелия.

Ось магнитного поля наклонена к оси вращения 10,2 ± 0,6°, почти как и на Земле, однако, северный магнитный полюс расположен рядом с южным географическим, а южный магнитный - с северным географическим. Напряжённость поля на уровне видимой поверхности облаков равна 14 Э у северного полюса и 10,7 Э у южного. Его полярность обратна полярности земного магнитного поля.

Форма магнитного поля у Юпитера сильно сплюснута и напоминает диск (в отличие от каплевидной у Земли). Центробежная сила, действующая на со-вращающуюся плазму с одной стороны и тепловое давление горячей плазмы с другой растягивают силовые линии, образуя на расстоянии 20 RJ структуру, напоминающую тонкий блин, также известную как магнитодиск. Он имеет тонкую токовую структуру вблизи магнитного экватора.

Вокруг Юпитера, как и вокруг большинства планет Солнечной системы, существует магнитосфера - область, в которой поведение заряженных частиц, плазмы, определяется магнитным полем. Для Юпитера источниками таких частиц является солнечный ветер и Ио. Вулканический пепел, выбрасываемый вулканами Ио, под действием солнечного ультрафиолета ионизуется. Так образуются ионы серы и кислорода: S+, O+, S2+ и O2+. Эти частицы покидают атмосферу спутника, однако остаются на орбите вокруг него, образуя тор. Этот тор был открыт аппаратом «Вояджер-1»; он лежит в плоскости экватора Юпитера и имеет радиус в 1 RJ в поперечном сечении и радиус от центра (в данном случае от центра Юпитера) до образующей поверхности в 5,9 RJ. Именно он принципиально меняет динамику магнитосферы Юпитера.

Магнитосфера Юпитера. Захваченные магнитным полем ионы солнечного ветра на схеме показаны красным цветом, пояс нейтрального вулканического газа Ио - зелёным и пояс нейтрального газа Европы - синим. ENA - нейтральные атомы. По данным зонда «Кассини», полученным в начале 2001 г.

Набегающий солнечный ветер уравновешивается давлением магнитного поля на расстояния в 50-100 радиусов планеты, без влияния Ио это расстояние было бы не более 42 RJ. На ночной стороне протягивается за орбиту Сатурна, достигая в длину 650 млн км и более. Ускоренные в магнитосфере Юпитера электроны достигают Земли. Если бы магнитосферу Юпитера можно было видеть с поверхности Земли, то её угловые размеры превышали бы размеры Луны.

Радиационные пояса

Юпитер обладает мощными радиационными поясами. При сближении с Юпитером «Галилео» получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека. Излучение радиационного пояса Юпитера в радиодиапазоне впервые было обнаружено в 1955 году. Радиоизлучение носит синхротронный характер. Электроны в радиационных поясах обладают огромной энергией, составляющей около 20 МэВ, при этом зондом «Кассини» было обнаружено, что плотность электронов в радиационных поясах Юпитера ниже, чем ожидалось. Поток электронов в радиационных поясах Юпитера может представлять серьёзную опасность для космических аппаратов ввиду большого риска повреждения аппаратуры радиацией. Вообще, радиоизлучение Юпитера не является строго однородным и постоянным - как по времени, так и по частоте. Средняя частота такого излучения, по данным исследований, составляет порядка 20 МГц, а весь диапазон частот - от 5-10 до 39,5 МГц.

Юпитер окружён ионосферой протяжённостью 3000 км.

Полярные сияния на Юпитере

Структура полярных сияний на Юпитере: показано основное кольцо, полярное излучение и пятна, возникшие как результат взаимодействия с естественными спутниками Юпитера.

Юпитер демонстрирует яркие устойчивые сияния вокруг обоих полюсов. В отличие от таких же на Земле, которые появляются в периоды повышенной солнечной активности, полярные сияния Юпитера являются постоянными, хотя их интенсивность меняется изо дня в день. Они состоят из трёх главных компонентов: основная и наиболее яркая область сравнительно небольшая (менее 1000 км в ширину), расположена примерно в 16 ° от магнитных полюсов; горячие пятна - следы магнитных силовых линий, соединяющих ионосферы спутников с ионосферой Юпитера, и области кратковременных выбросов, расположенных внутри основного кольца. Выбросы полярных сияний были обнаружены почти во всех частях электромагнитного спектра от радиоволн до рентгеновских лучей (до 3 кэВ), однако они наиболее ярки в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны 3-4 мкм и 7-14 мкм) и глубокой ультрафиолетовой области спектра (длина волны 80-180 нм).

