Возраст планеты юпитер. Планета Юпитер — загадочный гигант. Модели формирования и эволюции

| |

Юпитер – самая большая планета Солнечной системы: интересные факты, размер, масса, орбита, состав, описание поверхности, спутники, исследования с фото Юпитера.

Юпитер - пятая планета от Солнца и самый большой объект в Солнечной системе.

Юпитер очаровал наблюдателей еще 400 лет назад, когда его удалось разглядеть в первые телескопы. Это прекрасный газовый гигант с закрученными облаками, загадочным пятном, семейством спутников и множеством особенностей.

Больше всего впечатляют его масштабы. По показателям массы, объема и площади планета занимает почетное первое место в Солнечной системе. О его существовании знали еще древние люди, поэтому Юпитер отметился во многих культурах.

Интересные факты о планете Юпитер

На 4-м месте по яркости

• По уровню яркости планету опережают Солнце, Луна и Венера. Входит в пятерку планет, которые можно найти без использования инструментов.

Первые записи принадлежат вавилонянам

• Упоминания о Юпитере начинаются еще в 7-8 вв. до н.э. Получил имя в честь верховного божества в пантеоне (у греков – Зевс). В Месопотамии это был Мардук, а у германских племен – Тор.

Обладает самым коротким днем

• Выполняет осевой оборот всего за 9 часов и 55 минут. Из-за стремительного вращения происходит сплющивание на полюсах и расширение экваториальной линии.

Год длится 11.8 лет

• С позиции земного наблюдения его движение кажется невероятно медленным.

Есть примечательные облачные формирования

• Верхний атмосферный слой делится на облачные пояса и зоны. Представлены кристаллами аммиака, серы и их смеси.

Есть крупнейший шторм

• На снимках запечатлено Большое Красное Пятно – масштабный шторм, не прекращающийся уже 350 лет. Он настолько огромен, что способен поглотить три Земли.

В структуру входят каменные, металлические и водородные соединения

• Под атмосферным слоем скрываются слои газообразного и жидкого водорода, а также ядро изо льда, камня и металлов.

Ганимед – крупнейший спутник в системе

• Среди спутников наибольшими выступают Ганимед, Каллисто, Ио и Европа. Первый в диаметре охватывает 5268 км, что больше Меркурия.

Есть кольцевая система

• Кольца тонкие и представлены пылевыми частичками, выбрасываемые лунами во время столкновения с кометами или астероидами. Начинаются с удаленности в 92000 км и простираются на 225000 км от Юпитера. Толщина – 2000-12500 км.

Отправлено 8 миссий

• Это аппараты Пионеры-10 и 11, Вояджеры-1 и 2, Галилео, Кассини, Уиллис и Новые Горизонты. Будущие могут сосредоточиться на спутниках.

Размер, масса и орбита планеты Юпитер

Масса – 1.8981 x 10 27 кг, объем – 1.43128 x 10 15 км 3 , площадь поверхности – 6.1419 x 10 10 км 2 , а средняя окружность достигает 4.39264 x 10 5 км. Чтобы вы понимали, по диаметру планета в 11 раз крупнее нашей и 2.5 раз массивнее всех солнечных планет.

Физические характеристики Юпитера

Полярное сжатие	0,06487
Экваториальный	71 492 км
Полярный радиус	66 854 км
Средний радиус	69 911 км
Площадь поверхности	6,22·10 10 км²
Объём	1,43·10 15 км³
Масса	1,89·10 27 кг
Средняя плотность	1,33 г/см³
Ускорение свободного падения на экваторе	24,79 м/с²
Вторая космическая скорость	59,5 км/с
Экваториальная скорость вращения	45 300 км/ч
Период вращения	9,925 часа
Наклон оси	3,13°
Прямое восхождение северного полюса	17 ч 52 мин 14 с 268,057°
Склонение северного полюса	64,496°
Альбедо	0,343 (Бонд) 0,52 (геом. альбедо)

Это газовый гигант, поэтому его плотность – 1.326 г/см 3 (меньше ¼ земной). Низкая плотность – подсказка для исследователей, что объект представлен газами, но все еще продолжаются споры о составе ядра.

Планета отдалена от Солнца в среднем на 778 299 000 км, но эта дистанция может меняться от 740 550 000 км до 816 040 000 км. На проход орбитального пути уходит 11.8618 лет, то есть один год длится 4332.59 дней.

