Юпитер

Юпитер ты сердишься...

Из римской пословицы

Увлекли и забыл

Что не сдержат семья и Земля -

Лишь присел

На Юпитер в трубу поглазеть...

Сергей Смайлиев

Юпитер - четвёртое по яркости небесное светило (после Солнца Луны и Венеры). Как внешняя планета он хорошо виден на небе причём обычно вдали от Солнца чем отличается от несколько более яркой Венеры. В редкие периоды великих противостояний почти столь же ярок Марс но он красноват а Юпитер кажется белым.

Юпитер отстоит от Солнца на 5 20 а.е. то есть находится примерно в 5 раз дальше Земли. От Солнца до него в среднем - 778 330 000 км.

Год на Юпитере длится 11 86 земного года (примерно 12 земных лет).

Скорость движения вокруг Солнца - 13 06 км/с. В 2 с лишним раза медленней чем у Земли.

Орбита Юпитера почти круговая (эксцентриситет - 0 048).

Угол наклона орбиты сходен с земным (отличие на 1 3 градуса). Масса Юпитера - 317 4 земной массы. Это самая массивная планета Солнечной системы. Масса столь велика что в недрах планеты должны быть высокое давление и высокая температура (по представлениям последних лет - 35 тысяч градусов) а поэтому ядерные реакции должны идти гораздо энергичнее чем в недрах Земли давая дополнительное тепло. Это тепло ощущается и на периферии планеты то есть Юпитер не довольствуется солнечным теплом а заметно греет себя сам (выделяет в 2 раза больше тепла чем получает от Солнца). Поэтому говорят что Юпитер - полузвезда (звезды отличаются от планет именно большими массами а все остальные отличия - это следствия разницы масс). Если бы Юпитер был ещё в 50 раз массивнее он бы заметно светился собственным светом был бы маленькой звездой и наша Солнечная система была бы системой из двух звёзд. Такие системы из нескольких звёзд широко распространены во Вселенной (их наверное раз в пять больше чем однозвёздных).

Теперь впрочем считается что Юпитер отдаёт в основном своё исходное тепло то есть он столь велик что ещё не успел остыть.

Диаметр Юпитера на экваторе - 11 2 земного. При этом планета столь сильно сплюснута что для неё всегда указывают два диаметра: экваториальный - 142 984 км полярный - 133 708 км (недавние уточнённые данные). Сплюснутость Юпитера видна в телескоп на глаз.

Если по массе Юпитер в 317 раз больше Земли то по объёму - в 1312 раз! Это означает что он во много раз уступает Земле по плотности. Средняя плотность Юпитера - 1 33 г/куб.см (земная - 5 5). Юпитер лишь чуть-чуть плотнее воды! И это при огромной массе и большой силе притяжения стискивающей недра! Причины этого - изначальный элементный состав (больше лёгких элементов) и по некоторым данным ядерные реакции в недрах не дающие планете сжаться.

Из низкой средней плотности следует крайне низкая плотность периферических слоёв планеты. Это газы которые ближе к центру планеты становятся всё гуще и гуще и постепенно переходят в аналог жидкого состояния и аналог металла. Никакой чёткой твёрдой поверхности у Юпитера нет. Слои бурлят и непрерывно перемешиваются из-за мощных конвективных потоков и взрывов.

Тем не менее сила тяжести на периферии Юпитера лишь в 2 64 раза превосходит земную (из-за удалённости этой периферии от центра планеты).

Юпитер как и другие планеты-гиганты быстро вращается вокруг своей оси и делает оборот за 9 часов 55 минут хотя по объёму грандиозен. Отсюда следует большая линейная скорость периферийных частей планеты на экваторе. Сильная сплюснутость у полюсов объясняется именно быстрым вращением.

Ось вращения почти не наклонена к плоскости эклиптики (нет смены времён года).

Освещённость Солнцем - 1/27 земной.

Температура на верхушках облаков составляет на Юпитере минус 150 градусов Цельсия. О температуре твёрдой поверхности говорить не имеет смысла.