Положение основных авроральных колец устойчиво, как и их форма. Однако их излучение сильно модулируется давлением солнечного ветра - чем сильнее ветер, тем слабее полярные сияния. Стабильность сияний поддерживается большим притоком электронов, ускоряемых за счёт разности потенциалов между ионосферой и магнитодиском. Эти электроны порождает ток, который поддерживает синхронность вращения в магнитодиске. Энергия этих электронов 10 - 100 кэВ; проникая глубоко внутрь атмосферы, они ионизируют и возбуждают молекулярный водород, вызывая ультрафиолетовое излучение. Кроме того, они разогревают ионосферу, чем объясняется сильное инфракрасное излучение полярных сияний и частично нагрев термосферы.

Горячие пятна связаны с тремя Галилеевыми спутниками: Ио, Европа и Ганимед. Они возникают из-за того, что вращающаяся плазма замедляется вблизи спутников. Самые яркие пятна принадлежат Ио, поскольку этот спутник является основным поставщиком плазмы, пятна Европы и Ганимеда гораздо слабее. Яркие пятна внутри основных колец, появляющиеся время от времени, как считается, связаны с взаимодействием магнитосферы и солнечного ветра.

Большое рентгеновское пятно

Комбинированное фото Юпитера с телескопа «Хаббл» и с рентгеновского телескопа «Чандра» - февраль 2007 г.

Орбитальным телескопом «Чандра» в декабре 2000 года на полюсах Юпитера (главным образом, на северном полюсе) обнаружен источник пульсирующего рентгеновского излучения, названный Большим рентгеновским пятном. Причины этого излучения пока представляют загадку.

Модели формирования и эволюции

Значительный вклад в наши представления о формировании и эволюции звёзд вносят наблюдения экзопланет. Так, с их помощью были установлены черты, общие для всех планет, подобных Юпитеру:

Они образуются ещё до момента рассеяния протопланетного диска.
Значительную роль в формировании играет аккреция.
Обогащение тяжёлыми химическими элементами за счёт планетезималей.

Существуют две основные гипотезы, объясняющие процессы возникновения и формирования Юпитера.

Согласно первой гипотезе, получившей название гипотезы «контракции», относительное сходство химического состава Юпитера и Солнца (большая доля водорода и гелия) объясняется тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, т. е. Солнце и планеты формировались схожим образом. Правда, эта гипотеза не объясняет всё-таки имеющиеся различия в химическом составе планет: Сатурн, например, содержит больше тяжёлых химических элементов, чем Юпитер, а тот, в свою очередь, больше, чем Солнце. Планеты же земной группы вообще разительно отличаются по своему химическому составу от планет-гигантов.

Вторая гипотеза (гипотеза «аккреции») гласит, что процесс образования Юпитера, а также Сатурна, происходил в два этапа. Сначала в течение нескольких десятков миллионов лет шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Затем начался второй этап, когда на протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа из первичного протопланетного облака на эти тела, достигшие к тому моменту массы в несколько масс Земли.

Ещё на первом этапе из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что повлекло за собой некоторые различия в химическом составе этих планет и Солнца. На втором этапе температура наружных слоёв Юпитера и Сатурна достигала 5000 °C и 2000 °C соответственно. Уран и Нептун же достигли критической массы, необходимой для начала аккреции, гораздо позже, что повлияло как на их массы, так и на химический состав.

В 2004 году Катариной Лоддерс из Университета Вашингтона была выдвинута гипотеза о том, что ядро Юпитера состоит в основном из некоего органического вещества, обладающего клеящими способностями, что, в свою очередь, в немалой степени повлияло на захват ядром вещества из окружающей области пространства. Образовавшееся в результате каменное-смоляное ядро силой своего притяжения «захватило» газ из солнечной туманности, сформировав современный Юпитер. Эта идея вписывается во вторую гипотезу о возникновении Юпитера путём аккреции.

Спутники и кольца

Крупные спутники Юпитера: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто и их поверхности.

Спутники Юпитера: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто

По данным на январь 2012 года, у Юпитера известно 67 спутников - максимальное значение для Солнечной системы. По оценкам, спутников может быть не менее сотни. Спутникам даны в основном имена различных мифических персонажей, так или иначе связанных с Зевсом-Юпитером. Спутники разделяют на две большие группы - внутренние (8 спутников, галилеевы и негалилеевы внутренние спутники) и внешние (55 спутников, также подразделяются на две группы) - таким образом, всего получается 4 «разновидности». Четыре самых крупных спутника - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто - были открыты ещё в 1610 году Галилео Галилеем]. Открытие спутников Юпитера послужило первым серьёзным фактическим доводом в пользу гелиоцентрической системы Коперника.