Но у Юпитера наблюдается одно из самых быстрых осевых вращений – 9 часов, 55 минут и 30 секунд. Из-за этого в солнечных днях год занимает 10475.8.

Состав и поверхность планеты Юпитер

Представлен газообразным и жидким веществом. Это крупнейший из газовых гигантов, разделенный на внешний атмосферный слой и внутреннее пространство. Атмосфера представлена водородом (88-92%) и гелием (8-12%).

Заметны также следы метана, водного пара, кремния, аммиака и бензола. В небольших количествах можно отыскать сероводород, углерод, неон, этан, кислород, серу и фосфин.

Внутренняя часть вмещает плотные материалы, поэтому состоит из водорода (71%), гелия (24%) и прочих элементов (5%). Ядро – плотная смесь из металлического водорода в жидком состоянии с гелием и внешний слой из молекулярного водорода. Считают, что ядро может быть скалистым, но точных данных нет.

О наличие ядра заговорили в 1997 году, когда вычислили гравитацию. Данные намекали, что оно может достигать 12-45 земных масс и охватывать 4-14% массы Юпитера. Присутствие ядра также подкрепляется планетарными моделями, которые говорят, что планеты нуждались в скалистом или ледяном сердечнике. Но конвекционные токи, а также раскаленный жидкий водород могли сократить размер ядра.

Чем ближе к ядру, тем выше температурные показатели и давление. Полагают, что на поверхности мы отметим 67°С и 10 бар, в фазовом переходе – 9700°С и 200 ГПа, а возле ядра – 35700°С и 3000-4500 ГПа.

Спутники Юпитера

Сейчас мы знаем, что рядом с планетой существует семья из 79 спутников (на 2019 год). Четыре из них самые крупные и именуются галилейскими, потому что были обнаружены Галилео Галилеем: Ио (сплошные активные вулканы), Европа (массивный подповерхностный океан), Ганимед (крупнейший спутник в системе) и Каллисто (подземный океан и старые поверхностные материалы).

Есть еще группа Амальтеи, где присутствует 4 спутника с диаметром меньше 200 км. Они удалены на 200000 км, а орбитальный наклон составляет 0.5 градусов. Это Метис, Адрастея, Амальтея и Фива.

Также остается целая куча нерегулярных лун, уступающих по размеру и обладающих более эксцентричными орбитальными проходами. Они делятся на семьи, которые сходятся по размерам, составу и орбите.

Атмосфера и температура планеты Юпитер

Можно заметить на северных и южных полюсах знакомые нам полярные сияния. Но на Юпитере их интенсивность намного выше, и они редко прекращаются. Это великолепное шоу формируется мощным излучением, магнитным полем и выбросами вулканов Ио.

Отмечают и удивительные погодные условия. Ветер ускоряется до 100 м/с и способен разогнаться на 620 км/ч. Всего за несколько часов может появиться масштабный шторм, охватывающий в диаметре тысячи км. Большое Красное пятно обнаружили еще в 1600-х гг., и оно продолжает функционировать, но сокращается.

Планета скрыта за облаками аммиака и гидросульфата аммония. Они занимают позицию в тропопаузе, а эти территории называются тропическими районами. Слой способен простираться на 50 км. Может быть и слой из водных облаков, на что намекают вспышки молний, которые по мощности в 1000 раз превосходят наши.

История изучения планеты Юпитер

Из-за своей масштабности планету можно было отыскать в небе без приборов, поэтому о существовании знали давно. Первые упоминания появились в Вавилоне в 7-8 веке до н.э. Птолемей во 2-м веке создал свою геоцентрическую модель, где вывел орбитальный период вокруг нас – 4332.38 дней. Этой моделью в 499 году воспользовался математик Ариабхата, и получил результат в 4332.2722 дней.

В 1610 году Галилео Галилей использовал свой инструмент и впервые сумел рассмотреть газового гиганта. Рядом с ним заметил 4 крупнейших спутника. Это был важный момент, так как свидетельствовал в пользу гелиоцентрической модели.

Новым телескопом в 1660-х гг. пользовался Кассини, который хотел изучить пятна и яркие полосы на планете. Он обнаружил, что перед нами приплюснутый сфероид. В 1690-м ему удалось определить период вращения и дифференциальное вращение атмосферы. Детали Большого Красного Пятна впервые изобразил Генрих Швабе в 1831 году.

