Облачные ярусы: когда давление атмосферы Юпитера достигнет давления земной атмосферы, остановимся и осмотримся. Наверху видно обычное голубое небо, вокруг клубятся густые белые облака сконденсированного аммиака. Его запах неприятен для человека, поэтому проветривать наш пункт наблюдения не стоит; кроме того снаружи морозно: - 100° С.
Красноватая окраска части юпитерианских облаков говорит о том, что здесь много сложных химических соединений. Разнообразные химические реакции в атмосфере инициируются солнечным ультрафиолетовым излучением, мощными разрядами молний (гроза на Юпитере должна быть впечатляющим зрелищем!), а также теплом, идущим из недр планеты. Атмосфера Юпитера кроме водорода (81%) и небольшой доли гелия (18%) содержит малые количества метана, аммиака и водяного пара. Ученые обнаружили также следы ацетилена, этана, угарного газа, синильной кислоты, гидрида германия, фосфина и пропана. Из этой химической "каши" трудно выбрать главных претендентов на роль оранжевого красителя атмосферы: это могут быть соединения фосфора, серы или органические соединения.
Следующий ярус облаков состоит из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония при температуре - 10° С. Водяной пар и кристаллы воды образуют более нижкий ярус облаков при температуре 20° С и давлении в несколько атмосфер - почти над самой поверхностью океана Юпитера. (Хотя некоторые модели допускают наличие и четвертого яруса облаков - из жидкого аммиака.)
Толщина атмосферного слоя, в котором возникают все эти удивительные облачные структуры, - 1000 км. Темные полосы и светлые зоны, параллельные экватору, соответствуют атмосферным течениям разного направления (одни отстают от вращения планеты, другие его опережают). Скорости этих течений - до 100 м/с. На границе разнонаправленных течений образуются гигантские завихрения. Особенно впечатляют Большое Красное Пятно - колоссальный атмосферный вихрь. Неизвестно когда он возник, но в телескопы он наблюдается уже 300 лет.
Последние исследования показывают что, чем дальше планета от Солнца, тем менее турбулентная ее атмосфера, тем менее интенсивно происходит теплообмен между соседними областями и рассеивается меньше энергии. В атмосфере больших планет физические процессы таковы, что энергия из отдельных мелких областей переносится в более крупные и скапливается затем в глобальные воздушные структуры - зональные потоки. Эти потоки и являются поясами облаков, которые можно разглядеть даже в небольшой телескоп. Соседние потоки движутся в противоположных направлениях. Их цвет может слегка отличаться в зависимости от химического состава. Цветные облака находятся в самых высоких слоях Юпитера (их глубина составляет около 0,1-0,3% радиуса планеты). Происхождение их окраски остается тайной, хотя, по-видимому, можно утверждать, что она связана со следовыми составляющими атмосферы и свидетельствует о происходящих в ней сложных химических процессах. На основе исследования в конце 2000 г зондом Cassini выяснено, что светлые полосы и Большое Красное Пятно (гигантский шторм с размером большой оси около 35 тыс. км, а малой оси - 14 тыс. км) связаны с нисходящими потоками (вертикальная циркуляция атмосферных масс); облака здесь выше, а температура ниже, чем в остальных областях. Цвет облаков коррелирует с высотой: синие структуры - самые верхние, под ними лежат коричневые, затем белые. Красные структуры - самые низкие. Красноватый оттенок планеты приписывают главным образом присутствию в атмосфере красного фосфора и, возможно, органике, возникающей благодаря электрическим разрядам. В области, где давление порядка 100 КПа, температура составляет около 160 К. В атмосфере Юпитера замечены грозы. Температура верхних облаков составляет - 130°С. Юпитер выделяет на 60% больше энергии, чем получает от Солнца. Атмосфера отражает 45% падающего солнечного света. Установлено также наличие ионосферы, протяженность которой по высоте - порядка 3000 км.
Большое Красное Пятно: Поверхность Юпитера нельзя наблюдать непосредственно из-за плотного слоя облаков, представляющих собой картину чередующихся темных полос и ярких зон. Различия в цвете полос объясняются небольшими химическими и температурными различиями. Положения и размеры полос и зон постепенно изменяются со временем. Яркие цвета, которые видны в облаках Юпитера, вероятно, результат искусных химических реакций примесей элементов в его атмосфере, возможно, включающих серу, чьи соединения создают широкое разнообразие цветов. Темные полосы и светлые зоны облачной структуры Юпитера, скорость которых иногда достигает 500 км/час, и самим существованием, и своей формой обязаны ураганным ветрам, опоясывающим планету в меридиональном направлении. На Земле ветры создаются большим различием в температуре - более чем в 40° Цельсия между полюсом и экватором. А вот и полюс, и экватор Юпитера имеют примерно одну и ту же температуру (-130°С), по крайней мере, у основания облаков. Очевидно, ветры Юпитера управляются главным образом его внутренним теплом, а не солнечным, как на 3емле.
В целом же химический состав атмосферы всей планеты существенно не отличается от солнечного и имеет сходство с небольшой звездой.
Большое Красное Пятно - овал размером 14 000 х 35 000 км (то есть два земных диска). Вещество в Большом Красном Пятне перемещается против часовой стрелки, делая полный оборот за 7 земных суток. Пятно смещается относительно среднего положения то в одну, то в другую сторону. Исследования показывают, что 100 лет назад его размеры были вдвое больше. В 1938 году было зафиксировано формирование и развитие трех больших белых овалов вблизи 30° южной широты. Наблюдатели также отмечали серию маленьких белых овалов, которые также представляют собой вихри. Поэтому можно полагать, что Красное Пятно является не уникальным образованием, но самым мощным членом из семейства штормов. Исторические записи не обнаруживают подобных долго существующих систем в средних северных широтах. Имеются большие темные овалы вблизи 15° северной широты, но почему-то условия, необходимые для возникновения вихрей и последующего их превращения в устойчивые системы, подобные Красному Пятну, существуют только в Южном полушарии.
Иногда на Юпитере происходят столкновения таких больших циклонических систем. Одно из них имело место в 1975 году, в результате чего красный цвет Пятна поблек на несколько лет. в 2002 произошло аналогичное столкновение Большого Красного Пятна и Большого Белого Овала. Белый Овал является частью пояса облаков, с периодом обращения меньшим, чем у Большого Красного Пятна. Овал начал тормозиться Большим Красным Пятном в конце февраля 2002 года, и столкновение продолжалось целый месяц. Красный цвет Большого Красного Пятна - загадка для ученых, возможной причиной его могут служить химикалии, включающие фосфор. Фактически цвета и механизмы, создающие вид всей юпитерианской атмосферы, до сих пор еще плохо поняты и могут быть объяснены только при прямых измерениях ее параметров.