Диск Юпитера хорошо виден даже в 20 - 30-кратную подзорную трубу. В несколько более мощный телескоп видно что Юпитер полосат. Это в экваториальном направлении чередуются полосы различно окрашенных облаков причём некоторые из них "разбиты" на отдельные округлые образования (вихри). Полосы и вихри изменчивы. Они вращаются с планетой но с несколько разной скоростью. Экваториальные образования делают поворот вокруг планеты за более короткий срок чем удалённые от экватора. Юпитер вращается не монолитно а как жидкое тело (экватор быстрее). Иначе говоря имеются зональные течения атмосферы с различной скоростью. Зоны и видны как полосы. На Юпитере всегда буря.

Уже 300 лет на Юпитере не исчезает один из огромных самоподдерживающихся вихрей - Красное пятно. Оно лишь чуть побледнело. Вихрь поддерживается зональными течениями и вращается чуть медленней остальной планеты (движется по ней на запад). Диаметр - в 3 раза больше Земного шара.

В атмосфере нет кислорода и воды. Считалось что она состоит в основном из метана. Много также аммиака. Позднее выяснилось что эти газы есть но не преобладают.

В середине XX века были известны 12 спутников Юпитера теперь - больше (см. ниже).

Новые сведения

Первый полёт к Юпитеру совершила американская станция "Пионер-10" которая достигла его окрестностей в декабре 1973 г. стартовав в марте 1972 г. Через год там побывал "Пионер-11". Получены фотографии Юпитера и четырёх его основных спутников. Открыты новые пятна тепловое излучение планеты мощные радиационные пояса и магнитный шлейф до орбиты Сатурна.

В 1979 г. Юпитер изучался американскими станциями "Вояджер-1" и "Вояджер-2" прошедшими соответственно в 277 500 и 650 000 км от верхушек облаков [Купер Хенбест 1998].

С декабря 1995 г. Юпитер изучался станцией "Галилео" ставшей его первым искусственным спутником и сбросившей в его атмосферу зонд.

Теперь считается что Юпитер - это водородный шар. Только в самом центре есть небольшое твёрдое ядро из более тяжёлых элементов (диаметром 28 000 км и температурой около 30 000 градусов Цельсия). Далее расположены три водородных слоя: слой металлического водорода (сжатый газообразный водород приобретает черты щелочного металла и отпускает свой единственный электрон в свободное путешествие между атомами) океан из жидкого водорода (по сути - тоже сжатый газ) атмосфера с преобладанием газообразного водорода (окло 90%). В атмосфере много также лёгкого газа гелия (около 10%) а метан и аммиак есть но их очень мало [Вселенная 1999]. Водород и гелий - самые распространённые элементы Вселенной такой состав характерен почти для всех звёзд.

В юпитерианской тропосфере по-видимому имеются слой голубоватых облаков из капелек воды и кристалликов льда слой тёмно-оранжевых облаков из гидросульфата аммония и слой белых облаков из кристалликов аммиака. Выше расположена стратосфера [Вселенная 1999].

Для понимания химии высоких слоёв атмосферы важен ион H3+ инициирующий ионмолекулярные реакции в разреженных газах [Василенко Сурдин 1997]. Он обнаружен в атмосферах планет-гигантов выбросах сверхновой звезды 1987А и в межзвёздных облаках. С его участием возможны следующие реакции:

H2 + H2+ -> H3+ + H

H3+ + X -> H2 + XH+ где X - любая молекула с большим сродством к электрону чем у водорода.

Полярные области Юпитера относительно тихи хотя близ южного полюса бывают короткоживущие штормы (вихри). В умеренных областях иногда наблюдаются вихри в половину Земного шара. Тропические зоны ярки и светлы (есть высокие облака с кристалликами замёрзшего аммиака). Экваториальный пояс - самый бурный. Южное полушарие беспокойнее северного. Там на границе экваториального и тропического поясов - Красное пятно.

Красное пятно - это ураган существующий много столетий. На высоте более 50 км над обычными облаками есть грозовые тучи длиной около 100 км. Скорость ветра - 300 км/час [Юпитер и его спутники: взгляд с "Галилео" 1997]. По другим источникам [Купер Хенбест 1998] столб красных облаков на 8 км превышает остальной облачный покров а красный цвет обусловлен выделением фосфора при химических реакциях.

