Его величество планета Юпитер – огромнейшая, самая мощная и влиятельная планета Солнечной системы. Это солидный царь планет, создавший из окружающих его спутников свою собственную Юпитерианскую систему наподобие Солнечной системы. Это – огромнейший газовый шар, состоящий в основном из водорода и гелия, что делает планету Юпитер похожей на Солнце и звезды нашей Галактики. Плотность планеты Юпитер равна плотности Солнца. Некоторые астрономы даже подозревали, что Юпитер это протозвезда наподобие красного карлика. Сходство со звездами выражается также в радиоизлучении и мощности магнитного поля. Характерной особенностью планеты Юпитера является и то, что он сам выделяет огромное количество энергии, значительно большее, чем получает от Солнца. Огромная планета отличается сильными ветрами, бурями, ураганами и грозами. С земли планета Юпитер виден как один из самых ярких космических объектов после Солнца, Луны и Венеры, особенно в фазе противостояния.
Юпитер по порядку пятая планета от Солнца и открывает собой ряд газовых гигантов и внешних планет. Он находится между поясом астероидов и планетой Сатурн на расстоянии 778,57 млн км по большой оси от Солнца. Физические характеристики этой массивнейшей планеты поражают. Его масса в 2,47 раза больше чем масса всех планет Солнечной системы вместе взятых. Один только экваториальный радиус равный 71492 км. В 11,2 раза больше Земного радиуса. В настоящее время астрологи сравнивают найденные экзопланеты с Юпитерианскими размерами, что привело к использованию его массы (Мj) и радиусу(Rj) как удобной единице измерения экзопланет. Юпитер стал эталоном экзопланет.
Следует добавить что самая мощная планета обладает и самым мощным магнитным полем, самыми мощными радиационными излучениями, самым мощным полярным сиянием, самой мощной атмосферой и самой мощной гравитационной силой по сравнению с другими планетами Солнечной системы.
Планета Юпитер, его орбита и вращение.
Планета Юпитер вращается вокруг Солнца на расстоянии около 5,2 а.е. (в афелии -816,52.млн.км. или 5,4а.е., и в перигее 740,57 млн.км или 4,9 а.е.), эксцентриситет орбиты равен 0,0488. Свой путь вокруг Солнца он проходит за 11,86 лет со средней орбитальной скоростью 13,07 км в секунду. Вокруг своей собственной оси Юпитер вертится быстрее всех планет Солнечной системы, один оборот он совершает в среднем всего за 9 час. 50 мин 30 сек. Так как Юпитер не твердое, а газообразное тело, скорость движение на экваторе отличается от скорости на широтах ближе к полюсам. Из-за такой большой скорости вращения полярный радиус равный 66 854км., и значительно меньше экваториального равного 71492 км., Полярное сжатие составляет 0,06487. Плоскость экватора очень близка к плоскости орбиты (наклонение относительно солнечного экватора равно 6 градусов), поэтому смены времен года такой как у нас на Земле практически нет.
Атмосфера планеты Юпитер
Самая огромная в Солнечной системе планета обладает и самой огромной атмосферой. Юпитер можно сказать почти сплошная постоянно бурлящая атмосфера, которая неизвестно на каких глубинах из-за огромного атмосферного давления плавно переходит в жидкое состояние, а потом в металлическое. Твердой поверхности нет. Подогреваемые сверху Солнцем, а из нутрии своим теплом от гравитационного сжатия атмосферные образования постоянно передвигаются, конденсируют и бурлят образуя огромные ураганные ветра, вихри и бури с мощными молниями и выпадающими в осадок химическими элементами. Химический состав атмосферы определяет химический состав всей планеты и впервые был определен при помощи космического аппарата «Галилео». Основными базовыми элементами являются молекулярный водород примерно 88% и гелий 11%. Остальные элементы находятся в сравнительно небольших количествах: аммиак, метан, этан, ацетилен, фосфор, сера, возможно водяные пары и незначительные количества других элементов, которые все в сумме не превышают 1%. Как уже говорилось выше в атмосфере Юпитера постоянно присутствуют ветра огромной силы иногда до 650 км в секунду. С Земли уже в небольшие телескопы видно, что верхние видимые слои распределены полосами параллельно экватору. Это движение верхних облаков атмосферы имеющие разный цвет и разный уровень глубины. Ученые поделили рисунок верхнего слоя атмосферы планеты на полосы и зоны. Полосы это более темные участки, а зоны значительно светлее и холоднее. Такое различие окраски происходит из-за разной прозрачности облаков, наличия аммиачного льда в них или других химических элементов и разного уровня облаков, гонимых сильными ветрами. На Юпитере образование ветров сложнее чем на земле, так как здесь для его их образование добавляется еще и генерирование тепла самим Юпитером и огромная скорость вращения планеты вокруг своей оси. На поверхностном слое облаков присутствует параллельный «ленточный» характер ветра. Он в поясах и зонах дует в противоположных направлениях, а на границах между ними возникают зональные потоки со скоростями до 100 м/сек, часто в виде белых завитушек, и называются они струями.