Состав: Верхний облачный слой имеет толщину около 50 км. В этой области давление в атмосфере сравнимо с таковым на Земле, но оно быстро растет с глубиной. Под облаками находится слой толщиной примерно 21000 км, состоящий из смеси водорода и гелия, водород постепенно изменяет свое состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С). Под жидким водородным слоем находится море жидкого металлического водорода глубиной 40 000 км. Неизвестный на Земле жидкий металлический водород формируется при давлениие 3 млн. атмосфер. Состоящий из протонов и электронов, он является прекрасным проводником электричества. Последние эксперименты показали, что водород не изменяет свою фазу внезапно, следовательно, внутренности Юпитера не имеют четких границ между слоями. Ученые полагают, что Юпитер имеет твердое ядро размером в полтора диаметра Земли, но в 10-30 раз более плотное. Если даже на Юпитере и имеется твердая поверхность, то стоять на ней нельзя без опасения быть раздавленным весом выше лежащей атмосферы. По теоретическим расчетам, температура ядра планеты около 30 000°С, а давление 30-100 млн. атмосфер. Такие условия недостаточны для термоядерных реакций, но Юпитер излучает в пространство примерно в 2 раза больше энергии, чем получает ее от Солнца. Наиболее вероятно, что избыточное тепловое излучение планеты является результатам гравитационного сжатия планеты, которое продолжается и сейчас. Тепло перемещается через толщу атмосферы и просачивается наружу через свободные от облаков области, которые соответственно названы "горячими пятнами". Юпитер быстро вращается вокруг собственной оси (в 2,5 раза быстрее, чем Земля), и действие огромной центробежной силы привело к тому, что планета заметно расплющилась. Полярный радиус Юпитера на 4400 км меньше экваториального. Как и на Солнце, скорость его вращения на экваторе имеет максималь-ное значение и уменьшается с увеличением широты. Причина такого различия остается неясной до сих пор.
Юпитер — самая крупная планета
Солнечной системы. Расположена она на пятой орбите от Солнца.
Относится к категории газовых гигантов
и в полной мере оправдывает правильность такой классификации.
Юпитер получил своё название в честь древнего верховного бога-громовержца. Вероятно, из-за того, что известна планета была с давних времён и иногда встречалась в мифологии.
Масса и размер.
Если сопоставить размеры Юпитера и Земли — можно понять, насколько сильно они отличаются. Юпитер превосходит по радиусу нашу планету более чем в 11 раз.
При этом масса Юпитера больше массы Земли в 318 раз! И это ещё сказывается маленькая плотность гиганта (уступает земной почти в 5 раз).
Строение и состав.
Ядро планеты, что весьма интересно, является каменным. Его диаметр около 20 тысяч километров.
Затем следует слой металлического водорода, имеющий вдвое больший диаметр, нежели ядро. Температура этого слоя колеблется от 6 до 20 тысяч градусов.
Следующий слой составляет субстанция из водорода, гелия, аммиака, воды и другого. Её толщина также около 20 тысяч километров. Что интересно, у поверхности этот слой имеет газообразную форму, но потом постепенно переходит в жидкую.
Ну и последний, внешний слой — состоит, по большей части, из водорода. Также есть некоторая часть гелия и чуть меньше — других элементов. Этот слой газообразный.
Орбита и вращение.
Скорость движения Юпитера по орбите не очень велика. Полный оборот вокруг центральной звезды планета совершает почти за 12 лет.
А вот скорость вращения вокруг своей оси, наоборот, высока. И даже более — самая высокая среди всех планет системы. Оборот занимает чуть меньше 10 часов.
Информация о планете Юпитер
Атмосфера.
Атмосфера Юпитера состоит примерно на 89% из водорода и 8-10% из гелия. Оставшиеся крохи приходятся на метан, аммоний, воду и другое.
При наблюдении издалека, хорошо видны полосы Юпитера — различные по составу, температуре и давлению слои атмосферы. Они даже цвет имеют разные — одни светлее, другие темнее. Иногда они движутся вокруг планеты в различных направлениях и почти всегда — с различной скоростью, что весьма красиво.
В атмосфере Юпитера происходят ярко выраженные явления: молнии, штормы и другие. Они имеют куда большие масштабы, нежели на нашей планете.
Температура.
Несмотря на удалённость от Солнца, температуры на планете весьма высокие.
В атмосферы — примерно от -110 °C до +1000 °C. Ну а с уменьшением расстояния до центра планеты, растёт и температура.
Но происходит это вовсе не равномерно. Особенно для его атмосферы — изменение температуры в разных её слоях происходит довольно неожиданным образом. Пока что не удаётся объяснить все такие изменения.
— Из-за быстрого вращения вокруг своей оси, Юпитер немного вытянут в высоту. Так, экваториальный его радиус превосходит полярный почти на 5 тысяч километров (71,5 тысяч км и 66,8 тысяч км соответственно).
— Диаметр Юпитера максимально приближен к пределу для планет подобного типа строения. При теоретическом дальнейшем увеличении планеты — она стала бы сжиматься, а её диаметром при этом оставался бы почти неизменным. Таким, который она имеет и сейчас.
Такое сжатие привело бы к появлению новой Звезды.
— В атмосфере Юпитера находится гигантский непрекращающийся ураган — так называемое Красное пятно Юпитера (из-за его цвета при наблюдении). Размеры этого пятна превышает несколько диаметров Земли! 15 на 30 тысяч километров — примерно таковы его размеры (и это он ещё уменьшился в 2 раза за последние 100 лет).
— Планета имеет 3 очень тонких и незаметных кольца.
— На Юпитере идут дожди из алмазов.
— Юпитер имеет самое большое количество спутников
среди всех планет Солнечной системы — 67.
На одном из этих спутников, Европе, находится глобальный океан, достигающий глубины 90 километров. Объём воды в этом океане больше объёма океанов Земли (хотя по размерам спутник заметно уступает Земле). Возможно, в этом океане есть живые организмы.
Юпитер — пятая от Солнца планета в Солнечной системе. Это – планета гигант. Экваториальный диаметр Юпитера почти в 11 раз больше земного. Масса Юпитера превосходит массу Земли в 318 раз.
Планета Юпитер была известна людям с древних времён: как и Меркурий, Венеру, Марс, Сатурн, его можно увидеть на ночном небе невооруженным глазом. Когда в конце 16 века в Европе стали распространяться первые несовершенные подзорные трубы — телескопы, итальянский учёный Галилео Галилей решил сделать такой прибор для себя. Он же догадался использовать его на пользу астрономии. В 1610 г. Галилей увидел в телескоп крошечные «звёздочки», обращающиеся вокруг Юпитера. Эти четыре спутника, открытые Галилеем (галилеевы спутники) получили названия Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.
Древние римляне отожествили многих своих богов с греческими. Юпитер – верховный римский бог тождественен верховному богу Олимпа – Зевсу. Спутникам Юпитера дали имена персонажей из окружения Зевса. Ио – одна из его многочисленных возлюбленных. Европа – прекрасная финикиянка, которую Зевс похитил, преобразившись в могучего быка. Ганимед – красавец юноша-виночерпий, прислуживающий Зевсу. Нимфу Каллисто из ревности супруга Зевса Гера превратила в медведицу. Зевс поместил её на небе в виде созвездия Большой Медведицы.
