Юпитер

Пятая от Солнца планета - Юпитер, - самая большая из всех, также в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых.

Юпитер с тенью от Европы (маленькая черная точка).

Содержание

1. Краткая характеристика Юпитера
2. Описание и особенности Юпитера
3. Металлический океан
4. Пояса и зоны
5. В гостях на Юпитере
6. Юпитер атакован

Это изображение Большого Красного Пятна было составлено из данных, переданных космическим зондом НАСА «Юнона».

Краткая характеристика Юпитера

• Первооткрыватель: неизвестен
• Время открытия: доисторический период
• Назван в честь: древнеримского верховного бога-громовержца
• Масса: 317,82 земной
• Объем: 1321,34 земной
• Средний радиус: 69 911 км
• Эффективная температура: -148 °С
• Продолжительность дня: 9,92 часа
• Год: 11,86 земного года
• Количество естественных спутников: 79
• Система колец: есть

Описание и особенности Юпитера

При взгляде в телескоп открывается прекрасная картина: рой окружающих Юпитер спутников и чередующиеся цветные полосы, покрывающие его изображение. На Юпитере - первом из газовых гигантов, ярко проявляются необычные черты, характерные для всех внешних планет Солнечной системы. Во-первых, как и у всех остальных газовых гигантов, у Юпитера нет того, что можно назвать поверхностью. Падение в атмосферу Юпитера можно сравнить с погружением в молочный коктейль, при котором по мере продвижения к центру с ростом плотности окружающего вещества газ сначала сменяется жидкостью, а потом — слякотью.

В отличие от внутренних планет Солнечной системы, Юпитер не имеет твердой поверхности, покрытой кратерами, горами или долинами. Его неспокойная атмосфера, имеющая сложную структуру, меняется с течением времени.

Атмосфера Юпитера состоит из несмешивающихся облаков двух типов:

• светлых (холодных и легких);
• темных (горячих и тяжелых).

Там, где эти потоки воздушных масс на границе своего взаимодействия сталкиваются друг с другом, образуются зоны турбулентности, приводящие к возникновению мощных ураганов, которые с большими скоростями обращаются вокруг планеты. В отличие от земных, эти ураганы устойчивы и могут бушевать в атмосфере Юпитера, не разрушаясь, десятки и даже сотни лет.

Магнитосфера Юпитера - магнитное поле, окружающее планету, хотя и похожа по структуре на земную, но в действительности в 20 000 раз мощнее. Она захватывает заряженные частицы солнечного ветра, формируя гигантские радиационные пояса неимоверно высокой интенсивности. Любой незащищенный от воздействия радиации объект очень быстро получит в магнитосфере Юпитера разрушительную для себя дозу.

Более светлые зоны в атмосфере Юпитера холоднее своего окружения и состоят из восходящих газовых потоков высокого давления.

Большое Красное Пятно (БКП) - это мощный юпитерианский ураган, способный вместить в себя три планеты Земля. В то время как на нашей планете шторма есть результат поднятия воздушных потоков низкого давления, БКП сформировался в из-за погружения обладающих высоким давлением масс газа. Движимый внутренним теплом массивной планеты, не встречая на своем пути твердых тел, способных разрушить его, этот ураган так и бушует как минимум с тех пор, как прошли первые наблюдения планеты-гиганта в телескоп, то есть более 400 лет.

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

На пути к своей цели, планете Сатурн, космический аппарат НАСА «Кассини» создал эту детальную мозаику изображений Юпитера. Из-за высокой скорости вращения планеты, газовые массы, окружающие ее, сплюснуты у полюсов и вытянуты на экваторе. Ветра беспрепятственно обтекают планету со скоростями, намного превышающими скорости движения воздушных потоков на Земле. Несмешивающиеся, чередующиеся друг с другом облака двух типов: светлые (холодные и легкие) и темные (горячие и тяжелые), делают изображение Юпитера полосатым. На границе взаимодействия этих полос образуются титанические шторма, длящиеся веками.

Второе, что стоит иметь в виду, говоря о газовых гигантах, это огромное давление в центрах этих планет. При таком давлении хорошо знакомые нам вещества могут находиться в весьма необычных состояниях, а это значит, что центральные области планет-гигантов не похожи ни на что, привычное нам. Не является исключением и температура: она лежит в диапазоне от 148 °С на поверхности облачного слоя Юпитера до приблизительно 24 000 °С в ядре газового гиганта, что превышает температуру на поверхности Солнца.