Вся территория диска Юпитера в зависимости от темных поясов и светлых зон условно разделена на регионы со своим обозначением. Например ЕZ – это самая широкая экваториальная зона. Она самая устойчивая, но все-таки изредка меняется и иногда внутри нее выделяется экваториальная полоса ЕВ. Облака и сравнительно небольшие образования движутся относительно остальных широт со скоростью примерно до 400 км/час параллельно экватору. К югу и северу от экваториальной зоны соответственно располагаются южный и северный тропические регионы. Южный тропический регион включат в себя южный экваториальный пояс (SEB) и южную тропическую зону (STropZ). Стоит подчеркнуть, что этот регион наиболее активный на планете. Здесь находится Большое красное пятно, представляющее собой самый большой вихрь планет Солнечной системы. Он поднимает атмосферу из недр планеты с различными химическими соединениями (наверняка из фосфора или серы), окрашивающими его в яркий сочный красный цвет. Южнее находится овал Белого пятна немного меньшего размера. Эти образования очень устойчивы и сохраняются веками с незначительными изменениями. Дальше идет Южный умеренный пояс с образование небольших часто объединяющихся красноватых овалов, а за ним переменчивая южная зона с появляющимися и исчезающими белыми овалами. К северу от экватора находятся северные регионы. Начиная от экваториального региона на север почти в том же порядке как и на юг попеременно располагаются зоны и пояса.
Если рассматривать глубинные слои атмосферы Юпитера, то всю атмосферу можно условно разделить на самый нижний тропосферу, затем стратосфера, термосфера и самый верхний экзосфера. Мезосфера у Юпитера просто отсутствует. Поскольку самый нижний уровень границы тропосферы определить практически невозможно, то условно уровень с давлением в 10 бар и температурой 340 К считаю ее основанием. Давление в 1бар выбрано нулевой точкой поверхности Юпитера. Самая большие температура и давление в атмосфере в ее основании. Структура облаков тропосферы сложнейшая. На самом верху облака из аммиачных крупинок льда, который постепенно опускается вниз, тает, конденсируется и повторяет свой цикл кругооборота. Но кроме аммиака присутствуют и другие компоненты, как например сульфид аммония, метан. Водяные облака если они там есть, то формируют самый плотный слой. Облака имеют толщину до 50 км, белые из аммиака и более темные это поднявшиеся из глубоких слоев. Ниже под облаками находится водород и гелий. С глубиной постепенно повышаются температура и давление. Граница между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. Это примерно выше облаков на 50 км с температурой 110 К и давлением 0.1 бар.
Стратосфера Юпитера – слой атмосферы, где нет облаков, может быть только туман, особенно внизу. Здесь содержится большое количество тяжелого углеводорода или гидразина. Под влиянием солнечной радиации на молекулы углеводорода, происходит выделение теплоты до 200 К. и с высотой слоя температура увеличивается, давление снижается. Стратосфера выше термосферы примерно на 300 км и доходит до 1000 км.