60 лет назад на Юпитере открыты также три белых пятна образующих цепочку. Самое большое из них имеет диаметр 9000 км (3/4 земного диаметра). Между пятнами по 70 000 км. С 1994 по 1996 годы расстояние в одном случае сократилось до 20 000 км так как первое пятно замедлило своё движение вокруг Юпитера. Впрочем слипнуться эти два вихря не могут так как вращаются в одну и ту же сторону и при дальнейшем сближении должны оттолкнуться [Что нового на Юпитере? 1998]. В общем Юпитер бурлит.

Магнитное поле Юпитера мощнее земного и создаётся не вращением жидкого железа а вращением слоя с металлическим водородом. Магнитосфера Юпитера в 1200 раз больше земной магнитосферы (огромные радиационные пояса). Интенсивность радиации в 10 000 раз больше чем в земных радиационных поясах. Солнечный ветер выдувает из магнитосферы Юпитера "хвост" аналогичный земному но размером до орбиты Сатурна.

В январе 1979 г. "Вояджером-1" обнаружено очень тонкое кольцо вокруг Юпитера (остатки небольшого распавшегося спутника).

18 - 24 июля 1994 г. (в течение 6 земных суток) Юпитер бомбила распавшаяся на части комета Шумейкеров-Леви-9 (см. главу о кометах).

В атмосфере Юпитера в январе 1998 г. открыты полярные сияния [Полярные сияния в атмосфере планет 1999].

Спутники и кольца Юпитера

Первые 4 спутника Юпитера (Ио Европа Ганимед Каллисто) были открыты в 1610 г. Галилеем за что их называют Галилеевыми спутниками. Два из них больше Луны два - чуть меньше. Изучение Галилеевых спутников помогло определить скорость света - по запаздыванию их затмений Юпитером [Гетманцев 1955].

К середине XX века были известны 12 спутников сейчас (в 1989 г.) - 16. Все они гораздо меньше галилеевых. Рассмотрим данные по ним начиная с ближайших к планете. Многие сведения получены благодаря американскому аппарату "Галилео"

МЕТИДА и АДРАСТЕЯ. Оба ближайших спутника находятся примерно в 1 8 радиусах от центра планеты и своими орбитами снаружи оконтуривают тонкое и прозрачное кольцо Юпитера (в 128 и 129 тысячах км от центра планеты). От кольца ближе к Юпитеру тянется ещё более разреженное гало из мелких частиц. Видимо спутники находятся на той грани приближения к Юпитеру когда они могут быть разорваны его приливными силами и образовать кольца (на границе зоны Роша). Они как бы "пасут" частицы кольца не давая им выходить за пределы их орбит. Диаметры этих тел составляют соответственно 40 и 25 - 15 км но это весьма приближённые данные. Оборот вокруг Юпитера совершается менее чем за треть земных суток. Открыты в 1979 г.

АМАЛЬТЕЯ. В 2 5 радиусах от центра планеты (в 131 200 км от поверхности планеты). Открыта в 1892 г. Барнардом но сведений о ней до сих пор мало. Диаметр - 270 км (по другим данным - 270 - 150). Оборот вокруг Юпитера совершает за половину суток.

ФЕБА (или ТЕБА?). В 3 1 радиуса от планеты. Открыта в 1979 г. Диаметр порядка 100 км но точных данных нет.