В 1892 году за пятой луной наблюдал Э. Э. Бернард. Это была Альматея, которая стала последним спутником, открытым в визуальном обзоре. Полосы впитывания аммиака и метана изучил Руперт Вильдт в 1932 году, а в 1938-м отслеживал три длительные «белые овалы». Многие годы они оставались отдельными формированиями, но в 1998 году двое слились в единый объект, а в 2000-м поглотили третий.

Радиотелескопический обзор стартовал в 1950-х гг. Первые сигналы уловили в 1955-м году. Это были всплески радиоволн, соответствующих планетарному вращению, что позволило вычислить скорость.

Позже исследователи сумели вывести три разновидности сигналов: декаметрические, дециметровые и тепловые излучения. Первые меняются вместе с вращением и основываются на контакте Ио с планетарным магнитным полем. Дециметровые появляются из торообразного экваториального пояса и создаются циклонными излучениями электронов. А вот последнее формируется атмосферным теплом.

Нажмите на изображение, чтобы его увеличить

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 , выделяющего тепло. Более того, 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 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.

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Если вы посмотрите на северо-западную часть неба после захода Солнца (юго-западную в северном полушарии), то вы обнаружите одну яркую точку света, которая легко выделяется по отношению ко всему, что находится вокруг нее. Это и есть планета , сияющая интенсивным и ровным светом.

Сегодня люди могут изучить этот газовый гигант как никогда. После путешествия длинной в пять лет и десятилетий проведенных в планировании, космический аппарат NASA под названием Juno наконец-то достиг орбиты Юпитера.

Таким образом, человечество становится свидетелем вступления в новый этап исследования самого большого из газовых гигантов в нашей Солнечной системе. Но что мы знаем о Юпитере и с какой базой должны вступить в эту новую научную веху?

Размер имеет значение

Юпитер - это не только один из самых ярких объектов в ночном небе, но и самая большая планета в Солнечной системе. Именно благодаря размерам Юпитер и является столь ярким. Более того, масса газового гиганта превышает более чем в два раза массу всех других планет, лун, комет и астероидов в нашей системе вместе взятых.

Огромный размер Юпитера позволяет предположить, что он мог быть самой первой планетой, сформировавшейся на орбите Солнца. Считается, что планеты возникли из обломков, оставшихся после того, как межзвездное облако газа и пыли объединялось во время формирования Солнца. В начале своей жизни наша, тогда еще молодая звезда, породила ветер, который сдул большую часть оставшегося межзвездного облака, однако Юпитер был в состоянии частично удержать его.

Более того, в Юпитере заключен рецепт того, из чего сделана сама Солнечная система - его компоненты соответствуют содержанию других планет и малых тел, а процессы, которые происходят на планете являются основополагающими примерами синтеза материалов для формирования столь удивительных и разнообразных миров, как планеты Солнечной системы.

Царь планет

Учитывая отличную видимость, Юпитер, наряду с , и , люди наблюдали в ночном небе еще с древнейших времен. Независимо от культуры и вероисповедания, человечество считало эти объекты уникальными. Уже тогда наблюдатели отмечали, что они не остаются неподвижными в пределах узоров созвездий, подобно звездам, а движутся по определенным законам и правилам. Поэтому древнегреческие астрономы причисляли эти планеты к так называемым «блуждающим звездам», а позже от этого названия появился сам термин «планета».

Примечательно то, насколько точно древние цивилизации обозначили Юпитер. Не зная тогда еще, что он является самой крупной и самой массивной из планет, они назвали эту планету в честь римского царя богов, который также являлся богом неба. В древнегреческой мифологии аналогом Юпитера является Зевс - верховное божество Древней Греции.

Однако Юпитер — не самая яркая из планет, этот рекорд принадлежит Венере. Существуют сильные отличия в траекториях движения Юпитера и Венеры по небу и ученые уже объяснили чем это обусловлено. Оказывается, Венера, будучи внутренней планетой, расположена близко к Солнцу и появляется как вечерняя звезда после захода Солнца или утренняя звезда до восхода Солнца, тогда как Юпитер, являясь внешней планетой, способен странствовать по всему небосклону. Именно такое движение, наряду с высокой яркостью планеты, помогло древним астрономам отметить Юпитер как Царя планет.