В течение почти трёх веков только галилеевы спутники оставались известными науке спутниками Юпитера. В 1892 г. был открыт пятый спутник Юпитера – Амальтея. Амальтея – божественная коза, вскормившая своим молоком Зевса, когда его мать вынуждена была укрывать новорождённого сына от необузданного гнева его отца – бога Кроноса. Рог Амальтеи стал сказочным рогом изобилия. После Амальтеи открытия спутников Юпитера посыпались как из рога изобилия. На настоящее время известны 63 спутника Юпитера.
Юпитер и его спутники изучаются учёными не только с Земли с использованием современных научных методов, но и были обследованы с более близкого расстояния с помощью космических автоматов. Американская межпланетная автоматическая станция «Пионер-10» впервые подошла на относительно близкое расстояние к Юпитеру в 1973 г., «Пионер-11» — год спустя. В 1979 г. к Юпитеру приблизились американские аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». В 2000 г. автоматическая межпланетная станция «Кассини» прошла мимо Юпитера, передав на Землю фотографии и уникальную информацию о планете и её спутниках. С 1995 по 2003 годы в пределах системы Юпитера работал космический аппарат «Галилео», миссия которого заключалась в подробном исследовании Юпитера и его спутников. Космические аппараты не только помогли собрать большой объём информации о Юпитере и его многочисленных спутниках, но и обнаружить вокруг Юпитера кольцо, состоящее из мелких твёрдых частиц.
Весь рой спутников Юпитера можно разделить на две группы. Одна из них – внутренние (расположены ближе к Юпитеру), куда входят четыре галилеевых спутника и Амальтея. Все они, кроме относительно маленькой Амальтеи, крупные космические тела. Диаметр самого маленького из галилеевых спутников — Европы составляет приблизительно 0,9 от диаметра нашей Луны. Диаметр самого большого – Ганимеда в 1,5 раз больше диаметра Луны. Все эти спутники движутся по своим почти круговым орбитам в плоскости экватора Юпитера в направлении вращения планеты. Как и наша Луна, галилеевы спутники Юпитера всегда повёрнуты к своей планете одной и той же стороной: время обращения каждого спутника вокруг своей оси и вокруг планеты одинаково. Большинство учёных считают, что эти пять спутников Юпитера сформировались вместе со своей планетой.
Огромное количество внешних спутников Юпитера – небольшие космические тела. Внешние спутники в своём движении не придерживаются плоскости юпитерианского экватора. Большинство внешних спутников обращаются вокруг Юпитера в направлении противоположном направлению вращения планеты. Скорее всего, все они «чужаки» в мире Юпитера. Возможно, они представляют собой обломки столкнувшихся в окрестностях Юпитера больших космических тел, или одного развалившего на части в сильном гравитационном поле прародителя.
На настоящее время о планете Юпитер и его спутниках учёные собрали большой объём информации, космические аппараты передали на землю огромное количество фотографий, сделанных с относительно близких расстояний. Но настоящей сенсацией, сломавшей существующие ранее представления учёных о спутниках планет, стал факт, что на спутнике Юпитера Ио происходят извержения вулканов. Небольшие космические тела за время своего существования остывают в космическом пространстве, в их недрах не должно сохраняться огромной температуры, необходимой для поддержания вулканической деятельности.
Ио же не просто тело, ещё сохранившее некоторые следы активности недр, а самое активное вулканическое тело в Солнечной системе, известное в нынешнее время. Извержения вулканов на Ио можно считать почти непрерывными. И по своей силе они во много раз превосходят извержения земных вулканов.
Характеристики Юпитера
Что же даёт «жизнь» небольшому космическому телу, которое давно должно было превратиться в мёртвую глыбу. Учёные считают, что тело планеты постоянно разогревается за счет трения в породах, образующих спутник, под действием огромной силы гравитации Юпитера и сил притяжения со стороны Европы и Ганимеда. За каждый оборот Ио дважды изменяет орбиту, смещаясь радиально на 10 км к Юпитеру и от него. Периодически сжимаясь и разжимаясь, тело Ио разогревается подобно тому, как нагревается изгибаемая проволока.
Заинтересуйте детей известными фактами и нераскрытыми пока тайнами Юпитера и членов его многочисленного семейства. Интернет предоставляет возможность удовлетворить интерес по этой теме.
4.14. Юпитер
4.14.1. Физические характеристики
|
|
Юпитер (газовый гигант) – пятая планета Солнечной системы.
Экваториальный радиус: 71492 ± 4 км, полярный радиус: 66854 ± 10 км.
Масса: 1,8986 × 10 27 кг или 317.8 массы Земли.
Средняя плотность: 1.326 г/см³.
Сферическое альбедо Юпитера равно 0,54.
Поток внутреннего тепла на единицу площади «поверхности» Юпитера примерно равен потоку, получаемому от Солнца. В этом отношении Юпитер ближе к звёздам, чем к планетам земной группы. Однако источником внутренней энергии Юпитера, очевидно, не являются ядерные реакции. Излучается запас энергии, накопленной при гравитационном сжатии планеты.
4.14.2. Элементы орбиты и особенности движения
Среднее расстояние Юпитера от Солнца составляет 778,55 млн. км (5.204 а. е.). Эксцентриситет орбиты равен e = 0,04877. Период обращения вокруг Солнца равен 11.859 года (4331,572 суток); средняя орбитальная скорость – 13.07 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 1.305°. Наклон оси вращения: 3,13°. Поскольку экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты, то на Юпитере не бывает смен времён года.
Юпитер вращается быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы, причём угловая скорость вращения уменьшается от экватора к полюсам. Период вращения равен 9,925 часов. Вследствие быстрого вращения, полярное сжатие Юпитера весьма заметно: полярный радиус меньше экваториального на 6,5%.
Юпитер обладает наибольшей среди планет Солнечной системы атмосферой, которая простирается на глубину более 5000 км. Поскольку Юпитер не имеет твёрдой поверхности, внутренняя граница атмосферы соответствует глубине, на которой давление равно 10 бар (т. е. примерно 10 атм).
Атмосфера Юпитера в основном состоит из молекулярного водорода H 2 (примерно 90%) и гелия He (около 10%). Атмосфера содержит также простые молекулярные соединения: воду, метан, сероводород, аммиак, и фосфин и др. Обнаружены также следы простейших углеводородов – этана, бензола и других соединений.
Атмосфера имеет ярко выраженную полосатую структуру, состоящую из светлых зон и тёмных поясов, которые являются результатом проявления конвективных потоков, выносящих внутреннее тепло к поверхности.
В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска объясняется, видимо, повышенной концентрацией аммиака NH 3 и гидросульфида аммония NH 4 HS.
Располагающиеся ниже тёмные облака поясов предположительно содержат соединения фосфора и серы, а также некоторые простейшие углеводороды. Эти, в обычных условиях бесцветные, соединения в результате воздействия УФ излучения Солнца приобретают тёмную окраску. Облака тёмные поясов имеют более высокую температуру, чем светлых зон и представляют собой области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера.
|
Юпитер в ИК диапазоне |
На границах поясов и зон, где наблюдается сильная турбулентность, возникают вихревые структуры, наиболее ярким примером которых является Большое Красное Пятно (БКП) – гигантский циклон в атмосфере Юпитера, существующий уже более 350 лет. Газ в БКП вращается против часовой стрелки с периодом оборота около 6 земных суток. Скорость ветра внутри пятна превышает 500 км/ч. Ярко-оранжевый цвет пятна, видимо, связан с наличием серы и фосфора в атмосфере.