Металлический океан

Гравитационные измерения показали, что в центре Юпитера может находиться небольшое каменистое ядро массой порядка 20-40 земных масс. Это ядро окружено слоем хорошо знакомого нам вещества, находящегося в очень необычном, т. н. вырожденном состоянии: металлического водорода. Мы знаем, что водород это газ, а при очень низких температурах жидкость. Но давление и температура в недрах Юпитера столь велики, что атомы водорода «упакованы» там очень плотно и лишены своих электронов, которые формируют свободный электронный газ, как и в металлах. Металлический водород в недрах планет-гигантов предположительно находится в жидком состоянии (тому, кому сложно представить себе жидкий металл, рекомендуется представить себе ртуть). Металлический водород, который на Земле редкость, для Юпитера является одним из основных «строительных материалов».

Юпитер в разрезе. По современным представлениям о строении планеты, Юпитер необычен, в частности, тем, что его каменистое ядро окружено слоем металлического водорода материала, который в естественном виде на нашей планете не встречается. Он существует на Юпитере по причине гигантского давления и температуры в недрах.

Над слоем металлического водорода расположен слой обычного жидкого водорода и скорее всего резкой границы между двумя этими фазами не наблюдается. Как минимум там нет ничего, что мы могли бы назвать поверхностью.

Пояса и зоны

Верхним слоем юпитерианской атмосферы является то, что мы видим при взгляде на планету в телескоп. Внешний ее слой состоит практически полностью из водорода и гелия (75% к 24% по весу). По одной из версий, цветные полосы есть результат конвекции в атмосфере Юпитера, возникающей из-за подогрева и, как следствие, поднятия одних слоев и охлаждения и опускания вниз других. Светлые облака, относящиеся к восходящим потокам, располагаются на более высоком уровне (примерно на 20 км), а их окраска скорее всего объясняется повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже темные облака поясов состоят, предположительно, из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония, имеют более высокую температуру и являются к нисходящими. Самые глубокие слои, видимые лишь время от времени, голубые.

Надо заметить, что господствующие воздушные потоки на Земле дуют на разных широтах в разных направлениях. Круглогодичные ветра между тропиками (пассаты) дуют на запад в Северном полушарии с северо-востока, а в Южном с юго-восточного направления. В зонах умеренных широт воздушные массы движутся с запада на восток. Аналогичную картину можно наблюдать и на Юпитере, но из-за быстрого вращения гиганта вокруг своей оси (продолжительность юпитерианского дня составляет всего около 10 часов) и огромных размеров планеты на нем образуется гораздо больше полос циркуляции атмосферы, чем на Земле. Противонаправленные течения воздушных масс в атмосфере Юпитера, солнечное тепло, нагревающее их, и физико-химические процессы в облаках газового гиганта и являются причиной появления цветных полос в его атмосфере.

На роль короля планет Солнечной системы Юпитер претендует еще и потому, что обладает сильным магнитным полем оно сильнее земного в 20 000 раз. Его наличие и величина предположительно обусловлены движением проводящего вещества в жидком металлическом ядре планеты. Это сверхсильное поле приводит к возникновению головной ударной волны области взаимодействия между магнитосферой гиганта и солнечным ветром. Орбиты четырех самых больших спутников Юпитера располагаются внутри ее.

Можно сказать, что самой выдающейся особенностью Юпитера является Большое Красное Пятно - мощный ураган в южном полушарии гиганта. Это самый большой атмосферный вихрь в Солнечной системе, который наблюдается как минимум с момента его обнаружения Джованни Кассини в 1665 году. Но по-настоящему открыто БКП было после 1830 года, когда начались его непрерывные наблюдения. Пятно настолько велико, что Земля может свободно провалиться в него, но его размеры с 1930-х гг. постоянно уменьшаются: в начале наблюдений поперечник БКП вдоль большой оси составлял порядка 40 тысяч км, а к 2014 году сократился до 16 500 км. В 2006 году один из соседних с БКП вихрей начал менять свою окраску с белой на красную, за что и получил новое название, «Малое Красное Пятно».

