Юпитер (планета)

Юпитер - пятая по порядку от Солнца большая планета Солнечной системы. Это внешняя (верхняя) планета. Юпитер по размерам и массе - крупнейшая планета из обращающихся вокруг Солнца и принадлежит к группе планет-гигантов. Планета носит имя римского верховного бога.

Юпитера

атмосфера

Она состоит из водорода - 86%, гелия - 13,9% и малых составляющих: метана, аммиака, ацетилена, этана - 0,1%. Во внешней ее части, на уровне верхнего яруса облаков, господствуют сильнейшие ветры и вихри. Скорости перемещения газовых масс могут превышать 100-150 м/с. Здесь достоверно зарегистрирована мощная грозовая активность. Атмосфера не имеет резкой нижней границы, а постепенно переходит в газо-жидкий водородный слой (см. здесь - строение).

кольца

Три плоских концентрических кольца, вложенных друг в друга, располагаются в экваториальной плоскости планеты в диапазоне радиусов от 100 000 до 1 000 000 километров. Напомним, что радиус Юпитера - 71 500 километров. Они состоят из очень черных частиц с размерами от нескольких микрон до нескольких метров. Их альбедо менее 0,05. Концентрация этих фрагментов невелика и кольца слабо выражены. Толщина колец колеблется от 20 000 до нескольких десятков километров.

магнитное поле

Юпитер обладает значительно более сильным, чем Земля, магнитным полем (см. Поле физическое, электромагнитное). Ось основного магнитного поля планеты наклонена на 11⁰ к оси ее вращения. Основное - глобальное - магнитное поле, всего в три-четыре раза превышает интенсивность многочисленных локальных полей. Они обязаны своим существованием дипольным системам, возникающим в толще металлического водорода (см. здесь - строение), подобным тем, что существуют в солнечной плазме (см. Солнца, магнитное поле).

Магнитное поле планеты проявляет себя интенсивными полярными сияниями, которые регистрируются даже в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения.

облака

Облака в верхнем своем сплошном слое состоят из кристалликов замерзшего аммиака. Вполне вероятно, что ниже могут находиться облака из частичек водяного льда. Цветовые оттенки облакам предают соединения фосфора и серы, а их структуру формируют атмосферные потоки, ориентированные преимущественно в широтном направлении. Облака образуют параллельные экватору постоянно существующие, но неоднородные полосы с быстроизменяющейся структурой. Имеется большое количество вихрей. Некоторые из них существуют десятки и даже сотни лет. Например, антициклон, названный “Большим красным пятном”, наблюдается уже около 300 лет. Вполне вероятно, что источником энергии этих вихрей является мощная грозовая активность в атмосфере, существующая несколько ниже верхнего облачного слоя. Эта активность сопровождается высокоскоростными восходящими атмосферными потоками и, возможно, мощными водяными ливнями.

спутник Ганимед 

Ганимед - самый большой спутник планеты в Солнечной системе. Он больше Меркурия. Его поверхность покрыта корой льда толщиной не менее 75 километров, усыпанной сверху пылью и камнями. Процесс образования такого “загрязнения” наружной поверхности льда подобен тому, при котором поверхность земного снежного сугроба покрывается весной коркой грязи из-за “вытаивания” пыли, находившейся зимой во всей его толще. На поверхности Ганимеда хорошо заметны следы ударов метеороидов, которые представляют собой вскрытые участки чистого льда и выглядят как белые пятна с неровными краями.

Под действием солнечного ультрафиолетового излучения здесь происходит разложение водяного льда на кислород и водород. Водород не может быть удержан гравитационным полем (см. Поле физическое, гравитационное) Ганимеда и свободно улетучивается в космическое пространство. Кислород как более тяжелый газ преимущественно удерживается в поле тяготения этого достаточно массивного спутника и у него обнаружена слабая кислородная атмосфера.

Под ледяной корой расположен водный океан, а ниже находится силикатно-ледяная мантия. Ганимед обладает металлическим ядром, радиус которого может достигать 0,2 радиуса спутника. Оно порождает заметное магнитное поле (см. Поле физическое, электромагнитное), которое вызывает надежно зарегистрированные полярные сияния.

спутник Европа 

Европа покрыта слоем водяного льда. На его поверхности отсутствуют пыль и камни, а также хорошо сохранившиеся кратеры, как на Ганимеде (см. здесь – спутник Ганимед) и Каллисто (см. здесь – спутник Каллисто). Зато ледовый покров Европы имеет множество разломов - торосов. Все это свидетельствует о том, что под ним находится мощный слой жидкой воды. Эта вода обеспечивает непрерывную регенерацию после ударов метеороидов и одновременно торошение не очень мощного ледового слоя. Его толщина оценивается в несколько километров. Жидкая вода на Европе существует благодаря действию приливных сил Юпитера и Ио (см. здесь – спутник Ио), мощности которых здесь хватает, в отличие от Ио, не на вулканическую активность, а только на плавление льда. Под покрытым ледяной корой океаном расположена силикатная мантия, а в центре этого космического тела с большой вероятностью находится металло-силикатное ядро. Его масса не может превышать 3% от массы Европы. На поверхности Европы обнаружены серная кислота, двуокиси серы и углерода. Найдена также перекись водорода. Она является сильным окислителем и поэтому перекись водорода, вступая в химические реакции, очень быстро исчезает. Однако на Европе происходит ее постоянное восстанавление из-за мощного электромагнитного воздействия Юпитера. 