В 1610 году, начиная с конца января и до начала марта, астроном Галилео Галилей наблюдал за Юпитером с помощью своего нового телескопа. Он легко идентифицировал и отследил первые три, а затем и четыре яркие точки света на его орбите. Они образовывали прямую линию по обе стороны от Юпитера, но их позиции постоянно и неуклонно менялись по отношению к планете.

В своем труде, который называется Sidereus Nuncius («Толкование Звезд», лат. 1610 г.) Галилей уверенно и совершенно правильно объяснил движение объектов, находящихся на орбите вокруг Юпитера. Позже именно его выводы стали доказательством того, что все объекты на небе вращаются не по орбите , что и привело к конфликту астронома с католической церковью.

Итак, Галилею удалось обнаружить четыре основных спутника Юпитера: Ио, Европу, Ганимеда и Каллисто, – спутники, которые сегодня ученые называют галилеевыми лунами Юпитера. Спустя десятилетия астрономы смогли выявить и остальные спутники, общее количество которых на данный момент составляет 67, что является самым большим количеством спутников на орбите планеты Солнечной системы.

Большое красное пятно

У Сатурна есть кольца, у Земли голубые океаны, а у Юпитера — поразительные яркие и закрученные в полосы облака, формирующиеся под влиянием очень быстрого вращения газового гиганта вокруг своей оси (каждые 10 часов). Наблюдаемые на его поверхности образования в виде пятен представляют собой формирования динамических погодных условий в облаках Юпитера.

Для ученых остается вопросом, насколько глубоко к поверхности планеты проходят эти облака. Считается, что так называемое Большое красное пятно - огромная буря на Юпитере, обнаруженная на его поверхности еще в 1664 году, постоянно сокращается и уменьшается в размерах. Но даже сейчас эта массивная штормовая система превосходит размеры Земли примерно в два раза.

Последние наблюдения космического телескопа «Хаббл» указывают на то, что начиная 1930-х, когда только началось последовательное наблюдение объекта, его размер мог уменьшиться вдвое. В настоящее время многие исследователи говорят о том, что уменьшение размеров Большого красного пятна происходит все более и более быстрыми темпами.

Радиационная опасность

Юпитер имеет самое сильное магнитное поле из всех планет. На полюсах Юпитера магнитное поле в 20 тысяч раз сильнее, чем на Земле, оно простирается на миллионы километров в космос, достигая при этом орбиты Сатурна.

Сердцем магнитного поля Юпитера считается слой жидкого водорода, скрытый глубоко внутри планеты. Водород находится под таким высоким давлением, что он переходит в жидкое состояние. Таким образом, учитывая, что электроны внутри атомов водорода способны передвигаться, он берет на себя характеристики металла и способен проводить электричество. Учитывая быстрое вращение Юпитера, такие процессы создают идеальную среду для создания мощного магнитного поля.

Магнитное поле Юпитера является самой настоящей ловушкой для заряженных частиц (электронов, протонов и ионов), некоторые из которых попадают в него из солнечных ветров, а другие от галилеевых спутников Юпитера, в частности, от вулканического Ио. Некоторые из подобных частиц движутся по направлению к полюсам Юпитера, создавая впечатляющие полярные сияния вокруг, которые в 100 раз ярче, чем сияния на Земле. Другая часть частиц, которая попадает в плен магнитного поля Юпитера, образует его радиационные пояса, превосходящие в разы любые версии поясов Ван Аллена на Земле. Магнитное поле Юпитера ускоряет эти частицы до такой степени, что они движутся в поясах почти со скоростью света, создавая самые опасные зоны радиационного излучения в Солнечной системе.

Погода на Юпитере

Погода на Юпитере, как и все остальное о планете очень величественна. Над поверхностью все время бушуют штормы, которые постоянно изменяют свою форму, разрастаются на тысячи километров буквально за несколько часов, а их ветры закручивают облака со скоростью 360 километров в час. Именно здесь присутствует так называемое Большое красное пятно, представляет собой бурю, которая длится уже несколько сотен земных лет.

Юпитер завернут в облака состоящие из кристаллов аммиака, их можно рассмотреть в виде полос желтых, коричневых и белых цветов. Облака, как правило, расположены на определенных широтах, также известных как тропические районы. Эти полосы образуются за счет подачи воздуха в различных направлениях на разных широтах. Более легкие оттенки областей, где поднимается атмосфера называются зонами. Темные регионы, где воздушные потоки опускаются — называются поясами.

