Юпитер - одна из пяти планет Солнечной системы, которую можно увидеть на ночном небе без каких-либо оптических инструментов. Еще не имея представления о ее размерах, древние астрономы присвоили ей имя верховного римского божества.
Знакомьтесь: Юпитер!
Орбита Юпитера удалена от Солнца на 778 млн км. Год там длится 11,86 земных лет. Полный оборот вокруг своей оси планета совершает всего за 9 часов 55 минут, причем скорость вращения на разных широтах различна, а ось почти перпендикулярна плоскости орбиты, вследствие чего сезонные изменения не наблюдаются.
Температура поверхности Юпитера - 133 градуса по Цельсию (140 К). Радиус более чем в 11, а масса в 317 раз превышает радиус и массу нашей планеты. Плотность (1,3 г/см3) соразмерима с плотностью Солнца и значительно меньше плотности Земли. Сила тяжести на Юпитере в 2,54 раза, а магнитное поле в 12 раз больше аналогичных земных параметров. Температура днем на Юпитере ничем не отличается от ночной. Это объясняется значительным удалением от Солнца и мощными процессами, протекающими в недрах планеты.
Эру оптических исследований пятой планеты открыл в 1610 году Г. Галилей. Именно он обнаружил и четыре самых массивных спутника Юпитера. На сегодняшний день известно о 67 космических телах, входящих в планетную систему гиганта.
История исследований
До 1970 годов планету изучали с помощью наземных, а затем и орбитальных средств в оптическом, радио - и гамма-диапазонах. Температура Юпитера впервые была оценена в 1923 г. группой ученых из Лоуэловской обсерватории (Флагстафф, США). Используя вакуумные термопары, исследователи выяснили, что планета является "определенно холодным телом". Фотоэлектрические наблюдения покрытия Юпитером звезд и спектроскопический анализ позволили сделать вывод о составе его атмосферы.
Последовавшие полеты межпланетных аппаратов уточнили и значительно расширили накопленную информацию. Беспилотные миссии "Пионер-10;11" в 1973-1974 гг. впервые передали снимки планеты с близкого расстояния (34 тыс. км), данные о строении атмосферы, наличии магнитного и радиационного пояса. Аппараты "Вояджер" (1979 г.), "Улисс" (1992, 2000 гг.), "Кассини" (2000 г.) и " Новые горизонты" (2007 г.) произвели улучшенные измерения параметров Юпитера и его планетной системы, а "Галилео" (1995-2003 гг.) и "Юнона" (2016 г.) пополнили ряды искусственных спутников гиганта.
Внутренняя структура
Ядро планеты диаметром около 20 тыс. км, состоящее из небольшого количества скальных пород и металлического водорода, находится под давлением в 30-100 миллионов атмосфер. Температура Юпитера в этой зоне составляет около 30000 ˚С. Масса ядра - от 3 до 15 % общей массы планеты. Выработка тепловой энергии ядром Юпитера объясняется механизмом Кельвина - Гельмгольца. Суть явления состоит в том, что при резком охлаждении внешней оболочки (поверхностная температура планеты Юпитер составляет -140˚С) происходит падение давления, вызывающее сжатие тела и последующий разогрев ядра.
Дальнейший слой, глубиной от 30 до 50 тыс. км, представляет собой субстанцию из металлического и жидкого водорода с примесью гелия. С удалением от ядра давление в этой области снижается до 2 млн атмосфер, температура Юпитера падает до 6000 ˚С.
Строение атмосферы. Слои и состав
Четкой границы между поверхностью планеты и атмосферой не существует. За ее нижний слой - тропосферу - ученые приняли условную область, в которой давление соответствует земному. Дальнейшие слои, по мере удаления от "поверхности", расположились в следующем порядке:
- Стратосфера (до 320 км).
- Термосфера (до 1000 км).
- Экзосфера.
На вопрос о том, какая температура на Юпитере, однозначного ответа не существует. В атмосфере протекают бурные конвекционные процессы, вызванные внутренним теплом планеты. Наблюдаемый диск имеет выраженную полосатую структуру. В белых полосах (зонах) воздушные массы устремляются вверх, в темных (поясах) - опускаются вниз, образуя конвективные циклы. В верхних слоях термосферы температура достигает 1000 ˚С, а с продвижением вглубь и ростом давления постепенно падает до отрицательных значений. С достижением тропосферы температура Юпитера вновь начинает расти.
Верхние слои атмосферы представляют собой смесь из водорода (90 %) и гелия. В состав нижних, где происходит основное образование облаков, входят также метан, аммиак, гидросульфат аммония и вода. Спектральный анализ доказывает наличие следов этана, пропана и ацетилена, синильной кислоты и угарного газа, соединений фосфора и серы.
Облачные ярусы
Разнообразная окраска юпитерианских облаков свидетельствует о наличии в их составе сложных химических соединений. В облачной структуре хорошо просматриваются три яруса:
- Верхний - насыщен кристаллами оледеневшего аммиака.
- В среднем значительно увеличивается содержание гидросульфида аммония.
- В нижнем - водяного льда и, возможно, мельчайших капель воды.
Некоторые модели атмосферы, разработанные учеными и исследователями, не исключают наличия еще одного облачного яруса, состоящего из жидкого аммиака. Ультрафиолетовое излучение Солнца и мощный энергопотенциал Юпитера инициируют протекание многочисленных химических и физических процессов в атмосфере планеты.
Атмосферные явления
Границы зон и поясов на Юпитере характеризуются сильными ветрами (до 200 м/сек). От экватора к полюсам направления потоков периодически чередуются. Скорость ветра с увеличением широты снижается и на полюсах практически отсутствует. Масштабы атмосферных явлений на планете (штормы, грозовые разряды, полярные сияния) на порядок превосходят земные. Известное Большое Красное Пятно есть не что иное, как гигантский шторм, по площади превосходящий размер двух земных дисков. Пятно медленно дрейфует из стороны в сторону. За сто лет наблюдений его видимый размер уменьшился в два раза.
Еще миссией "Вояджер" было установлено, что центры вихревых образований атмосферы изобилуют вспышками молний, линейные размеры которых превышают тысячи километров.
Есть ли жизнь на Юпитере?
Вопрос у многих вызовет недоумение. Юпитер - планета, температура поверхности которой (как и существование самой поверхности) имеет неоднозначное толкование, - вряд ли может быть "колыбелью разума". А вот существование биологических организмов в атмосфере гиганта еще в 70-х годах прошлого века ученые не исключали. Дело в том, что в верхних слоях давление и температура весьма благоприятны для возникновения и протекания химических реакций с участием аммиака или углеводородов. Астроном К. Саган и астрофизик Э. Солпитер (США), руководствуясь физическими и химическими законами, сделали смелое предположение о формах жизни, существование которых не исключается в данных условиях:
- Синкеры - микроорганизмы, способные размножаться быстро и в огромных количествах, что позволяет популяции выжить в меняющихся условиях конвективных потоков.
- Флоатеры - гигантские особи, подобные воздушным шарам. Выпуская тяжелый гелий, дрейфуют в верхних слоях.
Так или иначе, ни "Галилео", ни "Юнона" ничего подобного не обнаружили.