ИО. В 5 9 радиусах от центра планеты (в 422 000 км от её поверхности) оборот за 1 8 земных суток в 3 градусах к орбите планеты диаметром 3460 км (по последним данным - 3630 км) массой 1/83 Земли. Приливные силы Юпитера разогревают ближайший крупный спутник в результате чего на нём непрерывно действуют вулканы извергая сернистый газ и лаву из серной кислоты (лава вырывается вверх до 30 км фонтанами а газы по некоторым данным - до 300 км) [Базилевский 1996]. "Вояджер-1" открыл 8 одновременно действующих вулканов а "Вояджер-2" через несколько месяцев сообщил что шесть из них продолжают извергать лаву. Всего как сообщалось открыто 12 действующих вулканов. Но уже к 1998 г. в результате наблюдений станции "Галилео" были известны 32 действующих вулкана [На Ио бушуют вулканы 1999]. Метеоритные кратеры практически отсутствуют так как залиты лавой. Лавы выделяется столько что за год она может покрыть всё небесное тело слоем в 1 5 см [На Ио... 1999]. Поверхность разноцветна это свежая или уже успевшая потемнеть лава (данные "Вояджеров"). За 17 лет после полёта "Вояджеров" отдельные районы Ио сменили цвет с ярко-красного на бледно-жёлтый (пятна величиной с Бельгию). Из глубин во время извержений выносится сера разного цвета [Юпитер и его спутники: взгляд с "Галилео" 1997]. Крупнейшее лавовое море - возле вулкана Локи - имеет поперечник 200 км. Орбита Ио находится в водородном торе (выбросы вулканов). Вулканически активные области нагреты как указывалось ранее не менее чем до 300 градусов Цельсия. Измерения "Галилео" показали что в районе кратеров температура поверхности достигает 1800 градусов Кельвина а значит в недрах должна доходить до 2000 градусов Кельвина [Космический вулкан "переехал" 1998]. На Земле соответствующая температура составляет только 1600 градусов Кельвина. Ио обращена к Юпитеру одной стороной и образует два приливных горба но так как орбита спутника вытянутая горбы слегка перемещаются по Ио как бы покачиваются и разогревают недра (см. о таком "покачивании" для Луны). Как указано в заметке 1999-го года [Что нового в семействе Юпитера] вулканы и вулканические расщелины приурочены именно к этим горбам то есть имеются в ближайшей к Юпитеру точке а также в самой удалённой от него точке (обе точки около экватора). Потом начались извержения в районе северного полюса (вулкан Тваштар последнее извержение в январе 2001 г.). 6 августа 2001 г. совершенно внезапно началось извержение в 600 км от Тваштара произошёл выброс на 500 км и "Галилео" даже пролетел через это облако. [Ещё один вулкан на Ио 2002]. По недавним сведениям [Разнородное семейство Юпитера 1998] Ио обладает своим собственным магнитным полем; вещество в недрах нагрето а потому металлы стекли в центр образовав ядро. Над ядром расположена каменная (силикатная) мантия а поверхностного ледяного слоя нет [Уточняется внутренняя структура... 1999]. Интересно но за 17 лет один из вулканов (Прометей) переместился на 80 км [Космический вулкан "переехал" 1998]. При этом очертания вулкана не изменились и отложилась полоса изверженного материала ["Бродячий" вулкан на Ио 2001]. От Ио к Юпитеру тянутся две яркие полосы в пределах которых происходит электрический разряд между атмосферами Ио и Юпитера с силой тока до 1 миллиона амперов [Полярные сияния в атмосфере планет 1999]. Полярные сияния Ио имеют интенсивный синий цвет [На Ио... 1999]. Светлые или голубоватые электрические дуги видны также над некоторыми вулканами. Они генерируются напряжением более 400 кВ. Свечение вызывается взаимодействием электрических полей с сернистым газом. Есть также области красного и зелёного свечения: возбуждение соответственно кислорода и водорода заряженными частицами магнитного поля Юпитера [На Ио... 1999]. Атмосфера Ио сравнительно разреженная и состоит как уже говорилось из сернистого газа. Кроме того есть продукты его диссоциации - SO O S а также нейтральные облака O S Na K которые покидают планету [Атмосфера и полярные сияния на Ио 2000].

ЕВРОПА. В 9 4 радиусах от центра планеты (в 671 000 км от её поверхности) оборот за 3 6 земных суток в 3 градусах к орбите планеты диаметром 3050 км (по последним данным - 3140 км) массой 1/125 Земли. Приливные силы Юпитера разогревают близкий спутник в результате чего на нём не так холодно как на большинстве маленьких небесных тел Солнечной системы. Кратеры не видны и поэтому предполагается что вся Европа покрыта океаном со слоем незамёрзшей воды глубиной порядка 100 км а сверху плавает лёд толщиной порядка 30 км (по данным "Вояджеров") [Океан... 1987; Базилевский 1996]. По более поздним и уточнённым данным в результате пролёта "Галилео" в 205 км [Уточняется внутренняя структура... 1999] считается что вся водно-ледяная оболочка имеет толщину 80 - 170 км и с наибольшей вероятностью - 100 км а металлическое ядро больше чем думали и занимает до 50% радиуса Европы. Открыто также возмущение магнитного поля Юпитера вблизи Европы что тоже косвенно говорит о наличии океана с солёной водой: поле искажается вихревыми токами а они могут распространяться лишь в проводящей жидкости [Внутренние океаны спутников Юпитера 1999].

Страницы: 1 2