Юпітер - газовий гігант

ЮпітерЮпітер з одним зі своїх супутників (зліва).Юпітер є п'ятою за відстанню від Сонця планетою в нашій Сонячній системі. Він віддалений від Сонця в середньому на 778,3 млн. кілометрів (в мінімумі – на 740,9, в максимумі – на 815,7 млн. км).

Коли згадують про Юпітер, то серед вживаних слів, мабуть, частіше за інші ми чуємо такі визначення, як «величезний» та «гігантський». І це не випадково. Хоча все в нашому світі відносно, відстані в сотні мільйонів і мільярди кілометрів людині здаються дійсно величезними. Адже на нашій Землі найдовша відстань – це довжина лінії екватора. Якщо б хтось наважився «прогулятися» уздовж цієї лінії, не відхиляючись від неї, то, повернувшись в вихідний пункт подорожі, цей мандрівник подолав би шлях, який дорівнює 40 тисячам кілометрів. Правда, такий шлях можливий тільки в теорії, тому що на цьому шляху необхідно було б долати океани, моря, озера, гори, непрохідні джунглі та інші перешкоди. Ми навіть не говоримо про те, що на поверхні Землі ніякої такої лінії екватора не видно.

А зараз порівняйте дві величини: 40 тисяч кілометрів і 449 тисяч кілометрів. Другий показник – це довжина екватора планети-гіганта Юпітер. Шлях вздовж екватора цієї планети взагалі немислимий, тому що пересуватися довелося б не по твердій поверхні і навіть не по воді, а по газу.

Газоподібна планета-гігант.

Планета Юпітер – це газоподібний небесний об'єкт зі складною внутрішньою структурою. Вiд планет земної групи (Меркурія, Венери, Марса) Юпітер майже повнiстю вiдрiзняється. За розмірами та масою Юпітер є найбільшою планетою в Сонячнiй системi. Обсяг цього гiганта в 1310 разів більше обсягу Землі, а маса – в 318 разів більша за земну. І це при тому, що середня щільність речовини Юпітера (1,3 г/см³) в чотири з гаком рази менша щільності Землі! Астрономи вважають, що якби маса Юпітера була в кілька десятків разів більше, то він, скорiше всього, став би зіркою. В даному випадку сили стиснення всередині планети було б достатньо, щоб її надра розігрілися до такої температури, при якій мають розпочатися ядерні реакції.

Порівняльні розміри Юпітера і Землі.Порівняльні розміри Юпітера і Землі.Але Юпітеру випала «доля» назавжди залишитися планетою і світити не своїм власним світлом, а відбивати світло Сонця. Юпітер вирiзняється не аби якою яскравiстю на нічному небі, не помітити його навіть неозброєним оком просто неможливо. Серед всiх планет яскравіша за Юпітер лише Венера, але її ми можемо спостерiгати тiльки поблизу горизонту під час сходу або заходу Сонця. У нічному небі Венеру ми не побачимо.

Сила тяжіння на поверхні Юпітера в 2,3 рази більша, ніж на Землі (прискорення вільного падіння на екваторі (g) 24,79 м/с). Величезна планета робить оборот навколо своєї осі меньше чим за 10 годин. Це найкоротший період обертання, серед усiх планет Сонячної системи. Оскільки поверхня Юпітера газоподібна, різні області його поверхні мають різні швидкості обертання: в екваторіальному поясі час обертання становить 9 годині 50 хвилин, а в середніх і високих широтах – 9 годин 56 хвилин.

Унаслідок великої швидкості обертання і невеликої середньої щільності речовини Юпітер має помітне стиснення по лінії полюсів: діаметр планети біля полюсів дорівнює 134700 км, а по екватору – 143000 км, тобто стиснення по полюсах складає 8300 км.

Екватор Юпітера нахилений всього на 3° до його орбіти, тому на планеті не буває зміни пір року. Юпітеріанский рік триває майже 12 земних років. Юпітер мчить по орбіті навколо Сонця зі швидкістю 13,07 км/с. Але якщо ми порівняємо цю швидкість з орбітальною швидкістю планет, розташованих ближче до Сонця, то Юпітер здасться нам просто небесним тихоходом. Судіть самі: орбітальна швидкість Марса - 24,12 км/с, Землі – 29,79 км/с, Венери – 35,03 км/с, а Меркурія – 47,87 км/с.

Поверхня Юпітера.