Европа

Наибольший интерес представляет Европа, обладающая глобальным океаном, в котором не исключено наличие жизни. Специальные исследования показали, что океан простирается вглубь на 90 км, его объём превосходит объём земного Мирового океана. Поверхность Европы испещрена разломами и трещинами, возникшими в ледяном панцире спутника. Высказывалось предположение, что источником тепла для Европы служит именно сам океан, а не ядро спутника. Существование подлёдного океана предполагается также на Каллисто и Ганимеде. Основываясь на предположении о том, что за 1-2 млрд лет кислород мог проникнуть в подлёдный океан, учёные теоретически предполагают наличие жизни на спутнике. Содержание кислорода в океане Европы достаточно для поддержания существования не только одноклеточных форм жизни, но и более крупных. Этот спутник занимает второе место по возможности возникновения жизни после Энцелада.

Ио

Ио интересен наличием мощных действующих вулканов; поверхность спутника залита продуктами вулканической активности. На фотографиях, сделанных космическими зондами, видно, что поверхность Ио имеет ярко-жёлтую окраску с пятнами коричневого, красного и тёмно-жёлтого цветов. Эти пятна - продукт извержений вулканов Ио, состоящих преимущественно из серы и её соединений; цвет извержений зависит от их температуры.
[править] Ганимед

Ганимед является самым большим спутником не только Юпитера, но и вообще в Солнечной системе среди всех спутников планет. Ганимед и Каллисто покрыты многочисленными кратерами, на Каллисто многие из них окружены трещинами.

Каллисто

На Каллисто, как предполагается, также есть океан под поверхностью спутника; на это косвенно указывает магнитное поле Каллисто, которое может быть порождено наличием электрических токов в солёной воде внутри спутника. Также в пользу этой гипотезы свидетельствует тот факт, что магнитное поле у Каллисто меняется в зависимости от его ориентации на магнитное поле Юпитера, то есть существует высокопроводящая жидкость под поверхностью данного спутника.

Сравнение размеров Галилеевых спутников с Землёй и Луной

Особенности галилеевых спутников

Все крупные спутники Юпитера вращаются синхронно и всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной вследствие влияния мощных приливных сил планеты-гиганта. При этом Ганимед, Европа и Ио находятся друг с другом в орбитальном резонансе. К тому же среди спутников Юпитера существует закономерность: чем дальше спутник от планеты, тем меньше его плотность (у Ио - 3,53 г/см2, Европы - 2,99 г/см2, Ганимеда - 1,94 г/см2, Каллисто - 1,83 г/см2). Это зависит от количества воды на спутнике: на Ио её практически нет, на Европе - 8 %, на Ганимеде и Каллисто - до половины их массы.

Малые спутники Юпитера

Остальные спутники намного меньше и представляют собой скалистые тела неправильной формы. Среди них есть обращающиеся в обратную сторону. Из числа малых спутников Юпитера немалый интерес для учёных представляет Амальтея: как предполагается, внутри неё существует система пустот, возникших в результате имевшей место в далёком прошлом катастрофы - из-за метеоритной бомбардировки Амальтея распалась на части, которые затем вновь соединились под действием взаимной гравитации, но так и не стали единым монолитным телом.

Метида и Адрастея - ближайшие спутники к Юпитеру с диаметрами примерно 40 и 20 км соответственно. Они движутся по краю главного кольца Юпитера по орбите радиусом 128 тысяч км, делая оборот вокруг Юпитера за 7 часов и являясь при этом самыми быстрыми спутниками Юпитера.

Общий диаметр всей системы спутников Юпитера составляет 24 млн км. Более того, предполагается, что в прошлом спутников у Юпитера было ещё больше, но некоторые из них упали на планету под воздействием её мощной гравитации.

Спутники с обратным вращением вокруг Юпитера

Спутники Юпитера, чьи названия заканчиваются на «е» - Карме, Синопе, Ананке, Пасифе и другие (см. группа Ананке, группа Карме, группа Пасифе) - обращаются вокруг планеты в обратном направлении (ретроградное движение) и, по предположениям учёных, образовались не вместе с Юпитером, а были захвачены им позже. Аналогичным свойством обладает спутник Нептуна Тритон.

Временные луны Юпитера

Некоторые кометы представляют собой временные луны Юпитера. Так, в частности, комета Кусиды - Мурамацу (англ.)русск. в период с 1949 по 1961 гг. была спутником Юпитера, совершив за это время вокруг планеты два оборота. Кроме данного объекта известно ещё, как минимум, о 4 временных лунах планеты-гиганта.

Кольца Юпитера

Кольца Юпитера (схема).