GIF

Когда эти противоположные потоки взаимодействуют между собой, появляются штормы и турбулентность. Глубина облачного слоя составляет всего 50 километров. Он состоит из, по крайней мере, двух уровней облаков: нижнего, более плотного и верхнего, более тонкого. Некоторые ученые считают, что еще существует тонкий слой водяных облаков под слоем из аммиака. Молнии на Юпитере могут быть в тысячу раз мощнее, чем молнии на Земле, а хорошей погоды на планете практически не бывает.

Несмотря на то, что большинству из нас при упоминании колец вокруг планеты на ум приходит Сатурн с его ярко выраженными кольцами, у Юпитера они тоже есть. Кольца Юпитера в основном состоят из пыли, что делает их трудно различимыми. Формирование этих колец, как полагают, произошло за счет силы тяжести Юпитера, которая захватила материал, выброшенный из его спутников в результате их столкновений с астероидами и кометами.

Планета - рекордсмен

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что Юпитер является самой крупной, самой массивной, самой быстро вращающейся, и наиболее опасной планетой Солнечной системы. Он имеет самое сильное магнитное поле и наибольшее число известных спутников. Кроме того, считается, что именно он захватил нетронутый газ из межзвездного облака, которое и породило наше Солнце.

Сильное гравитационное влияние этого газового гиганта помогло переместить материал в нашей Солнечной системе, притягивая лед, воду и органические молекулы из внешних холодных областей Солнечной системы в ее внутреннюю часть, где эти ценные материалы и могли быть захвачены гравитационным полем Земли. На это указывает и тот факт, что п ервые планеты, которые астрономы обнаруживали на орбитах других звезд, практически всегда относились к классу так называемых горячих Юпитеров - экзопланет, массы которых схожи с массой Юпитера, а расположение на орбите своих звезд является достаточно близким, что обуславливает высокую температуру поверхности.

И вот теперь, когда космический аппарат Juno уже находится на орбите этого величественного газового гиганта, у научного мира появилась возможность выяснить некоторые тайны формирования Юпитера. Будет ли подтверждена теория о том, что все началось с каменистого ядра, которое затем привлекло огромную атмосферу или же происхождение Юпитера больше похоже на образование звезды, сформировавшейся из солнечной туманности? На эти другие вопросы ученые планируют найти ответы во время следующей 18-месячной миссии Juno, посвященной детальному исследованию Царя планет.

Первое зарегистрированное упоминание Юпитера было отображено у древних вавилонян в 7-м или 8-м веке до н.э. Юпитер назван так в честь царя римских богов и бога неба. Греческим эквивалентом является Зевс, — повелитель молний и грома. У жителей Месопотамии данное божество было известно как Мардук, — покровитель города Вавилона. Германские племена называли планету как Донар, который был также известен как Тор.
Открытие Галилеем четырех спутников Юпитера в 1610 году было первым доказательством вращения небесных тел не только по орбите Земли. Данное открытие стало также дополнительным доказательством гелиоцентрической модели Солнечной системы Коперника.
Из восьми планет Солнечной системы на Юпитере самый короткий день. Планета вращается с очень большой скоростью и делает оборот вокруг своей оси каждые 9 часов и 55 минут. Такое быстрое вращение вызывает эффект уплощения планеты и именно поэтому она иногда выглядит сплюснутой.
Один оборот по орбите вокруг Солнца у Юпитера занимает 11,86 земных лет. Это означает, что если смотреть на планету с Земли, кажется что она перемещается в небе очень медленно. Юпитеру необходимы месяцы для того, чтобы перейти от одного созвездия к другому.