Термосфера Юпитера характеризуется дальнейшим понижением давления с 1 микробара — 1 нанобара и сильным повышением температуры примерно 800-1000 К. Почему происходит такой высокий скачек температуры, ученые 100% пока объяснить это не могут, вполне возможно что из-за воздействия солнца, магнитного поля самой планеты и направленных вверх гравитационных волн. Примерно на уровне давления 1 микробара термосфера начинает светиться. Здесь свойственны такие явления как полярное сияние и рентгеновские излучения. Плотность электронов сильно увеличивается и формируется ионосфера. Северный полярный полюс отличается самым мощным и ярким сиянием, состоящим из нескольких цилиндрических кругов и ярких пятен внутри. Полярное сияние Юпитера не эпизодическое явление как на Земле , а постоянное явление. В термосфере обнаружен трехатомный ион, вызывающий сильную эмиссию на длинных волнах в инфракрасной зоне спектра. Н3+ играет роль охладителя для термосферы.
Самый внешний слой атмосферы Юпитера – экзосфера. Этот слой расположен на границе с космическим вакуумом где атмосфера плавно рассеивается и сливается с безграничным космосом.
Характерной особенностью видимого слоя атмосферы являются наличие в южном полушарии уникального Большого красного пятна (БКП), которое наблюдается уже почти 400 лет с небольшими изменениями в размерах. Оно было открыто еще в 1664 году и сейчас имеет размеры огромного овала 30 на 15 тысяч километров. Это пятно представляет собой огромный вращающийся со скоростью 360 км/час ураганный вихрь, поднимающий с внутренней части планеты его глубинные слои атмосферы. Большое красное пятно всегда вращается против часовой стрелки и делает свой полный оборот вращения за шесть дней.
Недавно при помощи летающей реактивной обсерватории SOFI и ее камеры Faint Object infra Red, известной как FORCAST, в ходе изучения газовой циркуляции Юпитера, были получены данные ряда интересных особенностей. Так, холодное Красное пятно в южном регионе подтверждает восходящий газовый поток и сильно охлаждает атмосферу. Все близкие к экватору пояса планеты демонстрирует, что центральная линия экватора в атмосфере Юпитера достаточно холодная, а вот ближе к северу и к югу от неё располагаются теплые пояса с нисходящими в глубину потоками газов. На северной приполярной территории отмечен значительный нагрев атмосферы полярными сияниями. Это говорит, что присутствует этан и метан в стратосфере Юпитера.
В конце 2016 года, получив данные космического аппарата Юнона, ученые отметили сильно выделенную очень слоистую структуру глубинных внутренних слоев атмосферы Юпитера и сравнили ее с луковицей, где четко отделен каждый слой. Они подчеркнули различие слоев по многим параметрам и цвету.
И самое главное – это то, что не смотря на присутствие долгосрочных атмосферных образований, суровая атмосфера Юпитера в разной степени постоянно меняется.
Кольца планеты Юпитер
Кольца планеты Юпитервпервые были открыты только в 1979 году зондом «Вояджер». С Земли их можно увидеть только в инфракрасном диапазоне. Кольца намного меньше, слабее и темнее колец Сатурна и расположены перпендикулярно экватору на высоте около 55 000 км за атмосферой. Предполагается что кольца образовались из спутников и продолжают пополнятся их пылью и мелкими фракциями. Лед в кольцах Юпитера полностью отсутствует.
Ближе всего к Юпитеру расположено Гало кольцо синеватого цвета. Оно состоит из пыли и его толщина увеличивается с приближением к Юпитеру. Толщина Гало кольца самая большая из всех колец и равна 12500 км.
Следующим по порядку идет тонкое и узкое Главное кольцо. Зато это кольцо самое яркое с красноватым оттенком и состоит не только из пыли, имеются более крупных фрагменты. Внешний край кольца ограничивается спутником Андростея.
Дальше идут два паутинных кольца с названиями спутников, вблизи которых они находятся: сначала кольцо Амальтеи и потом кольцо Фивы. Структура и яркость этих колец самая слабая. Толщина этих колец, особенно Амальтеи, самая маленькая, за что они и названы паутинными.