При спостереженні в телескоп дослідник бачить густі хмари, але ці хмари не схожі на земні, вони є водяною парою, а являють собою шар газу, з якого складається планета. У телескоп Юпітер виглядає жовтуватим. На поверхні планети видно широкі смуги газу, що рухаються паралельно екватору. По краях цих смуг помітні ознаки вихрового руху газу. Характерною особливістю поверхні Юпітера є наявність світлих округлих плям серед хмар. Ці плями були відкриті ще в першій половині XVII століття. Як встановлено, вони є гігантськими вихорами, які панують на поверхні Юпітера. Такі атмосферні вихори існують на цій планеті від декількох тижнів до декількох місяців, а деякі можуть бушувати десятки років. Вони виникають, зникають або зливаються з іншими вихорами. Наприклад, два вихори, відомі під назвою Білі Овали, поперечником в 10 тисяч кілометрів кожен, за якими велося спостереження протягом більше 60 років, в 1998 році злилися в один гігантський вихор.

Велика червона пляма на ЮпітеріСупутники Європа і Каллісто в порівнянні з Великою червоною плямою.Найбільший інтерес серед поверхневих об'єктів на Юпітері представляє так звана «Велика червона пляма», виявлена в 1664-му році французьким астрономом Джан Доменіко Кассіні.

«Велика червона пляма» знаходиться в південній частині планети і за три з половиною століття майже не перемістилася і мало змінила свої розміри і форму. А розміри цієї «родимої плями» Юпітера колосальні: 12000 км по широті і 48000 км по довготі. Рожевий колір цієї плями періодично змінюється, то посилюючи яскравість, то стаючи більш бляклим.

Існуюче припущення про те, що «Велика червона пляма» є величезною хмарою або місцем, де бушує супервихор або потужний циклон, може викликати у когось сумніви. Справді, дуже важко зрозуміти, як хмара або область вихорів може зберігати свої розміри і форму, а також місце свого розташування на протязі багатьох століть. Втім, наші поняття і уявлення визначаються земними умовами, а на Юпітері умови зовсім інші. За останніми даними, «Велика червона пляма» – це величезний вихор, який обертається навколо своєї осі з періодом в 6 земних діб.

Пояси і зони Юпітера.

На Юпітері видно і інші вихрові утворення, наприклад, «Біла пляма», діаметр якої становить близько 15000 км. Це друге за розмірами вихрове утворення, яке через нерухомість або малу рухливість виглядає як пляма.

Смуги Юпітера в 2009 р.Смуги Юпітера в 2010 р.Смуги Юпітера в різні роки (липень 2009 і червень 2010).Пояси і зони можуть раптово змінити своє становище, але зазвичай з часом вони відновлюються. У травні 2010-го року «Великий південний екваторіальний пояс» майже пропав. Причина однозначно не ясна. По одній гіпотезі час від часу відбувається обволікання і приховування від огляду світлими хмарами темних, що знаходяться нижче, по іншій – відбуваються хімічні зміни в газових потоках. Смуги хмар, розташовані паралельно до екватора, виглядають світліше або темніше залежно від того, впливу яких потоків атмосфери вони зазнають в кожен даний момент – низхідних холодних (температура близько мінус 154 ° C) або висхідних теплих (температура близько мінус 147 ° C). Прийнято називати: білі смуги – зонами, а темні – поясами.

Спостереження показують, що відносна швидкість ділянок, які перебувають у сусідніх зонах-смугах, іноді може доходити до 300 км/ч. У цих випадках легко помітити як на краях смуг закручуються буруни, що свідчать про швидкий турбулентний рух газу. Залежно від газового складу хмар їх колір може змінюватися від синювато-білястого і білого до світло-коричневого і червоного.

Атмосфера Юпітера.

Атмосфера Юпітера складається в основному з молекулярного водню (76,1% по масі) і гелію (23,8% по масі). У незначній кількості присутні метан (0,21%), аміак, інертні гази, а також кристали водяного льоду. На поверхні Юпітера постійно дмуть сильні вітри. На Землі вітри зі швидкістю 150 м/с ми назвали б ураганними, а для Юпітера такі вітри – нормальне явище. Встановлено, що в північній півсфері Юпітера потоки атмосферного вітру досягають 600 км/год (це 166 м/с).

Анімація обертання ЮпітераАнімація обертання Юпітера, створена за фотографіями з "Вояджера-1», 1979 р. Чіткої межі між поверхнею і атмосферою на Юпітері, як і на інших газоподібних планетах, не існує. Для визначення такої межі астрономи ввели поняття умовної «нульової висоти», на якій відбувається зміна градієнта температури на зворотний, тобто починається зворотний відлік температури. Для точного визначення нульової висоти на Юпітері його атмосфера ще недостатньо вивчена. За верхню межу атмосфери планети взято рівень тиску в 1 НБАР. При вимірюванні фізичних властивостей атмосфери зондом «Галілео» використовувався пункт відліку з тиском в 1 атмосферу.

За даними зонда «Галілео» швидкість вітру спочатку росте з глибиною, а потім стає постійною. На рівні тиску 0,5 атм. швидкість вітру становила 90 м/сек, досягла 170 м/сек на рівні 4 атм. і далі майже не змінювалася.