Юпитер - самая массивная планета
Длина БКП составляет около 30 тыс. км в длину, ширина – 13 тыс. км (существенно больше Земли). Размеры пятна постоянно изменяются, причём наблюдается тенденция к его уменьшению, поскольку 100 лет назад БКП было примерно в 2 раза больше. Пятно перемещается параллельно экватору планеты.
4.14.4. Внутреннее строение
|
Внутреннее строение Юпитера |
В настоящее время предполагается, что в центре Юпитера находится твёрдое ядро, затем следует слой жидкого металлического водорода с небольшой примесью гелия, и внешний слой, состоящий, в основном, из молекулярного водорода. Несмотря на общую, в целом сформированную концепцию, она содержит, тем не менее, ещё много неопределённых и неясных деталей.
Для описания ядра чаще всего используется модель каменной сердцевины планеты, однако ни свойства вещества при экстремальных давлениях и температурах, достигаемых в ядре (не менее 3000–4500 ГПа и 36000 К), ни его детальный состав неизвестны. Наличие твёрдого ядра массой от 12 до 45 масс Земли (или 3–15% массы Юпитера) следует из измерений гравитационного поля Юпитера. Кроме этого, твёрдый (ледяной или каменный) зародыш прото-Юпитера для последующей аккреции лёгких водорода и гелия является необходимым элементом в современных моделях происхождения планетных систем (см. раздел 4.6).
Ядро окружено слоем металлического водорода с примесью конденсированных в капли гелия и неона. Эта оболочка простирается примерно на 78% радиуса планеты. Для достижения состояния жидкого металлического водорода необходимы (по оценкам) давление не менее 200 ГПа и температура около 10000 К.
Выше слоя металлического водорода лежит оболочка, состоящая из газожидкого (находящегося в сверхкритическом состоянии) водорода с примесью гелия. Верхняя часть этой оболочки плавно переходит во внешний слой – атмосферу Юпитера.
В рамках этой простой трёхслойной модели чёткой границы между основными слоями не существует, однако и области фазовых переходов имеют малую толщину. Следовательно, можно предположить, что почти все процессы локализованы, что и позволяет рассматривать каждый слой по отдельности.
Юпитер обладает мощным магнитным полем. Напряжённость поля на уровне видимой поверхности облаков равна 14 эрстед у северного полюса и 10,7 эрстед у южного. Ось диполя наклонена к оси вращения на 10°, а полярность обратна полярности земного магнитного поля. Существование магнитного поля объясняется наличием в недрах Юпитера металлического водорода, который, являясь хорошим проводником, вращающимся с большой скоростью, создаёт магнитные поля.
Юпитер окружён мощной магнитосферой, которая на дневной стороне простирается на расстояние 50–100 радиусов планеты, а на ночной стороне протягивается за орбиту Сатурна. Если бы магнитосферу Юпитера можно было бы видеть с поверхности Земли, то её угловые размеры превышали бы размеры Луны.
По сравнению с магнитосферой Земли магнитосфера Юпитера обладает не только большими размерами и мощностью, но и несколько иной формой, а также, наряду с дипольной, обладает ярко выраженными квадрупольной и октупольной составляющими. Форма магнитосферы Юпитера обусловлена двумя дополнительными факторами, отсутствующими в случае Земли, – быстрое вращение Юпитера и наличие близкого и мощного источника магнитосферной плазмы – спутника Юпитера Ио.
|
Юпитер в радиодиапазоне |
Благодаря вулканической активности Ио, находящаяся на расстоянии всего около 4.9R J от верхнего слоя планеты, ежесекундно поставляет в магнитосферу Юпитера до 1 тонны нейтрального газа, богатого серой, двуокисью серы, кислородом, натрием. Этот газ частично ионизируется и образует вблизи орбиты Ио плазменный тор.
В результате совместного действия быстрого вращения и внутримагнитосферного образования плазмы создаётся дополнительный источник магнитного поля – магнитодиск Юпитера. Плазма концентрируется в сердцевине магнитосферы в низкоширотной области, формируя магнитодиск – тонкий токовый слой, величина азимутального тока в котором убывает пропорционально расстоянию от планеты. Полный ток в магнитодиске достигает величины около 100 млн. ампер.
Электроны, движущиеся в радиационных поясах Юпитера, являются источником мощного некогерентного синхротронного излучения магнитосферы в радиодиапазоне.
4.14.6. Общая характеристика спутников и колец Юпитера
В настоящее время известно, что Юпитер обладает 63 естественными спутниками и системой колец. Все спутники подразделяются на две категории: регулярные и нерегулярные.
Восемь регулярных спутников обращаются вокруг Юпитера в направлении его вращения по практически круговым орбитам. Регулярные спутники, в свою очередь, делятся на внутренние (спутники группы Амальтеи) и главные (или галилеевы).
Спутники-пастухи. Четыре внутренних спутника Юпитера – Метида (размеры 60×40×34 км), Адрастея (20×16×14 км), Амальтея (250×146×128 км) и Теба (116×98×84 км) – имеют неправильную форму и играют роль т. н. лун-пастухов, удерживающих кольца Юпитера от распада.
Кольца Юпитера. У Юпитера имеются слабые кольца, которые находятся на высоте 55000 км от атмосферы. Существует два основных кольца и одно очень тонкое внутреннее, с характерной оранжевой окраской. Главная часть колец имеет радиус 123–129 тыс. км. Толщина колец - около 30 км. К земному наблюдателю кольца почти всегда обращены ребром, из-за чего они долгое время оставались незамеченными. Сами кольца состоят в основном из пыли и мелких каменных частиц, плохо отражающих солнечные лучи, и поэтому они плохо различимы.
Галилеевы спутники. Четыре галилеевых спутника Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) – одни из крупнейших лун Солнечной системы. Суммарная масса галилеевых спутников составляет 99,999% всех объектов, обращающихся вокруг Юпитера (более подробно о галилеевых спутниках см. далее в разделе 4.14.7).
Нерегулярные спутники. Нерегулярными принято называть такие спутники, орбиты которых обладают большими эксцентриситетами; либо спутники, которые движутся по орбите в обратном направлении; либо спутники, орбиты которых характеризуются большими наклонами к экваториальной плоскости. Нерегулярные спутники – это, по всей видимости, астероиды, захваченные из числа «троянцев» или «греков».
Нерегулярные спутники, которые обращаются вокруг Юпитера в направлении его вращения:
Фемисто (не образует семейства);
группа Гималии (Леда, Гималия, Лисития, Элара, S/2000 J 11);
Карпо (не образует семейства).
Нерегулярные спутники, которые обращаются вокруг Юпитера в обратном направлении:
S/2003 J 12 (не образует семейства);
группа Карме (13 спутников);
группа Ананке (16 спутников);
группа Пасифе (17 спутников);
S/2003 J 2 (не образует семейства).