У Юпитера имеются слабые кольца, обнаруженные во время прохождения «Вояджера-1» мимо Юпитера в 1979 году. Наличие колец предполагал ещё в 1960 году советский астроном Сергей Всехсвятский на основе исследования дальних точек орбит некоторых комет Всехсвятский заключил, что эти кометы могут происходить из кольца Юпитера и предположил, что образовалось кольцо в результате вулканической деятельности спутников Юпитера (вулканы на Ио открыты два десятилетия спустя).

Кольца оптически тонки, оптическая толщина их ~10-6, а альбедо частиц всего 1,5 %. Однако наблюдать их всё же возможно: при фазовых углах, близких к 180 градусам (взгляд «против света»), яркость колец возрастает примерно в 100 раз, а тёмная ночная сторона Юпитера не оставляет засветки. Всего колец три: одно главное, «паутинное» и гало.
Фотография колец Юпитера, сделанная «Галилео» в прямом рассеянном свете.

Главное кольцо простирается от 122 500 до 129 230 км от центра Юпитера. Внутри главное кольцо переходит в тороидальное гало, а снаружи контактирует с паутинным. Наблюдаемое прямое рассеяние излучения в оптическом диапазоне характерно для пылевых частиц микронного размера. Однако пыль в окрестности Юпитера подвергается мощным негравитационным возмущениям, из-за этого время жизни пылинок 103±1 лет. Это означает, что должен быть источник этих пылинок. На роль подобных источников подходят два малых спутника, лежащих внутри главного кольца - Метида и Адрастея. Сталкиваясь с метеороидами, они порождают рой микрочастиц, которые впоследствии распространяются по орбите вокруг Юпитера. Наблюдения паутинного кольца выявили два отдельных пояса вещества, берущих начало на орбитах Фивы и Амальтеи. Структура этих поясов напоминает строение зодиакальных пылевых комплексов.

Троянские астероиды

Троянские астероиды - группа астероидов, расположенных в районе точек Лагранжа L4 и L5 Юпитера. Астероиды находятся с Юпитером в резонансе 1:1 и движутся вместе с ним по орбите вокруг Солнца. При этом существует традиция называть объекты, расположенные около точки L4, именами греческих героев, а около L5 - троянских. Всего на июнь 2010 года открыто 1583 таких объекта.

Существует две теории, объясняющих происхождение троянцев. Первая утверждает, что они возникли на конечном этапе формирования Юпитера (рассматривается аккрецирующий вариант). Вместе с веществом были захвачены планетозимали, на которые тоже шла аккреция, а так как механизм был эффективным, то половина из них оказались в гравитационной ловушке. Недостатки этой теории: число объектов, возникших таким образом, на четыре порядка больше наблюдаемого, и они имеют гораздо больший наклон орбиты.

Вторая теория - динамическая. Через 300-500 млн лет после формирования солнечной системы Юпитер и Сатурн проходили через резонанс 1:2. Это привело к перестройке орбит: Нептун, Плутон и Сатурн увеличили радиус орбиты, а Юпитер уменьшил. Это повлияло на гравитационную устойчивость пояса Койпера, и часть астероидов, его населявших, переселились на орбиту Юпитера. Одновременно с этим были разрушены все изначальные троянцы, если таковые были.

Дальнейшая судьба троянцев неизвестна. Ряд слабых резонансов Юпитера и Сатурна заставит их хаотично двигаться, но какова будет эта сила хаотичного движения и будут ли они выброшены со своей нынешней орбиты, трудно сказать. Кроме этого, столкновения между собой медленно, но верно уменьшают количество троянцев. Какие-то фрагменты могут стать спутниками, а какие-то кометами.

Столкновения небесных тел с Юпитером
Комета Шумейкеров - Леви

След от одного из обломков кометы Шумейкеров-Леви, снимок с телескопа «Хаббл», июль 1994 г.
Основная статья: Комета Шумейкеров - Леви 9

В июле 1992 года к Юпитеру приблизилась комета. Она прошла на расстоянии около 15 тысяч километров от верхней границы облаков, и мощное гравитационное воздействие планеты-гиганта разорвало её ядро на 17 больших частей. Этот кометный рой был обнаружен на обсерватории Маунт-Паломар супругами Кэролин и Юджином Шумейкерами и астрономом-любителем Дэвидом Леви. В 1994 году, при следующем сближении с Юпитером, все обломки кометы врезались в атмосферу планеты с огромной скоростью - около 64 километров в секунду. Этот грандиозный космический катаклизм наблюдался как с Земли, так и с помощью космических средств, в частности, с помощью космического телескопа «Хаббл», спутника IUE и межпланетной космической станции «Галилео». Падение ядер сопровождалось вспышками излучения в широком спектральном диапазоне, генерацией газовых выбросов и формированием долгоживущих вихрей, изменением радиационных поясов Юпитера и появлением полярных сияний, ослаблением яркости плазменного тора Ио в крайнем ультрафиолетовом диапазоне.