В екваторіальній області Юпітера вітри дмуть в прямому напрямку, тобто в напрямку обертання планети, зі швидкістю бл. 70 – 140 м/сек. Але вже на 15 – 18 градусах північної та південної широт напрямок потоків газу змінюється на протилежний, де досягає швидкості 50 – 60 м/сек. Надалі атмосферні течії прямого і зворотного напрямку кілька разів змінюють один одного, а швидкість вітру в них зменшується зі збільшенням широти. У приполярних широтах зональна швидкість вітру близька до нуля.

Встановлено, що в атмосфері Юпітера присутні три шари хмар. Нагорі розташовані хмари з скрижанілого аміаку, нижче – кристали сірководню амонію і метану, а в самому нижньому шарі – водяний лід і, можливо, рідка вода.

Атмосфера Юпітера відрізняється високою електричною активністю. Грози там гримлять безперервно. Блискавки досягають довжини 1000 км і навіть більше. В атмосфері Землі блискавки довжиною 50 км є великою рідкістю.

Внутрішня будова Юпітера.

За сучасними уявленнями, зовнішній шар Юпітера товщиною в 0,15 радіуса планети, тобто – близько 10000 км, складається з газу (суміш водню і гелію). За цим шаром знаходиться шар рідкого молекулярного водню (суміш рідкого водню і гелію). Товщина цього шару складає близько 0,75 радіуса планети, тобто – близько 54-х тисяч км. Температура рідкого водню в цьому шарі досягає 2000° С. Далі, на глибині до 0,9 радіуса планети (близько 65-ти тисяч км) водень знаходиться в твердому металевому стані з щільністю 11 г/см³ і температурою 20000° С. Тиск в цій зоні досягає 5 мільйонів земних атмосфер.

Модель внутрішньої структури ЮпітераМодель внутрішньої структури Юпітера: під хмарами - шар суміші водню і гелію товщиною близько 10 тис. км з плавним переходом від газоподібної до рідкої фази, потім - шар рідкого і металевого водню глибиною 50-65 тис. км. Всередині може знаходитися тверде ядро діаметром близько 20 тис. км.Ядро Юпітера – це тверде утворення з залізосилікатних і кам'янистих порід. Радіус ядра може становити від 0,1 до 0,3 радіуса планети, а його маса становить близько 4% загальної маси Юпітера.

Під металевим воднем розуміється такий його агрегатний стан, коли під тиском в кілька мільйонів земних атмосфер електрони атомів водню втрачають зв'язок з протонами і вільно переміщаються всередині навколишньої речовини. Подібним чином поводяться електрони в металах.

Перебуваючи на величезній відстані від Сонця, Юпітер отримує в 27 разів менше сонячного тепла, ніж Земля. Вимірювання, виконані з Землі і автоматичними зондами, показали, що енергія інфрачервоного випромінювання Юпітера приблизно в 1,5 рази перевищує теплову енергію, що отримується планетою від далекого Сонця. Значить, Юпітер має внутрішні запаси тепла. Вважається, що ці запаси теплової енергії є залишковими з моменту утворення планети. Гадати про те, яких значень може досягати температура в надрах Юпітера, не має сенсу, хоча деякі автори і називають можливий рівень від 23000° C до 100000° C.

Поверхня Юпітера прогрівається слабо через низьку теплопровідність речовин, що складають внутрішні шари планети. Тому на поверхні Юпітера панує жахливий холод – до мінус 150° C. У той же час дія внутрішнього джерела тепла на Юпітері проявляється в тому, що в його атмосфері постійно вирують циклони і антициклони, безперервно дмуть сильні вітри то з заходу на схід, то зі сходу на захід. Для подібних проявів атмосферної активності теплової енергії, одержуваної Юпітером від Сонця, було б абсолютно недостатньо. Це підтверджується метеорологічними розрахунками.

Магнітне поле Юпітера.

До 1979-го року вчені не мали ніяких даних про наявність чи відсутність магнітного поля у Юпітера. З наукової інформації, отриманої в березні 1979-го року від автоматичної міжпланетної станції «Вояджер-1», а пізніше і від АМС «Одіссей», стало ясно, що Юпітер володіє сильним магнітним полем. За деякими оцінками, напруженість магнітного поля на Юпітері майже в 50 разів вище, ніж на Землі. Магнітна вісь нахилена на 10,2 ± 0,6° по відношенню до осі обертання Юпітера. Магнітні полюси Юпітера інвертовані по відношенню до полюсів планети. Тому стрілка компаса на Юпітері своїм північним кінцем показала б на південь. Передбачається, що магнітне поле на Юпітері генерує добре проводячий електричний струм металевий водень внаслідок швидкого обертання планети.