Юпитер имеет небольшую систему колец вокруг. Его кольца в основном состоят из частиц пыли исходящих от некоторых из его спутников при ударах от комет и астероидов. Кольцевая система начинается на расстоянии около 92000 километров над облаками Юпитера и простирается на более чем 225000 километров от поверхности планеты. Общая толщина колец Юпитера состоит в диапазоне 2,000-12,500 километров.
На данный момент известно 67 спутников Юпитера. В их число входит четыре больших спутника, которые также известны как галилеевы спутники, обнаруженные Галилео Галилеем в 1610 году.
Самым большим спутником Юпитера является Ганимед, он же и самый большой спутник в Солнечной системе. Четыре самых крупных спутника Юпитера (Ганнимед, Каллисто, Ио и Европа) превосходят по своим размерам Меркурий, диаметр которого составляет около 5268 километров.
Юпитер является четвертым по своей яркости объектом в нашей Солнечной системе. Он занимает свое почетное место после Солнца, Луны и Венеры. Кроме того, Юпитер является одним из самых ярких объектов, которые можно увидеть с Земли невооруженным глазом.
Юпитер имеет уникальный облачный слой. Верхняя атмосфера планеты разделена на зоны и облачные пояса, которые состоят из кристаллов аммиака, серы и смеси этих двух соединений.
На Юпитере существует Большое красное пятно — огромный шторм, который бушует уже более трехсот лет. Этот шторм настолько обширен, что может вместить в себя сразу три планеты размером с Землю.
Если Юпитер был бы в 80 раз более массивным, внутри его ядра начался бы ядерный синтез, что превратило бы планету в звезду.

Фото Юпитера

Первые фотографии Юпитера, сделанные космическим аппаратом «Юнона», были опубликованы в августе 2016 г. Посмотрите на то, какая великолепная планета Юпитер, каким мы его не видели.

Реальное фото Юпитера, сделанное зондом «Юнона»

«Крупнейшая планета Солнечной системы на самом деле уникальна», - говорит Скотт Болтон, главный исследователь миссии «Юнона».

Плюсануть

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

Те, кто хотя бы раз вечером внимательно наблюдал за звездами, не мог не заметить яркую точку, которая своим блеском и размерами выделяется на фоне остальных. Это не далекая звезда, свет которой идет к нам миллионы лет. Это сияет Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Во времена максимального сближения с Землей это небесное светило становится наиболее заметным, уступая по яркости нашим другими космическим спутницам — Венере и Луне .

Крупнейшая из планет нашей Солнечной системы стала известна людям еще много тысяч лет назад. Уже одно название планеты говорит о ее значимости для человеческой цивилизации: из уважения к размерам небесного светила древние римляне дали ему имя в честь главного античного божества — Юпитера.

Планета-гигант, ее главные особенности

Изучая Солнечную систему в пределах зоны видимости, человек сразу отметил присутствие в ночном небе огромного космического объекта. Первоначально считалось, что один из самых ярких объектов на ночном небе — это блуждающая звезда, однако со временем стала ясна иная природа этого небесного светила. Высокая яркость Юпитера объясняется его колоссальными размерами и достигает максимальных значений во время сближения планеты с Землей. Свет планеты – гиганта составляет -2,94 m видимой звездной величины, проигрывая по яркости только блеску Луны и Венеры.

Первое описание Юпитера, крупнейшей планеты Солнечной системы датируется VIII-VII веком до н. э. Еще древние вавилоняне наблюдали яркую звезду в небе, олицетворяя ее с верховным богом Мардук, покровителем Вавилона. В более поздние времена, древние греки, а затем и римляне считали Юпитер вместе с Венерой одним из главных светил небесной сферы. Германские племена наделили гигантскую планету мистической божественной силой, дав ей имя в честь своего главного бога Донара. Более того, практически все астрологи, звездочеты и предсказатели древности всегда в своих предсказаниях и отчетах учитывали положение Юпитера, яркость его света. В более поздние времена, когда уровень технического оснащения позволил точнее вести наблюдения за космосом, оказалось что Юпитер явно выделяется в сравнении с другими планетами Солнечной системы.

Реальный размер небольшой яркой точки на нашем ночном имеет колоссальные значения. Радиус Юпитера в экваториальной зоне составляет 71490 км. В сравнении с Землей, диаметр газового гиганта составляет чуть меньше 140 тыс. км. Это в 11 раз больше диаметра нашей планеты. Таким грандиозным размера соответствует и масса. Гигант имеет массу 1,8986х1027кг и весит в 2,47 раз больше, чем общая масса оставшихся семи планет, комет и астероидов, принадлежащих Солнечной системе.

Масса Земли составляет 5,97219х1024 кг, что в 315 раз меньше массы Юпитера.

Однако «царь планет», не по всем параметрам является самой крупной планетой. Несмотря на свои размеры и огромную массу, Юпитер по плотности уступает в 4,16 раз нашей планете, 1326 кг/м3 и 5515 кг/м3 соответственно. Это объясняется тем, что наша планета представляет собой каменный шар с тяжелым внутренним ядром. Юпитер является плотным скоплением газов, плотность которых соответственно меньше плотности любого твердого тела.