Снимок границы Большого Красного Пятна, составленный из данных аппарата «Джуно», демонстрирует турбулентность атмосферы Юпитера.

В гостях на Юпитере

Юпитер является одним из самых ярких объектов ночного неба. Галилео Галилей был первым, кто наблюдал его в телескоп в 1610 году, и первым, кто документально засвидетельствовал наличие у планеты спутников. Множество космических аппаратов пролетало мимо Юпитера на пути следования к заданным целям. Автоматическая межпланетная станция «Вояджер» в 1979 году обнаружила, что Юпитер, как и остальные планеты-гиганты, обладает системой колец. В случае Юпитера это три слабых кольца, источником которых предположительно является пыль, выброшенная ближайшими к ним спутниками гиганта.

Главной юпитерианской миссией является «Галилей», запущенный в 1989 году и вышедший на орбиту планеты в 1995 году. В том же 1995 году он сбросил спускаемый зонд в атмосферу гиганта. Этот зонд собирал и передавал данные около часа до того момента, как был раздавлен давлением атмосферы на глубине 153 км. За семь с лишним лет работы на орбите «Галилео» собрал большое количество информации о Юпитере и его естественных спутниках. В 2003 году космический аппарат был послан в атмосферу Юпитера со скоростью около 50 км/с и расплавился в ее верхних слоях. Цель данного шага была в том, чтобы избежать возможности занесения микроорганизмов с Земли на спутники Юпитера, в первую очередь Европы, на которой, как мы увидим позже, ученые предполагают обнаружить жизнь.

В августе 2011 года НАСА запустило к Юпитеру автоматическую межпланетную станцию «Джуно» (англ. Juno, Jupiter Polar Orbiter). Выход аппарата на полярную орбиту состоялся в июле 2016 года. Целью миссии является изучение гравитационного и магнитного полей планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твердого ядра. Кроме того, аппарат должен заняться исследованием атмосферы планеты, определением содержания в ней воды и аммиака, а также построением карты ветров, которые могут достигать на Юпитере скорости в 618 км/ч. Завершить работу спутника в июле 2021 года планируется путем сведения его с орбиты в атмосферу Юпитера и дальнейшего уничтожения. Цель та же, что у его предшественника «Галилея»: защитить спутники Юпитера от возможного загрязнения земными микроорганизмами.

Юпитер атакован

Одно из наиболее зрелищных событий в истории астрономии случилось в июле 1994 года. В 1992 году комета Шумейкеров Леви, названная, как это принято в астрономии, в честь своих первооткрывателей (открытие произошло 24 марта 1993 года), приблизилась к Юпитеру настолько, что ее ядро было разорвано на части мощным гравитационным воздействием гиганта. При следующем сближении с Юпитером в 1994 году рой кометных обломков врезался в атмосферу планеты с огромной скоростью около 64 км/с. Эта грандиозная космическая катастрофа, за которой следили и с Земли, и с космических спутников, стала первым наблюдавшимся случаем столкновения небесных тел Солнечной системы. Астрономы тщательно готовились к наблюдениям столкновения обломков кометы с атмосферой планеты-гиганта. У них была надежда на то, что удар «взобьет» внешние газовые слои Юпитера и позволит наблюдателям заглянуть под них и увидеть, что же скрывается под внешним облачным «одеялом» царя планет.

Падение фрагментов происходило с 16 по 22 июля и вызвало мощные возмущения облачного покрова. Точки падения фрагментов находились в южном полушарии Юпитера на противоположной по отношению к Земле стороне планеты, поэтому сами моменты падения в реальном времени фиксировались только аппаратом «Галилео», удаленном от Юпитера на расстояние 1,6 а. е. Земляне же исследовали сгенерированные обломками возмущения в атмосфере планеты уже после того, как Юпитер совершил оборот вокруг своей оси.

Первый удар вызвал в атмосфере Юпитера мощную вспышку и «вспенил» область его атмосферы размером с радиус Земли. В ней были замечены сера и, вопреки ожиданиям, лишь следы воды. Ученые до сих пор изучают и анализируют данные, полученные во время столкновения, совершенствуя теории строения недр самой большой планеты Солнечной системы.