Схема магнітного поля Юпітера.Схема магнітного поля Юпітера.Сміливість такого припущення полягає в тому, що на Землі ніхто і ніколи не бачив металевий водень і, відповідно, ніхто не вивчав властивості цієї, загалом гіпотетичної, речовини. Але в даному випадку фантазія вчених збігається з реальністю: адже магнітне поле Юпітера існує реально.

Магнітне поле Юпітера простирається на величезну відстань від планети, не менше ста юпітерианських радіусів, тобто – досягає Сатурна. Якби магнітосферу Юпітера можна було бачити з поверхні Землі, то її кутові розміри перевищували б розміри повного Місяця, видимого з Землі.

Магнітне поле Юпітера створює навколо планети потужні радіаційні пояси, тобто – області, заповнені зарядженими частинками. Радіаційні пояси Юпітера по інтенсивності випромінювання в 40 тисяч разів перевищують радіаційні пояси Землі.

Наявність в магнітосфері Юпітера заряджених частинок служить причиною полярних сяйв, які виникають в атмосфері високих широт обох півкуль планети. Полярні сяйва на Юпітері дуже інтенсивні, їх можна спостерігати навіть з Землі.

У той же час навколо Юпітера встановлено наявність плазмового кільця, тобто зони, де заряджені частинки відсутні. Існування плазми пояснюється можливою іонізацією під дією сонячної радіації викидів вулканів, що діють на супутнику Іо.

Кільця Юпітера.

Схема кілець ЮпітераСхема кілець Юпітера.У 1979-му році зонди «Вояджер-1» і «Вояджер-2» відкрили кільця, що оточують Юпітер. Система цих кілець складається з двох зовнішніх і одного внутрішнього. Кільця розташовані в екваторіальній площині Юпітера і знаходяться на відстані 55000 кілометрів від верхнього шару атмосфери. Кільця являють собою дрібні кам'янисті фрагменти, пил і шматочки льоду, що обертаються навколо планети. Відображаюча здатність основної маси речовини кілець низька, тому помітити кільця з Землі надзвичайно важко. У цьому полягає відмінність кілець Юпітера від кілець іншого газоподібного гіганта – Сатурна, які добре відбивають сонячне світло і доступні спостереженню. Найяскравіша і помітна частина юпитерианских кілець становить близько 6400 км в ширину (точніше – в глибину) і до 30 км в товщину. З точки зору небесної механіки кільця Юпітера – це сотні тисяч дрібних і найдрібніших супутників, що обертаються навколо цієї планети. Але астрономічна наука, звичайно, не розглядає в якості супутників кам'яні дрібниці, шматочки льоду та інше космічне сміття, що обертається навколо кожної планети.

Супутники Юпітера.

Порівняння розмірівПорівняння розмірів "галілеєвих супутників" з Землею і Місяцем.Перші чотири супутники Юпітера відкрив ще Галілей, коли в січні 1610-го року (за новим стилем) він навів в нічне небо власноруч виготовлений ним телескоп, точніше – зорову трубу. Це відкриття він присвятив сім'ї герцога Тосканського Козімо II Медичі, у якого він служив придворним математиком. Супутники отримали назви Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. Ці супутники досі вважаються «галілеєвими супутниками», а раніше їх називали «галілеєвими місяцями».

Галілей розглядав супутники в телескоп зі збільшенням в 32 рази. Побачити ці супутники біля Юпітера в вигляді маленьких крапок, що світяться можна в хороший сучасний бінокль.

Всі чотири «галілеєвих супутника» рухаються в площині екватора Юпітера. Підкоряючись не зовсім зрозумілому закону руху, всі вони обертаються навколо своєї осі зі швидкістю, що дорівнює швидкості обертання навколо планети. Тому вони звернені до Юпітера завжди однією стороною. Цей же феномен ми спостерігаємо у нашого Місяця. До 1892-го року були відомі тільки ці чотири супутники.

Основні характеристики відкритих Галілеєм супутників Юпітера наведені в таблиці.

Супутники Відстань до Юпітера (км) Орбітальний період (дні) Радіус (км) Середня щільність (г/см³)
 Іо  421600  1,77  1821  3,57
 Європа  670900  3,55  1565  2,97
 Ганімед  1070000  7,16  2634  1,94
 Каллісто  1883000  16,69  2403  1,86

Малі супутники Юпітера.

Крім супутників, відкритих Галілеєм, навколо Юпітера обертаються численні супутники невеликих розмірів. Всього їх виявлено понад шістдесят. Радіуси їх орбіт складають від декількох сотень тисяч до декількох десятків мільйонів кілометрів.

 

Переглядів: 166 | | Теги: планеты
Всього коментарів: 0
avatar