Интересен и другой факт. При достаточно невысокой плотности сила тяжести на поверхности газового гиганта в 2,4 раза превышает земные параметры. Ускорение свободного падения на Юпитере будет составлять 24,79 м/с2 (аналогичная величина на Земле составляет 9,8 м/с2). Все представленные астрофизические параметры планеты определяются ее составом и структурой. В отличие от первых четырех планет, Меркурия, Венеры, Земли и Марса, относящихся к объектам земной группы, Юпитер возглавляет когорту газовых гигантов. Как и Сатурн, Уран и Нептун, самая крупная из известных нам планет не имеет земной тверди.

Существующая на сегодняшний день трехслойная модель планеты дает представление о том, чем является Юпитер на самом деле. За внешней газообразной оболочкой, составляющей атмосферу газового гиганта, идет слой водяного льда. На этом прозрачная и видимая для оптических приборов прозрачная часть планеты заканчивается. Определить какого цвета поверхность планеты технически невозможно. Даже при помощи космического телескопа Хаббл ученым удалось рассмотреть только верхний слой атмосферы огромного газового шара.

Далее, если двигаться к поверхности наступает мрачный и горячий мир, который состоит из кристаллов аммиака и плотного металлического водорода. Здесь господствуют высокие температуры (6000-21000 К) и огромное давление, превышающее отметку в 4000Гпа. Единственным твердым элементом структуры планеты является каменное ядро. Наличие каменного ядра, которое в сравнении с размерами планеты имеет небольшой диаметр, наделяет планету гидродинамическим равновесием. Именно благодаря ему на Юпитере действуют законы сохранения масс и энергии, удерживая гиганта на орбите и заставляя вращаться вокруг собственной оси. У этого гиганта нет четко прослеживаемой границы между атмосферой и центральной, остальной частью планеты. В ученой среде принято считать условную поверхность планеты, где давление составляет 1 бар.

Давление в верхних слоях атмосферы Юпитера невысокое и составляет всего 1 атм. Зато здесь царит царство холода, так как температура не опускается ниже отметки – 130°С.

Атмосфера Юпитера содержит огромное количество водорода, который немного разбавлен гелием и примесями аммиака и метана. Этим объясняется красочность облаков, плотно покрывающих планету. Ученые полагают, что такое скопление водорода произошло в процессе формирования Солнечной системы. Более твердое космическое вещество под влиянием центробежных сил пошло на образование планет земной группы, тогда как более легкие свободные молекулы газов под воздействием тех же физических законов стали скапливаться в сгустки. Эти частицы газа и стали строительным материалом, из которого состоят все четыре планеты – гиганты.

Наличие на планете в таком количестве водорода, который является основообразующим элементом воды, наталкивает на мысль о существовании в огромных количествах водных ресурсов на Юпитере. На практике оказывается, что резкие перепады температур и физические условия на планете не позволяют молекулам воды перейти из газообразного и твердого состояния в жидкость.

Астрофизические параметры Юпитера

Пятая по счету планета интересна и своими астрофизическими параметрами. Находясь за поясом астероидов, Юпитер условно делит Солнечную систему на две части, оказывая сильнейшее влияние на все космические объекты, находящиеся в сфере его влияния. Ближайшей планетой к Юпитеру является Марс, который постоянно находится в сфере влияния магнитного поля и силы притяжения огромной планеты. Орбита Юпитера имеет форму правильного эллипса и незначительный эксцентриситет, всего 0,0488. В связи с этим Юпитер практически все время пребывает от нашей звезды на одном и том же расстоянии. В перигелии планета находится центра Солнечной системы на расстоянии 740,5 млн. км., а в афелии Юпитер находится на расстоянии от Солнца 816,5 млн. км.

Вокруг Солнца гигант двигается достаточно медленно. Его скорость составляет всего 13 км/с, тогда как у Земли этот параметр почти втрое больше (29,78 км/с). Весь путь вокруг нашего центрального светила Юпитер совершает за 12 лет. На скорость движения планеты вокруг собственной оси и на скорость движения планеты по орбите сильное влияние оказывает сосед Юпитера — громадный Сатурн.