Другие падения

19 июля 2009 года уже упомянутый выше астроном-любитель Энтони Уэсли (англ. Anthony Wesley) обнаружил тёмное пятно в районе Южного полюса Юпитера. В дальнейшем эту находку подтвердили в обсерватории Кек на Гавайях. Анализ полученных данных указал, что наиболее вероятным телом упавшим в атмосферу Юпитера был каменный астероид.

3 июня 2010 года в 20:31 по международному времени два независимых наблюдателя - Энтони Уэсли (англ. Anthony Wesley, Австралия) и Кристофер Го (англ. Christopher Go, Филиппины) - засняли вспышку над атмосферой Юпитера, что, скорее всего, является падением нового, ранее неизвестного тела на Юпитер. Через сутки после данного события новые тёмные пятна в атмосфере Юпитера не обнаружены. Уже проведены наблюдения на крупнейших инструментах Гавайских островов (Gemini, Keck и IRTF) и запланированы наблюдения на космическом телескопе «Хаббл». 16 июня 2010 года НАСА опубликовало пресс-релиз, в котором сообщается, что на снимках, полученных на космическом телескопе «Хаббл» 7 июня 2010 года (через 4 суток после фиксирования вспышки), не обнаружены признаки падения в верхних слоях атмосферы Юпитера.

20 августа 2010 года в 18:21:56 по международному времени произошла вспышка над облачным покровом Юпитера, которую обнаружил японский астроном-любитель Масаюки Татикава из префектуры Кумамото на сделанной им видеозаписи. На следующий день после объявления о данном событии нашлось подтверждение от независимого наблюдателя Аоки Казуо (Aoki Kazuo) - любителя астрономии из Токио. Предположительно, это могло быть падение астероида или кометы в атмосферу планеты-гиганта

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...

Помимо Солнца планета Юпитер действительно самая большая по размерам и массе в нашей Солнечной системе, недаром названа она честь главного и самого могущественного бога античного пантеона – Юпитера в римской традиции (он же Зевс, в традиции греческой). Также планета Юпитер таит в себе немало загадок и уже не раз упоминалась на страницах нашего научного сайта, в сегодняшней статье мы соберем все сведения об этой интересной планете-гиганте воедино, итак, вперед к Юпитеру.

Кто открыл Юпитер

Но сперва немного истории открытия Юпитера. На самом деле о Юпитере уже хорошо были осведомлены вавилонские жрецы и по совместительству астрономы древнего мира, именно в их трудах есть первые в истории упоминания об этом гиганте. Все дело в том, что Юпитер настолько большой, что его всегда можно было разглядеть в звездном небе невооруженным взглядом.

Знаменитый астроном Галилео Галилей был первым, кто изучал планету Юпитер уже через телескоп, он же открыл четыре крупнейших спутника Юпитера. На тот момент открытие спутников у Юпитера было важным аргументом на пользу гелиоцентрической модели Коперника (о том, что центром небесной системы является , а не Земля). А сам великий ученый за свои революционные, на тот момент, открытия претерпел преследования инквизиции, но это уже другая история.

Впоследствии многие астрономы разглядывали Юпитер через свои телескопы, делая разные интересные открытия, например астроном Кассини обнаружил большое красное пятно на поверхности планеты (о нем подробнее напишем ниже) и также рассчитал период вращения и дифференциальное вращение атмосферы Юпитера. Астроном Э. Бернард открыл последний спутник Юпитера Аматея. Наблюдения за Юпитером с помощью все более мощных телескопов продолжаются до сих пор.

Особенности планеты Юпитер

Если сравнивать Юпитер с нашей планетой, то размеры Юпитера больше размеров Земли в 317 раз. Кроме того Юпитер в 2,5 раза больше всех других планет Солнечной системы вместе взятых. Что же касается массы Юпитера, то она в 318 раз больше массы Земли и в 2,5 раза больше массы всех других планет Солнечной системы вместе взятых. Масса Юпитера составляет 1,9 х 10*27.

Температура Юпитера

Какая температура на Юпитере днем и ночью? Учитывая большую удаленность планеты от Солнца логично предположить, что на Юпитере холодно, но не все так однозначно. Внешняя атмосфера гиганта действительно весьма холодная, температура там составляет примерно -145 градусов С, но по мере углубления на несколько сотен километров в глубь планеты становится теплее. Причем не просто теплее, а просто жарко, поскольку на поверхности Юпитера температура может достигать до +153 С. Такой сильный перепад температуры обусловлен тем, что поверхность планеты состоит из горящего водорода, выделяющего тепло. Более того, расплавленные внутренние части планеты выделяют даже больше тепла, чем сам Юпитер получает от Солнца.