4.14.7. Галилеевы спутники: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто
Галилеевы спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) открыты Галилео Галилеем (в честь которого и получили название) 8 января 1610 года.
Галилеевы спутники вращаются синхронно и всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной (т. е. находятся в спин-орбитальном резонансе 1:1) вследствие влияния мощных приливных сил планеты-гиганта. Кроме этого, Ио, Европа и Ганимед находятся в орбитальном резонансе – их орбитальные периоды относятся как 1:2:4. Стабильность орбитальных резонансов галилеевых спутников наблюдается с момента открытия, т. е. на протяжении 400 земных лет и более 20 тысяч «спутниковых» (Ганимеда) лет (период обращения Ганимеда равен 7,155 земных суток).
Ио (средний диаметр – 3640 км, масса – 8,93 × 10 22 кг или 0,015 массы Земли, средняя плотность – 3,528 г/см 3) находится ближе других галилеевых спутников к Юпитеру (в среднем на расстоянии 4.9R J от его поверхности), чем, видимо, и обусловлена её вулканическая активность – самая высокая в Солнечной системе. Одновременно на поверхности Ио могут извергаться более 10 вулканов. В результате этого рельеф Ио полностью изменяется в течение нескольких сотен лет. Крупнейшие извержения ионических вулканов выбрасывают вещество со скоростью 1 км/с на высоту до 300 км. Подобно земным вулканам, вулканы на Ио выбрасывают серу и диоксид серы.Ударные кратеры на Ио практически отсутствуют, так как уничтожаются постоянными извержениями и потоками лавы. В дополнение к вулканам на Ио имеются невулканические горы, озёра расплавленной серы, вязкие лавовые потоки длиной в сотни километров. В отличие от других галилеевых спутников, на Ио нет воды или льда.
Европа (диаметр – 3122 км, масса – 4,80 × 10 22 кг или 0,008 массы Земли, средняя плотность – 3,01 г/см 3) в среднем находится на расстоянии 8.4R J от поверхности Юпитера. Европа полностью покрыта слоем воды толщиной предположительно около 100 км (частью – в виде ледяной поверхностной коры толщиной 10–30 км; частью, как полагают, – в виде подповерхностного жидкого океана). Далее залегают горные породы, а в центре предположительно находится небольшое металлическое ядро. Глубина океана – до 90 км, а его объём превышает объём мирового океана Земли. Тепло, необходимое для поддержания его в жидком состоянии, предположительно вырабатывается за счёт приливных взаимодействий (в частности, приливы поднимают поверхность спутника на высоту до 30 метров). Поверхность Европы очень ровная, лишь немногие образования, напоминающие холмы, имеют высоту несколько сот метров. Высокое альбедо (0,67) спутника свидетельствует о том, что поверхностный лёд довольно чистый. Количество кратеров невелико, имеется только три кратера диаметром больше 5 км.
Сильное магнитное поле Юпитера вызывает электротоки в солёном океане Европы, которые и формируют её необычное магнитное поле.
Магнитные полюса расположены вблизи экватора спутника и постоянно смещаются. Изменения мощности и ориентации поля коррелируют с прохождением Европы через магнитное поле Юпитера. Предполагается, что в океане Европы может существовать жизнь.
На поверхности Ганимеда имеется, в основном, два типа регионов: очень старые, сильно кратерированные тёмные области и более «молодые» (но тоже древние) светлые области, отмеченные протяжёнными рядами гряд и выемок. Происхождение светлых регионов связано, очевидно, с тектоническими процессами. Многочисленные ударные кратеры имеются на обоих типах поверхности Ганимеда, что говорит об их древности – до 3–3,5 млрд. лет (подобно лунной поверхности).
Каллисто (диаметр – 4821 км, масса – 1,08 × 10 23 кг или 0,018 массы Земли, средняя плотность – 1,83 г/см 3) в среднем находится на расстоянии 25.3R J от поверхности Юпитера. Каллисто – одно из самых кратерированных тел в Солнечной системе. Следовательно, поверхность спутника очень старая (около 4 млрд. лет), а его геологическая активность крайне низкая. Каллисто имеет наименьшую плотность из всех галилеевых спутников (наблюдается тенденция: чем дальше спутник от Юпитера – тем ниже его плотность) и состоит, вероятно, на 60% изо льда и воды и на 40% из горных пород и железа. Предполагается, что Каллисто покрыт ледяной корой толщиной 200 км, под которой находится слой воды толщиной около 10 км. Более глубокие слои состоят, по-видимому, из спрессованных горных пород и льда с постепенным возрастанием горных пород и железа к центру.
Дополнительная литература:
Т. Оуэн, С. Атрейа, Х. Ниман. «Внезапная догадка»: первые результаты зондирования атмосферы Титана космическим аппаратом «Гюйгенс»
Основные данные
| Объект | радиус орбиты, млн. км. Планета Юпитер краткое описание |
орбитальный период обращения |
радиус, тыс. км | масса, кг | период обращения вокруг своей оси, дней |
ускорение свободного падения, g | температура поверхности, К |
| Солнце | — | — | 695 | 2*10^30 | 24,6 | ||
| Меркурий | 58 | 88 дней | 2,4 | 3,3*10^23 | 58,6 | 0,38 | 440 |
| Венера | 108 | 225 дней | 6,1 | 4,9*10^24 | 243 (обр) | 0,91 | 730 |
| Земля | 150 | 365 дней | 6,4 | 6*10^24 | 1 | 1 | 287 |
| Марс | 228 | 687 дней | 3,4 | 6,4*10^23 | 1,03 | 0,38 | 218 |
| Юпитер | 778 | 12 лет | 71 | 1,9*10^27 | 0,41 | 2,4 | 120 |
| Сатурн | 1429 | 29 лет | 60 | 5,7*10^26 | 0,45 | 0,92 | 88 |
| Уран | 2871 | 84 лет | 26 | 8,7*10^25 | 0,72 (обр) | 0,89 | 59 |
| Нептун | 4504 | 165 лет | 25 | 1,0*10^26 | 0,67 | 1,1 | 48 |
Крупнейшие спутники планет
| Объект | радиус орбиты, тыс. км. |
орбитальный период обращения, дней |
радиус, км | масса, кг | вращается вокруг |
| Ганнимед | 1070 | 7,2 | 2634 | 1,5*10^23 | Юпитера |
| Титан | 1222 | 16 | 2575 | 1,4*10^23 | Сатурна |
| Каллисто | 1883 | 16,7 | 2403 | 1,1*10^23 | Юпитера |
| Ио | 422 | 1,8 | 1821 | 8,9*10^22 | Юпитера |
| Луна | 384 | 27,3 | 1738 | 7,4*10^22 | Земли |
| Европа | 671 | 3,6 | 1565 | 4,8*10^22 | Юпитера |
| Тритон | 355 | 5,9 (обр) | 1353 | 2,2*10^22 | Нептуна |
обр — вращается в направлении, обратном движению по орбите
Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, его диаметр в 11 раз превосходит диаметр Земли, а масса в 318 раз больше массы Земли. Путь Юпитера по орбите вокруг Солнца занимает 12 лет, при этом среднее расстояние до Солнца равно 800 млн км. Пояса облаков в атмосфере и Большое Красное пятно делают Юпитер весьма живописной планетой.