В связи с тем, что наличие жидкой воды является непременным условием протекания любых биологических процессов, а на Европе она обнаружена наверняка, делаются несколько поспешные заявления о большой вероятности существования на этом спутнике Юпитера жизни. На самом деле жидкая вода является необходимым, но далеко не достаточным условием существования биологических объектов.

спутник Ио

Спутник Ио обладает черно-красно-желтой пятнистой поверхностью, покрытой серой и ее соединениями, изверженными из его недр. Ио разогревается приливными силами Юпитера, Европы (см. здесь – спутник Европа) и Ганимеда (см. здесь – спутник Ганимед), а также, в некоторой степени, электромагнитными полями (см. Поле физическое, электромагнитное). В связи с тем, что поверхность спутника молода - покрыта слоем изверженного вещества толщиной от 3 до 30 километров, на ней мало метеоритных кратеров, но зато на ней обнаружены действующие вулканы. На поверхности Ио имеется несколько десятков вулканических кратеров, однако не более десятка из них активны. Вулканы и их окрестности отличаются высокой температурой - до 400 и даже 600 К, при средней температуре поверхности 130-140 К. Не исключено, что в некоторых из таких районов существуют озера расплавленной серы. Султаны действующих вулканов вздымаются на высоты 200-300 километров. 

В результате вулканической деятельности из недр Ио выделяется значительное количество газообразного вещества - серы и ее соединений, которое рассеивается в космическом пространстве, образуя за спутником шлейф вдоль орбиты. Вращаясь по орбите вокруг Юпитера, Ио постоянно находится в этом шлейфе и пополняет его новыми выбросами вещества. Таким образом, это космическое тело имеет атмосферу. Она растянута вдоль орбиты в виде “бублика”, а Ио движется внутри нее. Это газовое кольцо может служить и проводником для электрического тока, порожденного сильным магнитным полем (см. Поле физическое, электромагнитное) Юпитера, а этот ток, в свою очередь, протекая через сам спутник, способствует еще большему разогреву его недр и усилению вулканической активности. Подтверждением тому служит обнаруженная на Ио мощнейшая грозовая активность, составляющая не менее 1/5 от мощности гроз на Земле. 

Изверженное вещество рассеивается в пространстве не только вдоль орбиты. Оно обнаружено на расстоянии нескольких десятков миллионов километров и выше орбиты Ио.

Достоверные данные о внутреннем строении Ио отсутствуют. Вероятнее всего, под слоем изверженного вещества находится разогретая силикатная мантия, а в центре, вероятно, существует небольшое металлическое ядро.

спутник Каллисто 

Каллисто чуть меньше Ганимеда (см. здесь – спутник Ганимед) и обладает силикатно-ледяной корой с толщиной не менее 75 километров, сплошь усеянной многочисленными ударными кратерами. Среди них выделяются два очень древних образовавшихся от ударов гигантских метеороидов кратера. На их большой возраст указывает то, что они почти разрушены более поздними ударами других метеороидов. Кроме водяного льда на Каллисто обнаружены слабая атмосфера из углекислого газа и связанные с ней отложения замерзшей углекислоты на поверхности. 

Вероятно, под древней силикатно-ледяной корой находится водно-ледяная мантия. Металлического ядра у Каллисто, скорее всего, нет.

спутники

В декабре 2002 года было достоверно известно 17 спутников планеты Юпитер. Это Амальтея - Amalthea с размерами 262*146*134 км и большим белым пятном у южного полюса, Ио - Io (см. здесь – спутник Ио) с диаметром 3630 км, Европа - Europe (см. здесь – спутник Европа) с диаметром 3138 км, Ганимед - Ganymede (см. здесь – спутник Ганимед) с диаметром 5260 км, Каллисто - Callisto (см. здесь – спутник Каллисто) с диаметром 4800 км, затем, уже в ХХ веке: Леда - Leda с диаметром 16 км, Гималия - Himalia с диаметром 180 км, Лиситея - Lysithea с диаметром 40 км, Элара - Elara с диаметром 80 км, Ананке - Ananke с диаметром 30 км, Карме - Carme с диаметром 44 км, Пасифе - Pasiphae с диаметром 70 км и Синопе - Sinope с диаметром 40 км, Метида - Metis со средним размером 40 км, Адрастея - Adrastea с размерами 25*20*15 км, Теба (Феба) - Thebe с размерами 100*90 км и кратером диаметром 40 км и Каллирое – Callirrhoe с поперечником 10–15 км.