Все это дополняют сильнейшие бури, бушующие на планете (скорость ветра достигает 600 км в час), которые смешивают жар, исходящий от водородной составляющей Юпитера с холодным воздухом атмосферы.

Есть ли жизнь на Юпитере

Как видите, физические условия на Юпитере весьма суровые, так что, учитывая отсутствие твердой поверхности, большое атмосферное давление и высокую температуру на самой поверхности планеты, жизнь на Юпитера не возможна.

Атмосфера Юпитера

Атмосфера Юпитера громадна, впрочем, как и сам Юпитер. Химический состав атмосферы Юпитера на 90% состоит из водорода и на 10% из гелия, также в состав атмосферы входят и некоторые другие химические элементы: аммиак, метан, сероводород. А так как Юпитер является газовым гигантом без твердой поверхности, то граница между его атмосферой и собственно поверхностью отсутствует.

Но если бы мы стали опускаться все глубже в недра планеты, то заметили бы изменения в плотности и температуре водорода и гелия. На основе этих изменений ученые выделили такие части атмосферы планеты как тропосфера, стратосфера, термосфера и экзосфера.

Почему Юпитер не звезда

Возможно, читатели заметили, что по своему составу, а в особенности по преобладания водорода и гелий Юпитер очень схож с Солнцем. В связи с этим возникает вопрос, почему Юпитер все-таки планета, а не звезда. Дело в том, что ему попросту не хватило массы и тепла для того, чтобы начать слияние атомов водорода в гелий. По подсчетам ученых Юпитеру необходимо увеличить свою текущую массу в 80 раз, чтобы начать термоядерные реакции, которые происходят на Солнце и других звездах.

Фото планеты Юпитер

Поверхность Юпитера

Ввиду отсутствия твердой поверхности у планеты-гиганта, ученые за некую условную поверхность приняли нижнюю точку в его атмосфере, где давление составляет 1 бар. Разные химические элементы, входящие в состав атмосферы планеты вносят свой вклад в формирование красочных облаков Юпитера, которые мы можем наблюдать в телескопе. Именно аммиачные облака отвечают за рыже-белый в полоску цвет планеты Юпитер.

Большое красное пятно на Юпитере

Если вы будете внимательно разглядывать поверхность планеты-гиганты, то от вашего внимания точно не ускользнет характерное большое красное пятно, которое первым заметил еще астроном Кассини, наблюдая Юпитер в конце 1600-х годов. Что же представляет собой это большое красное пятно Юпитера? По мнению ученых это большой атмосферный шторм, причем настолько большой, что бушует в южном полушарии планеты вот уже более 400 лет, а возможно и дольше (учитывая что он мог возникнуть еще задолго до того как Кассини увидел его).

Хотя в последние время астрономы заметили, что шторм начал потихоньку утихать, так как размеры пятна стали сокращаться. Согласно одной из гипотез большое красное пятно примет круговую форму к 2040 году, но как долго оно еще просуществует неизвестно.

Возраст Юпитера

На данный момент точный возраст планеты Юпитер неизвестен. Трудности его определения состоят в том, что ученым пока не известно, как Юпитер был образован. Согласно одной из гипотез Юпитер, впрочем, как и другие планеты, был образован из солнечной туманности около 4,6 миллиарда лет назад, но это всего лишь гипотеза.

Кольца Юпитера

Да, у Юпитера, как у всякой порядочной планеты-гиганта есть кольца. Разумеется они не такие большие и заметные как у его соседа . Кольца у Юпитера тоньше и слабее, скорее всего они состоят из веществ, выброшенных спутниками гиганта при столкновении тех с блуждающими астероидами и .

Спутники Юпитера

Юпитер имеет аж целых 67 спутников, по сути больше всех других планет Солнечной системы. Спутники Юпитера представляют собой большой интерес для ученых, так среди них встречаются настолько большие экземпляры, которые превосходят своими размерами некоторые маленькие планеты (вроде и уже «не планеты» ), обладающие к тому же значительными запасами подземных вод.

Вращение Юпитера

Один год на Юпитере длится наших 11,86 земных лет. Именно за такой период времени Юпитер совершает один оборот вокруг Солнца. Скорость движения планеты Юпитер по орбите составляет 13 км в секунду. Орбита Юпитера слегка наклонена (около 6,09 градусов) по сравнению с плоскостью эклиптики.