Спутники планеты Юпитер
Планета Юпитер имеет свою, самую большую систему спутников. На сегодняшний день их 67. В 1610 году Галилео Галилеем при помощи телескопа были открыты четыре самых больших спутника: Ганимед, Европа, Ио, и Каллисто. Эту группу спутников так и называют Галилеевыми. Благодаря развитию телескопостроения к 1970 году нашли еще 13 спутников, а с телескопами нового поколения дело пошло еще быстрее, появилась возможность определять спутники диаметром даже по 2-4 км. Планета гигант в своем семействе имеет и самые огромные и интересные спутники, например Ганимед. Этот спутник больше даже чем планета Меркурий и один из самых огромных спутников в Солнечной системе. Правда, плотность у него всего в два раза больше плотности воды. Возраст его определен примерно 4 млрд. лет и у него большое количество кратеров. Ганимед даже имеет свое собственное магнитное поле и красивую голубую ауру. При помощи космического телескопа «Хаббл» было обнаружен озон.
Второй по размеру Галилеев спутник — оранжево-коричневый спутник Европа. Он представляет собой почти гладкую ледяную поверхность с большим количеством трещин и борозд. Предполагается, что под поверхностью находится огромный океан воды, подогреваемый изнутри.
Спутник Юпитера Ио ближе всего расположен к своей планете и характерен самой колоссальной вулканической деятельность. Близость спутника к Юпитеру вызывает воздействие приливных сил с одной стороны Ио, а с другой стороны идет возрастание приливных сил из-за Ганимеда и Европы. Спутник как бы раздирается с двух сторон, что приводит к сильному внутреннему разогреву и вулканической деятельности. Огромное количество сернистого газа и серы фонтаном с бешеной скоростью до 1 км/сек выбрасывается на высоту до 300 км. На спутнике одновременно действует сразу по несколько вулканов.
Замыкает четверку галилеевых спутников Каллисто. Он дальше всех находится от Юпитера и похож на Ганимед и Европу. Примерный возраст его 4 миллиарда лет. Считается что у него нет ядра. У Калисто самое низкое альбедо (отражательная способность), что говорит о темной поверхности.
Все галилеевы спутники обращены к Юпитеру одной стороной. Интересно, что периоды обращения спутников вокруг своих орбит находятся в резонансном соотношении 1:2:4:8.
Следующая выделенная группа спутников Юпитера это внутренние спутники: Метида, Адрастея, Амальтея и Теба. Эти спутники ближе всех расположены к планете, имеют самые маленькие радиусы орбит и самый маленький период обращения вокруг Юпитера меньше суток.
К группе маленьких спутников относятся: Леда, Гималия, Лиситея и Элара. Круговые орбиты этих спутников находятся на расстоянии 11000-12000 тысяч км от Юпитера под углом 25-29 градусов и движутся они в ту же сторону что и их планета.
К внешним спутникам относятся: Ананке, Карме, Пасифе, Синопе и другие вновь открытые в основном мелкие спутники с ретроградным движением. Все это спутники находящиеся далеко от планеты на расстоянии более 21 миллиона км. и движутся по сильно вытянутым эллипсоидным орбитам. Размеры этих спутников варьируют в диапазоне 10-18 км, а по массе каждый из них равен примерно от 3,8 до 9,5тонн.
Магнитное поле и магнитная мантия планеты Юпитер
Пятая планета солнечной системы обладает самым мощным магнитным полем среди планет, оно как минимум в 20 раз превышает энергию магнитного поля нашей Земли. Впервые о магнитном поле Юпитера заговорили в 1955 году, когда открыли декаметровое радиоизлучение. Потом в 1959 году было обнаружено магнитно-тормозное синхронное излучение релятивистскими электронами и это дало возможность определить магнитный момент и его наклон. Когда «Пионер 10» впервые подлетел к Юпитеру, полученные им данные подтвердили предположения о наличии сильного магнитного поля, но уровень радиации оказался в 10 раз сильнее, чем предполагалось. Затем в 1973 году рассчитали магнитный момент равный сейчас 1,56×10²⁰Тл·м³· и наклон оси магнитного поля в 10,2 ±0,6 градусов.