Юпитер — не твердая планета. В отличие от четырех твердых планет, ближе других расположенных к Солнцу, Юпитер представляет собой огромный газовый шар. Есть и еще три газовых гиганта, которые еще более удалены от Солнца: Сатурн, Уран и Нептун. По своему химическому составу эти газовые планеты очень похожи па Солнце и сильно отличаются от твердых внутренних планет Солнечной системы. Атмосфера Юпитера, например, на 85 процентов состоит из водорода и примерно на 14 процентов — из гелия. Хотя сквозь облака Юпитера мы не можем видеть никакой твердой, каменистой поверхности, но глубоко внутри планеты водород находится под таким давлением, что приобретает некоторые черты металла.
Юпитер вращается вокруг своей оси исключительно быстро — он делает один оборот за 10 часов. Скорость вращения настолько высока, что планета выпячивается вдоль экватора. Такое быстрое вращение является, кроме того, причиной очень сильных ветров в верхних слоях атмосферы, где облака вытягиваются длинными красочными лентами. Разные части атмосферы вращаются с несколько различными скоростями, и именно это различие порождает полосы облаков. Облака над Юпитером неоднородные, бурные, поэтому внешний вид облачных полос может измениться всего за несколько дней. В облаках Юпитера имеется, кроме того, очень большое количество вихрей и крупных пятен. Самое большое из них — так называемое Большое Красное пятно, превосходящее но своим размерам Землю. Его можно увидеть даже через небольшой телескоп. Большое Красное пятно представляет собой огромного размера бурю в атмосфере Юпитера, которую наблюдают пот уже 300 лет. По орбитам вокруг Юпитера летает не менее 16 лун. Одна из
них, является самым большим спутником и нашей Солнечной системе; он превосходит по размеру планету Меркурий.
Путешествия к Юпитеру
К Юпитеру уже было послано пять космических кораблей. Пятый из них, «Галилей», был отправлен в шестилетнее путешествие в октябре 1989 г. Космические корабли «Пионер-10» и «Пионер-11» впервые произвели измерения. За ними последовали два корабля «Вояджер», которые в 1979 г. сделали фотографии крупным планом, от которых просто захватывает дух. После 1991 г. фотографировать Юпитер па-чал космический телескоп «Хаббл», и эти снимки по качеству не уступают тем, что были сделаны «Вояджерами». К тому же космический телескоп «Хаббл» будет делать фотографии в течение нескольких лет, в то время как в распоряжении «Вояджеров» был лишь короткий промежуток времени, пока они пролетали мимо Юпитера.
Облака ядовитого газа
Темные, красноватые полосы на Юпитере называются поясами, а более светлые полосы — зонами. Фотографии, сделанные космическими кораблями и космическим телескопом «Хаббл», покалывают, что всего за несколько педель в поясах и попах происходят заметные изменения. Это связано с тем, что видимые для нас характерные черты Юпитера в действительности являются цветными и белыми облаками верхних слоях атмосферы. Вблизи Большого Красного пятна облака образуют красивые картины с вихрями и волнами. Крутящиеся в вихрях облака сдуваются вдоль полос сильнейшими ветрами, скорость которых превышает 500 км/ч.
Большая часть атмосферы Юпитера оказалась бы губительной для людей. В дополнение к преобладающим газам — водороду и гелию — там содержится также метан, ядовитый аммиак, водяные пары и ацетилен. Тебе такое место показалось бы зловонным. Этот газовый состав похож на солнечный.
В белых облаках содержатся кристаллы замерзшего аммиака и водяного льда. Коричневые, красные и синие облака, возможно, обязаны своим цветом химическим веществам, подобным нашим красителям, или сере. Через наружные слои атмосферы бывают видны грозовые молнии.
Активный облачный слой довольно тонок, он составляет менее одной сотой радиуса планеты. Ниже облаков температура постепенно повышается. И хотя на поверхности облачного слоя она равна -160°С, опустившись сквозь атмосферу всего на 60 км, мы обнаружили бы такую же температуру, как на поверхности Земли. А еще немного глубже температура уже достигает точки кипения воды.
Необычное вещество
В глубине Юпитера материя начинает нести себя весьма необычным образом. Хотя нельзя исключить, что в центре планеты имеется небольшое железное ядро, но все же наибольшая часть глубинной области состоит из водорода. Внутри планеты под огромным давлением водород из газа превращается в жидкость. На более и более глубоких уровнях давление продолжает попытаться из-за колоссального веса вышележащих слоев атмосферы.
На глубине около 100 км расположен безбрежный океан жидкого водорода. Ниже 17 000 км водород оказывается сжат настолько сильно, что его атомы разрушаются. И тогда он начинает вести себя, как металл; в этом состоянии он легко проводит электричество. Электрический ток, протекающий и металлическом водороде, создает вокруг Юпитера сильное магнитное поле.
Металлический водород и глубинах Юпитера — это пример необычного вида материи, который астрономы могут изучать, по который практически невозможно воспроизвести и лабораторных условиях.
Почти звезда
Юпитер выделяет больше анергии, чем получает ее от Солнца. Измерения, произведенные космическими кораблями, показали, что Юпитер излучает примерно па 60 процентов больше тепловой энергии, чем получает от солнечного излучения.
Считается, что дополнительное тепло поступает из трех источников: из запасов тепла, оставшихся еще со времени образования Юпитера; ил энергии, высвобождающейся и процессе медленного сжатия, сокращения планеты; и, наконец, из энергии радиоактивного распада.
Планета Юпитер
Это тепло, однако, не возникает с результате прекращения водорода в гелий, как бывает в звездах. В действительности даже самые маленькие из звезд, использующих энергию такого прекращения, примерно в 80 раз массивнее Юпитера. Это означает, что в других «солнечных системах» могут быть планеты и побольше Юпитера, хотя и меньше, чем звезда.
Радиостанция Юпитер
Юпитер является природной радиостанцией. Никакого смысла из радиосигналов Юпитера извлечь нельзя, так как они целиком состоят из шума. Эти радиосигналы создаются электронами, проносящимися через очень сильное магнитное ноле Юпитера. Мощные бури и разряды молний накладываются па беспорядочный радиогрохот. У Юпитера сильное магнитное иоле, которое простирается на 50 диаметров планеты во все стороны. Никакая другая планета Солнечной системы не обладает таким сильным магнетизмом и не создает такого мощного радиоизлучения.
Луны Юпитера
Семейство 16 лун Юпитера представляет собой как бы Солнечную систему в миниатюре, где Юпитер выполняет роль Солнца, а его лупы — роль планет. Самая большая луна — Ганимед, ее диаметр равен 5262 км. Она покрыта толстой коркой льда, лежащей поверх каменистого ядра. Имеются многочисленные следы метеоритных бомбардировок, а также свидетельства столкновения с гигантским астероидом 4 миллиарда лет назад.