Сколько лететь до Юпитера

Сколько лететь до Юпитера от Земли? Когда Земля и Юпитер расположены ближе всего друг к другу, расстояние между ними составляет 628 миллионов километров. За сколько это расстояние смогут преодолеть современные космические корабли? Запущенный НАСА еще в 1979 году исследовательский шатл Вояджер-1, на полет к Юпитеру потратил 546 дней. У Вояджера-2 подобный полет занял 688 дней.

• Несмотря на свои поистине гигантские размеры Юпитер еще и самая быстрая по вращению вокруг оси планета в Солнечной системе, так чтобы сделать один оборот вокруг оси ему понадобится всего 10 наших часов, таким образом, сутки на Юпитере равны 10 часам.
• Облака на Юпитере могут достигать толщины до 10 км.
• У Юпитера присутствует интенсивное магнитное поле, которые в 16 раз сильнее магнитного поля Земли.
• Юпитер вполне возможно увидеть своими глазами, и скорее всего вы не раз его видели, просто не знали что это именно Юпитер. Если в ночном звездном небе вы видите большую и яркую звезду, то скорее всего это он.

Планета Юпитер, видео

И в завершение интересный документальный фильм о Юпитере.

Чем на обычную планету. Юпитер почти полностью состоит из газов, в основном это - водород и гелий. Это одна из пяти планет, известных с незапамятных времён. По степени освещённости Юпитер стоит после Венеры.

В религии и мифологии древних греков и римлян Юпитер у римлян и Зевс у греков – один из главных богов Олимпа. Планета носит его имя. В небольшой телескоп можно увидеть на Юпитере цветные полосы, параллельные экватору. Светлые называют зоны, тёмные – полосы, или ленты.

Разная скорость вращения вокруг своей оси

Среди всех планет Солнечной системы у Юпитера самый короткий период вращения. Юпитер – газообразная планета, поэтому скорость его вращения не одинакова на разных широтах.

Дело в том, что эта планета вращается не как твёрдое тело. Из-за быстрого движения вокруг оси Юпитер имеет сильное сжатие у полюсов. Период вращения колеблется от 9 ч 50 мин в экваториальном поясе до 9 ч 55 мин в средних широтах.

Высокая скорость вращения вызвала полярное сжатие: диаметр планеты на полюсах составляет 134 700 км, а в зоне экватора 143 00 км.

Внутреннее строение Юпитера

Ядро Юпитера каменистое, со следами льда. Частично в его состав входят сжатые водород и гелий. Ядро составляет 4% от общей массы планеты.

Далее идет слой металлического водорода, электроны движутся свободно от протонов в пространстве, где давление равно примерно 3 миллионам земных атмосфер. Следующий слой состоит из жидкой смеси гелия и молекулярного водорода. В состав атмосферы входят газы – водород и гелий, а также целый ряд других компонентов.

Где находится источник тепла?

Измерение энергии, излучаемой Юпитером в основном виде инфракрасной радиации, свидетельствует о том, что она превышает в 1,5 раза тепловую энергию, которую планета получает от Солнца. Это означает, что Юпитер имеет собственный источник тепла. Эта дополнительная энергия обязана своим происхождением потенциальной гравитационной энергии, накопленной за время процесса формирования планеты.

Температура в недрах Юпитера очень высокая: около 30 000 °К. Тепло, направляясь к внешним слоям планеты, встречает многочисленные препятствия. Они связанны со смещением, которое происходит в результате конвективного движения металлического водорода.

Магнитное поле Юпитера

Магнитное поле Юпитера почти в 12 раз превышает по интенсивности земное. Наклон магнитной оси составляет 11° по отношению к оси вращения.

Существование магнитного поля объясняется наличием в недрах планеты жидкого металлического водорода. Именно он, являясь хорошим проводником и вращаясь с большой скоростью, генерирует магнитные поля. Характеристика магнитного поля Юпитера имеет много общего с земным: на Юпитере тоже имеются два магнитных полюса, причём инвертированных. Стрелка компаса на этой газообразной планете-гиганте указывала бы только на юг, а на север – нет.

Самая крупная планета в нашей Солнечной системе – это Юпитер. Наряду с Нептуном, Сатурном и Ураном эта планета классифицируется не иначе как газовый гигант. Юпитер был известен человечеству еще со времен древних цивилизаций, он нашел своё отражение в религиозных верованиях и мифологии. Название же его происходит от имени верховного бога-громовержца Древнего Рима.

Диаметр этого гиганта более чем в 10 раз превышает диаметр нашей планеты, а его объемы превосходят все планеты нашей Солнечной системы. В нем поместятся 1300 таких планет, как наша. Сила притяжения Юпитера такова, что может изменить траекторию движения комет, притом, чтов итоге это небесное тело может покинуть Солнечную систему вовсе. Магнитное поле планеты Юпитер также самое сильное среди всех планет системы.