Магнитное поле Юпитера формируется в основном в центре планеты в предполагаемом внешнем ядре, где расплавленный металлический водород под большим давлением и высокой температурой является идеальным сверхпроводником электрических токов. К тому же Юпитер самая быстро вращающаяся планета, что помогает генерированию сильного магнитного поля. Самый близкий спутник Ио, при извержении вулканов выбрасывает тонны оксида серы образуя газовый тор, который под действием магнитного поля планеты Юпитер, и сам вращается как планета. Этот тор пополняет магнитное поле плазмой, которая растягиваясь образует диск. Также большой составляющей магнитного поля Юпитера, как и на нашей планете Земля, является солнечный ветер. Наличие всех этих данных в сумме и создают самое мощное из всех планет магнитное поле Юпитера, с величиной от 4,2 Гс на экваторе и до 14 Гс на полюсах.
Как у большинства планет с магнитным полем, вокруг Юпитера имеется магнитосфера. Только здесь она колоссальных размеров, 7 млн км в одну сторону и до края орбиты Сатурна в другую. Магнитосфера Юпитера – это огромное пространственное поле вокруг планеты своеобразной формы в виде двух лепестков с осью, проходящей через центр планеты и образованное генерированным внутренним магнитным полем, спутником Ио и солнечным ветром. Именно из-за взаимодействия с солнечным ветром с одной стороны магнитосфера имеет округлую форму, а с другой ночной стороны преобразуется в длинный хвост, тянущийся за Юпитером на огромное расстояние. Границы магнитосферы вырисовываются в результате сильного столкновения летящего со скоростью примерно миллион миль в час солнечного ветра, с магнитным полем планеты. Магнитное поле отклоняет ионизированные частицы солнечного ветра исходящие с солнечной поверхности, не дает им проникнуть на поверхность Юпитера и образует полость, наполненную намагниченной юпитерианской плазмой. Внутренняя полость магнитосферы имеет сложное строение. Самая верхняя граница называется магнитопаузой и расстояние до нее колеблется в пределах 45 Rj – 100 Rj и зависит от солнечной активности. Перед Магнитопаузой образуется Головная ударная волна это высокая волна возмущения солнечного ветра. Пространство между головной ударной волной и магнитопаузой – это магнитослой. Очень интересное образование в магнитосфере представляет хвостовое образование, внутри которого находится канал прорвавшейся солнечной плазмы. Здесь она разогревается и образует радиационные пояса. Особенно красиво магнитосфера Юпитера смотрится над полюсами в виде полярных сияний. Здесь они гораздо мощнее, ярче и занимают большую площадь. Полярные сияния Юпитера в отличие от Земных сверкают и светятся постоянно.
О силе и величии и магнитосферы Юпитера говорит то, что толщина ее варьирует от 1 до 3 миллионов километров, а хвост постепенно уменьшаясь и сужаясь, тянется длиной до 1 миллиарда километров. Ученые считают, что магнитное поле Юпитера оказывает свое влияние на все объекты солнечной системы.
Данные о магнитном поле Юпитера изучались по получаемой информацию с таких космических аппаратов как зонды НАСА «Пионер-10» в 1973 г. и «Пионер-11» в 1974 г., «Вояджер» в 1979 г. Затем в 1992 г. космический аппарат «Уилс», «Галилео» и пролетающий мимо «Кассини» в 2000 г., «Новые горизонты» в 2007 году. Последним в 2011 году на Юпитер отправился космический аппарат «Юнона», добравшийся туда в 2016 году.
Аппарат «Юнона» вышел на орбиту и собирает данные о планете, в частности о ее магнитном поле и магнитосфере. При входе в магнитосферу Юноной были записаны «песни» планеты Юпитер, звуки создаваемые магнитными полями и радиацией. Дальнейшее изучение планеты дает возможность более полного понимания, как устройства самой планеты так и мироустройства солнечной системы и всего космического пространства в целом.
Несмотря на ряд полученных данных и открытий, сделанных в области изучения Юпитера, он до сих пор остается далекой, гигантской загадкой и перспективой для дальнейшего подтверждения гипотез, изучения и новых открытий.