Каллисто но величине почти не уступает Ганимеду, и вся ее поверхность густо усеяна кратерами. У Европы самая светлая поверхность. На одну пятую Европа состоит из воды, которая образует на ней ледяной панцирь толщиной в 100 км. Это ледяное покрытие так же сильно отражает свет, как облака Венеры.
Из всех луп наиболее живописна Ио, которая вращается в наибольшей близости к Юпитеру. Цист Ио совершенно необыкновенный — это смесь черного, красного и желтого. Такая удивительная окраска объясняется тем, что из недр Ио было извергнуто большое количество серы. Съемочные камеры «Вояджера» показали па Ио несколько действующих вулканов; они выбрасывают фонтаны серы па 200 км ввысь над поверхностью. Серная лава вылетает наружу со скоростью 1000 м и секунду. Некоторое количество этого лавового вещества вырывается из ноля тяготения Ио и образует кольцо, опоясывающее Юпитер.
Поверхность Ио молола. Мы можем сулить об этом потому, что на ней почти нот метеоритных кратеров. Орбита Ио проходит менее чей в 400 000 км от Юпитера. Поэтому Ио подвергается действию огромных приливных сил. Постоянное чередование растягивающих и сжимающих приливов внутри Ио порождает интенсивное внутреннее трение. Благодаря этому внутренние области остаются горячими и расплавленными, несмотря на огромное удаление Ио от Солнца.
Кроме четырех больших лун, у Юпитера имеются еще и маленькие «лупки». Четыре из них летают ниже над поверхностью Юпитера, чем Ио, и ученые считают их просто большими обломками других спутников, которые уже перестали существовать.
По своему составу атмосфера Юпитера близка к Солнцу, планету еще называют «несостоявшейся звездой», но её масса слишком мала для возникновения термоядерных реакций, обеспечивающих энергию светил.
Большая часть объема – 89% – приходится на водород, гелий составляет 10%, а последний процент поделили между собой водяной пар, метан, ацетилен, аммиак, сероводород и фосфор. Планета состоит из тех веществ, что и ее газовая оболочка – здесь не существует четкого разграничения поверхности и атмосферы. На определенном уровне, под действием колоссального давления, водород переходит в жидкое состояние и образует глобальный океан. При наблюдениях с Земли мы обозреваем только верхний слой атмосферы. Оранжевый оттенок ей придают соединения серы и фосфора. Вариации в насыщенности цвета облаков подтверждают различия в составе атмосферы.
Слои атмосферы
Разбивка атмосферных слоев происходит по показателям температуры и давления. На уровне поверхности, где давление равняется 1 бар, находится тропосфера. Именно здесь движущиеся потоки воздуха образуют зоны и пояса, температура держится на уровне -110 градусов по Цельсию.
С продвижением вверх, температурные показатели увеличиваются и в термосфере достигают 725 градусов, а давление падает. В этой зоне возникает яркое полярное сияние, заметное с Земли.
Циркуляция воздушных масс
Движение атмосферы Юпитера определяется двумя факторами: высокой скоростью вращения вокруг оси, которая составляет 10 часов, и восходящими потоками, возникающими при отдаче внутреннего тепла. Чередующиеся полосы зон и поясов выстраиваются параллельно экватору. Местные ветра изменяют скорость и направление с увеличением широты. На экваторе воздушные массы движутся со скоростью до 140 м/с и совершают суточный оборот на 5 минут быстрее, чем умеренные области. У полюсов ветра стихают.
Зоны возникают благодаря восходящим потокам. Здесь наблюдается увеличение давления, а светлую окраску облакам придают застывшие кристаллы аммиака. Температурные показания зон – ниже, а видимая поверхность – выше, чем у поясов, которые представляют собой нисходящие потоки. Темный цвет нижнего слоя облаков формируют коричневые кристаллы гидросульфида аммония. Движение во всех полосах устойчиво и не меняет свое направление. При соприкосновении зон и поясов возникает сильная турбулентность, рождающая мощные вихри.
Большое Красное Пятно (БКП)
На протяжении 300 лет астрономы наблюдают уникальное явление – ураган, превосходящий по размеру Землю. Окраинные зоны Большого Красного Пятна создают хаотичное завихрение облаков, но ближе к центру движение замедляется. Температура образования ниже, чем у других областей. Оно движется со скоростью 360 км/ч против часовой стрелки, полный оборот вокруг планеты совершает за 6 суток. За столетие границы антициклона уменьшились вдвое. Замечено БКП было в 1665 году Дж. Кассини, но момент его возникновения не установлен, так что возраст урагана может быть больше, чем принято считать.
Исследования
Первым аппаратом, который посетил Юпитер, стал «Пионер-10» в 1971 году. Он передал снимки планеты и спутников, измерил показатели магнитного поля. Аппаратура зонда обнаружила значительное излучение внутреннего тепла Юпитера. Полет «Вояджера — 1» дал несколько тысяч качественных снимков газового гиганта, сведения о верхних областях атмосферы.
Наибольший вклад в изучение Юпитера внесла миссия «Галилео», продолжавшаяся 8 лет. Спуск аппарата предоставил сведения о внутренних слоях атмосферы. Были найдены «сухие» области, где содержание воды меньше обычного в 100 раз, «горячие пятна», образованные тонким участком облаков, проведен анализ химических составляющих. Лучшие снимки планеты выполнил «Кассини», благодаря им составлена подробная карта.
Факты и тайны
Наблюдения за Юпитером ведутся с древних времен, но он по-прежнему полон загадок. Самая значительная по размерам планета Солнечной системы не зря получила имя верховного бога Рима. Ее масса в 2 раза больше, чем всех остальных планет, сложенных вместе. Газовый гигант вращается вокруг оси быстрее всех, имеет самое мощное магнитное поле, его грандиозный ураган БКП наблюдается с Земли, а молнии могут достигать 1000 км. Цвет и природа длительного антициклона не имеют объяснения, как и многие факты, известные о Юпитере.
Одной из постоянных тем дискуссий является возможность появления жизни в атмосфере планеты. Мощнейшие электрические разряды и умеренные температурные показатели могут способствовать формированию сложных органических соединений под плотным слоем облаков, но жидкое состояние поверхности и минимальное содержание воды исключают наличие известных жизненных форм.
Когда давление атмосферы Юпитера достигнет давления земной атмосферы, остановимся и осмотримся. Наверху видно обычное голубое небо, вокруг клубятся густые белые облака сконденсированного аммиака. Кроме того, снаружи морозно: - 100° С. Красноватая окраска части юпитерианских облаков говорит о том, что здесь много сложных химических соединений. Разнообразные химические реакции в атмосфере инициируются солнечным ультрафиолетовым излучением, мощными разрядами молний (гроза на Юпитере должна быть впечатляющим зрелищем!), мощность которых на три порядка превышает земные, а также полярные сияния, а также теплом, идущим из недр планеты.