Удивительно с точки зрения астрофизики и положение оси планеты. Экваториальная плоскость Юпитера отклонена от орбитальной оси всего на 3,13°. На нашей Земле осевое отклонение от плоскости орбиты составляет 23,45°. Планета словно лежит на боку. Несмотря на это, вращение Юпитера вокруг собственной оси происходит с огромной скоростью, что приводит к естественному сжатию планеты. По этому показателю газовый гигант быстрее всех в нашей звездной системе. Вокруг собственной оси Юпитер вращается чуть менее 10 часов. Если быть точнее, космические сутки на поверхности газового гиганта составляют 9 часов 55 минут, тогда как юпитерианский год длится 10475 земных дня. Ввиду таких особенностей расположения оси вращения, на Юпитере отсутствуют смены времен года.

В точке максимального сближения Юпитер находится на расстоянии от нашей планеты в 740 млн. км. Этот путь современные космические зонды, летящие в космическом пространстве со скоростью 40000 километров в час, преодолевают по-разному. Первый космический аппарат в сторону Юпитера «Пионер 10» был запущен в марте 1972 года. Последним из аппаратов, запущенных в сторону Юпитера, стал автоматический зонд «Юнона». Космический зонд был запущен 5 августа 2011 года и только через пять лет летом 2020 года достиг орбиты «царь-планеты». За время полета аппаратом «Юнона» был проделан путь длиной 2,8 млрд. км.

Спутники планеты Юпитер: почему их так много?

Не трудно догадаться, что столь впечатляющие размеры планеты обуславливают наличие у нее большой свиты. По количеству естественных спутников Юпитеру нет равных. Их насчитывается 69 штук. В этом наборе присутствуют и настоящие гиганты, сравнимые по размерам с полноценной планетой и совсем маленькие, едва заметные с помощью телескопов. Есть у Юпитера и свои кольца, схожие с системой колец Сатурна. Кольцами у Юпитера стали мельчайшие элементы частиц, захваченные магнитным полем планеты непосредственно из космоса в период формирования планеты.

Такое большое количество спутников объясняется тем, что Юпитер имеет самое сильное магнитное поле, оказывающее огромное влияние на все соседние объекты. Сила притяжения газового гиганта настолько велика, что позволяет Юпитеру удерживать вокруг себя столь обширное семейство спутников. К тому же действия магнитного поля планеты вполне хватает для притягивания к себе всех странствующих космических объектов. Юпитер выполняет в Солнечной системе функцию космического щита, отлавливая из открытого космоса кометы и крупные астероиды. Относительно спокойное существование внутренних планет объясняется именно этим фактором. Магнитосфера огромной планеты мощнее, чем магнитное поле Земли в несколько раз.

Впервые со спутниками газового гиганта в 1610 году познакомился Галилео Галилей. В свой телескоп ученый увидел сразу четыре спутника, совершающие движение вокруг огромной планеты. Этим фактом и была подтверждена идея о гелиоцентрической модели Солнечной системы.

Поражают размеры этих спутников, которые могут конкурировать даже с некоторыми планетами Солнечной системы. К примеру, спутник Ганимед больше в размерах Меркурия — самой маленькой планеты Солнечной системы. Немногим Меркурию уступает и другой спутник-гигант — Каллисто. Отличительной чертой спутниковой системы Юпитера является то, что все вращающиеся вокруг газового гиганта планеты имеют твердую структуру.

Размеры самых известных спутников Юпитера следующие:

• Ганимед имеет диаметр 5260 км (диаметр Меркурия составляет 4879 км);
• Каллисто имеет диаметр 4820 км;
• диаметр Ио равен 3642 км;
• диаметр Европы составляет 3122 км.

Одни спутники находятся ближе к материнской планете, другие — дальше. История появления столь крупных естественных спутников пока не раскрыта. Вероятно, мы имеем дело с малыми планетами, которые некогда вращались с Юпитером по соседству. Мелкие спутники являются фрагментами разрушенных комет, прилетающих в Солнечную систему из облака Оорта. Примером может служить падение на Юпитер кометы Шумейкера-Леви, наблюдаемое в 1994 году.

Именно спутники Юпитера представляют собой интересующие ученых объекты, так как являются более доступными и схожими по своему строению с планетами земной группы. Сам газовый гигант представляет враждебную для человечества среду, где невообразимо предположить существование каких-либо известных форм жизни.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них