Оно в 14 раз превышает наше. Многие астрономы склонны считать, что это поле создается благодаря движению водорода внутри гиганта. Юпитер – очень сильный радиоисточник, он может повредить любой из существующих космических аппаратов, подлетевших слишком близко.

Несмотря на свои огромные параметры, Юпитер – самая быстрая планета системы Солнца. Для полного её вращения достаточно десяти часов. Но для того, что бы облететь Солнце гигант затрачивает около 12 лет.


Это интересно: на планете нет смены времен года!
В принципе, гиганта можно рассматривать и как отдельную систему, такая своеобразная система Юпитера в системе Солнца. Всё дело в том, что вокруг него вращается более 60 спутников. Все они вращаются в противоположном направлении от вращения самой планеты. Вполне возможно, что истинное число спутников Юпитера переваливает за сотню, но, увы, пока они неизвестны для ученых. Среди всех небесных тел, вращающихся вокруг этого гиганта, можно выделить четыре: Каллисто, ИО, Европа и Ганимед. Все вышеперечисленные спутники больше нашей Луны минимум в 1,5 раза.


Юпитер имеет 4 кольца. Одно, самое главное, появилось благодаря столкновению метеорита с 4мя спутниками этой планеты: Метида, Альматея, Фива и Адрестея. Кольца Юпитера имеют одно отличие: в них не был найден лёд. Сравнительно недавно ученые обнаружили еще одно кольцо, которое расположилось само ближе к планете-гиганту, оно получило название Гало.


Удивительным фактом является то, что на планете Юпитер располагается Большое Красное пятно, котороя на самом деле является трехсот пятидесяти летним антициклоном. Возможно ему даже больше, чем мы предполагаем. Его открыл астроном Дж. Кассини в 1665 году. Он достигал своего максимума век назад: 14 тысяч км в ширину и 40 тысяч км в длину. На данный момент антициклон уменьшился вдвое. Красное пятно – это своеобразный вихрь, который вращается со скоростью 400-500 км/ч против часовой стрелки.
Земля и Юпитер чем-то похожи друг на друга. К примеру, бури на этой огромной планете долго не продолжаются, до 4 дней, а ураганы всегда сопровождаются штормом и молнией. Конечно, сила этих явлений намного больше, чем у нас.


Оказывается, Юпитер умеет «говорить». Он издает странные звуки, похожие на речь, их так же называются электромагнитные голоса. Это странное явление впервые зарегистрировал зонд NASA-Voyager.
Юпитер – довольно странная планета. Ученые не могут точно ответить, почему на ней природные явления ведут себя по-другому. К примеру, Юпитеру свойствен один интересный феномен – феномен «горячих теней». Всё дело в том, что обычно в тени температура ниже, чем на освещенных участках. Однако на этом гиганте там, где поверхность в тени, температура выше, чем в открытой окружающей местности. Существует много объяснений этой аномалии. Самой правдоподобной теорией является мнение, что все планеты поглощают большую часть энергии нашего светила, но небольшую часть – отражают. Выходит, что Юпитер наоборот отражает больше тепла, чем получает его от Солнца.

На этом странности не заканчиваются. Недавно на одном из спутников Юпитера – Ио – была зафиксирована вулканическая деятельность! На поверхности спутника было открыто восемь действующих вулканов. Это новость стала сенсацией, потому как нигде, кроме Земли, вулканов нет. На другом же спутнике – Европе – ученые обнаружили воду, которая находится под очень толстым слоем льда.


Юпитер может по праву считаться самой богатой планетой. По подсчетам ученых на этом гиганте может быть град из кусков алмаза. Дело в том, что на Юпитере углерод в кристаллических формах – далеко не редкость. Сначала молнии превращают метан в углерод, далее при падении он твердеет и превращается в графит. Падая еще ниже, графит в итоге становится алмазом, которому еще предстоит падать в течение 30 тысяч км. В самом конце, камни достигают такой большой глубины, что высокая температура ядра газового гиганта плавит их и, вполне возможно, что внутри создается огромный океан жидкого углерода.


Есть ли признаки жизни на Юпитере? Увы, на сегодняшний день наличие жизни на этой планете – маловероятно, потому как в атмосфере низкая концентрация воды и твёрдая поверхность в принципе отсутствует.
Перечитывая вышеизложенные факты, создается впечатление, что это далеко не все сенсации, самые интересные ждут нас впереди. Многие исследователи и ученые считают, что на Юпитере вполне возможна жизнь. Атмосфера этого гиганта очень похожа на нашу атмосферу в далеком прошлом. Поэтому, думается, это не последняя статья и это не последние факты, которые нам предстоит еще рассмотреть.