Атмосфера Юпитера состоит из водорода (81 % по числу атомов и 75 % по массе) и гелия (18 % по числу атомов и 24 % по массе). На долю остальных веществ приходится не более 1 %. В атмосфере присутствуют метан, водяной пар, аммиак; имеются также следы органических соединений, этана, сероводорода, неона, кислорода, фосфена, серы. Внешние слои атмосферы содержат кристаллы замороженного аммиака. Из этой химической «каши» трудно выбрать главных претендентов на роль оранжевого красителя атмосферы: это могут быть соединения фосфора, серы или органические соединения.
Следующий ярус облаков состоит из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония при температуре - 10° С.
Водяной пар и кристаллы воды образуют более нижний ярус облаков при температуре 20° С и давлении в несколько атмосфер - почти над самой поверхностью океана Юпитера. (Хотя некоторые модели допускают наличие и четвертого яруса облаков - из жидкого аммиака.)
Толщина атмосферного слоя, в котором возникают все эти удивительные облачные структуры, - 1000 км. Темные полосы и светлые зоны, параллельные экватору, соответствуют атмосферным течениям разного направления (одни отстают от вращения планеты, другие его опережают). Скорости этих течений - до 100 м/с.
На границе разнонаправленных течений образуются гигантские завихрения. Особенно впечатляют Большое Красное Пятно - колоссальный атмосферный вихрь. Неизвестно когда он возник, но в телескопы он наблюдается уже 300 лет.
Последние исследования показывают что, чем дальше планета от Солнца, тем менее турбулентная ее атмосфера, тем менее интенсивно происходит теплообмен между соседними областями и рассеивается меньше энергии. В атмосфере больших планет физические процессы таковы, что энергия из отдельных мелких областей переносится в более крупные и скапливается затем в глобальные воздушные структуры - зональные потоки. Эти потоки и являются поясами облаков, которые можно разглядеть даже в небольшой телескоп. Соседние потоки движутся в противоположных направлениях. Их цвет может слегка отличаться в зависимости от химического состава. Цветные облака находятся в самых высоких слоях Юпитера (их глубина составляет около 0,1-0,3% радиуса планеты). Происхождение их окраски остается тайной, хотя, по-видимому, можно утверждать, что она связана со следовыми составляющими атмосферы и свидетельствует о происходящих в ней сложных химических процессах.
Большое красное пятно
планета юпитер космический спутник
Большое красное пятно (БКП) -- атмосферное образование на Юпитере, самая заметная особенность на диске планеты, наблюдаемая уже почти 350 лет. БКП было открыто Джованни Кассини в 1665 году. Деталь, отмеченная в записях Роберта Гука 1664 года, также может быть идентифицирована как БКП. До полёта «Вояджеров» многие астрономы полагали, что пятно имеет твёрдую природу.
БКП представляет собой гигантский ураган-антициклон, размерами 24-40 тыс. км в длину и 12-14 тыс. км в ширину (существенно больше Земли). Размеры пятна постоянно меняются, общая тенденция -- к уменьшению; 100 лет назад БКП было примерно в 2 раза больше. По его длине могли бы разместиться 3 планеты размером с Землю.
Пятно расположено примерно на 22° южной широты и перемещается параллельно экватору планеты. Кроме того, газ в БКП вращается против часовой стрелки с периодом оборота около 6 земных суток. Скорость ветра внутри пятна превышает 500 км/ч.
Верхний слой облаков БКП находится примерно на 8 км выше верхней кромки окружающих облаков. Температура пятна несколько ниже прилегающих участков.
Красный цвет БКП пока ещё не нашёл однозначного объяснения. Возможно, такой цвет придают пятну химические соединения, включающие фосфор. Помимо БКП на Юпитере имеются и другие «пятна-ураганы», меньшие по размерам. Они могут иметь белый, коричневый и красный цвет и существовать десятки лет (возможно и дольше). Пятна в атмосфере Юпитера зафиксированы как в южном, так и в северном полушарии, но устойчивые, существующие длительное время имеются почему-то только в южном полушарии. Ввиду разницы скоростей течений атмосферы Юпитера иногда происходят столкновения ураганов.
Юпитер — самая большая планета . Диаметр планеты в 11 раз больше диаметра Земли и составляет 142 718 км.
Вокруг Юпитера находится тонкое кольцо, опоясывающее его. Плотность кольца очень мала, поэтому оно невидимо (как у Сатурна).
Период вращения Юпитера вокруг оси — 9 ч 55 мин. При этом каждая точка экватора движется со скоростью 45 000 км/ч.
Так как Юпитер — не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, экваториальные его части вращаются быстрее, чем приполярные области. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбите, следовательно, на планете смена времен года выражена слабо.
Масса Юпитера намного превышает массу всех других планет Солнечной системы, вместе взятых, и составляет 1,9 . 10 27 кг. При этом средняя плотность Юпитера составляет 0,24 средней плотности Земли.
Общие характеристики планеты Юпитер
Атмосфера Юпитера
Атмосфера Юпитера очень плотная. Она состоит из водорода (89 %) и гелия (11 %), напоминая по химическому составу Солнце (рис. 1). Ее протяженность 6000 км. Оранжевый цвет атмосфере
придают соединения фосфора или серы. Для людей она губительна, так как содержит ядовитые аммиак и ацетилен.
Разные части атмосферы планеты вращаются с разными скоростями. Такое различие породило пояса облаков, которых у Юпитера три: наверху — облака из оледеневшего аммиака; под ними — кристаллы сероводорода аммония и метана, а в самом нижнем слое — водяной лед и, возможно, жидкая вода. Температура верхних облаков составляет 130 °С. Кроме того, Юпитер имеет водородную и гелиевую короны. Ветры на Юпитере достигают скорости 500 км/ч.
Достопримечательностью Юпитера является Большое Красное Пятно, которое наблюдают уже 300 лет. Оно было открыто в 1664 г. английским естествоиспытателем Робертом Гуком (1635-1703). Сейчас его длина достигает 25 000 км, а 100 лет назад она была около 50 000 км. Это пятно впервые было описано в 1878 г., а зарисовано 300 лет назад. Оно как бы живет своей жизнью — то расширяется, то сжимается. Цвет его также меняется.
Американские зонды «Пионер-10» и «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2», «Галилео» выяснили, что у пятна нет твердой поверхности, оно вращается, как циклон в атмосфере Земли. Предполагают, что Большое Красное Пятно — это атмосферное явление, вероятно, верхушка циклона, бушующего в атмосфере Юпитера. В атмосфере Юпитера обнаружено также белое пятно размером более 10 000 км.
На 1 марта 2009 г. у Юпитера известно 63 спутника. Самые крупные из них Но и Европа размером с Меркурий. Они всегда повернуты к Юпитеру одной стороной, как Луна к Земле. Эти спутники называют галилеевыми, так как их впервые открыл итальянский физик, механик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) в 1610 г., испытывая свой телескоп. На Ио имеются действующие вулканы.
Рис. 1. Состав атмосферы Юпитера
Двадцать внешних спутников Юпитера настолько далеки от планеты, что невидимы с ее поверхности невооруженным глазом, а Юпитер в небе самого дальнего из них выглядит меньше Луны.