Наиболее изучены и интересны четыре из них: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, открытые еще Галилеем. Ио – самый близкий к Юпитеру из этих четырех спутников. Европа покрыта слоем льда, свободного сверху от пыли. Ганимед - самый большой спутник планеты в Солнечной системе. Каллисто который чуть меньше Ганимеда, занимает самую высокую орбиту среди этих спутников.

Четыре маленьких спутника: Метида, Адрастея, Амальтея и Теба (Феба) - вращаются ближе к Юпитеру, чем Ио. Три из них представляют собой каменные глыбы, а Амальтея, которая внешне выглядит состоящей из камня имеет плотность близкую к плотности льда. Это может говорить о том, что она имеет внутри себя пустоты.

Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе и Синопе находятся на более  высоких, чем у Каллисто орбитах.

После 2000 года с помощью наземных телескопов было открыто несколько десятков маленьких спутников. Диапазон их размеров – от 5 до 1 километра. Часть из них получили названия. Фемисто - Themisto, Иокасте - Iocaste, Гарпалике - Harpalyke, Праксидике - Praxidike, Чалдене - Chaldene, Калике - Kalyke, Тайгете – Taygete, Исоное - Isonoe, Эриноме - Erinome, Мегаклите - Megaclite.

Кроме того, это: *) Автоное - Autonoe, *) Фионе (Тионе) - Thyone, *)  Hermippe, *)  Aitne, *)  Eurydome (Eiridome), *)  Euanthe, *)  Euporie (Eiporija), *)  Orthosie, *) Sponde (Spande), *) Kale и *)  Pasithee.

Подавляющее большинство открытых в XXI веке спутников движутся по очень высоким орбитам и имеют период обращения вокруг Юпитера 600 – 700 земных суток.

Вероятно, те спутники, которые имеют орбиты выше орбиты Каллисто, являются астероидами, захваченными когда-то Юпитером.

Спутники Юпитера получили и получают названия по именам любовниц и потомков Зевса и Юпитера. Имена внешних спутников вращающихся в том, же направлении, что и Юпитер оканчиваются на букву “а” (названия спутников оканчиваются на букву “о” резервируются для специальных случаев). Имена спутников движущихся по орбитам вокруг Юпитера “попятно”, т.е. против вращение планеты оканчиваются на букву “е”. 

*) - отмеченное название спутника ко времени выхода второго издания книги не имело русскоязычного написания официально зарегистрированного Российской академией наук. Предлагаемое читателю русскоязычное написание найдено автором словаря в соответствующей русскоязычной литературе, либо написано по правилам транслитерации. В некоторых случаях автор не взял на себя смелость привести собственное русскоязычное написание названия спутника.

 строение 

Планета имеет многослойную структуру, однако ее конкретные параметры не вполне очевидны. Можно привести одну из ее возможных моделей. 

Атмосфера планеты простирается от верхнего уровня облачного слоя до глубины 1000 километров. На ее нижней границе давление составляет около 150 тысяч атмосфер, а температура 2000⁰ К. 

Ниже расположен слой водорода, пребывающего в газо-жидком состоянии. В этом слое с ростом глубины происходит постепенный переход состояния вещества от газообразного к жидкому. Физическое состояние такой системы не полностью описано наукой. Дело в том, что при температурах выше 33⁰ К и любых давлениях водород может существовать только в газообразном состоянии. Однако происходящая при существующих в недрах планеты давлениях и температурах потеря атомами электронов резко меняет свойства веществ. В лабораториях такие условия пока не достигнуты. Это можно представить себе как бурю, когда водородный ветер с плотностью, в сотни тысяч раз превосходящей плотность земной атмосферы, со скоростью 100 м/с несет капли водородного дождя. Заметим, что скорость ветра при урагане на Земле достигает только 35 м/с. Количество этих «капель», а может быть, и их размер, увеличивается с глубиной. Солнечное излучение уже не доходит до этого уровня, а собственное тепловое излучение газа и жидкости все увеличивается и достигает в самой нижней части газо-жидкого слоя яркости солнечной фотосферы (см. Солнца, фотосфера). На нижней границе этого слоя давление составляет около 700 тысяч атмосфер, а температура 6500⁰ К. 

Под ним находится океан из жидкого молекулярного водорода без каких-либо вкраплений его газообразной фазы. Он простирается до глубины, где давление составляет около 3 миллионов атмосфер, а температура 10000⁰ К. 

Ниже расположен слой распавшегося на атомы и ионизированного водорода. Эта электропроводящая смесь протонов и электронов называется металлическим водородом. Именно она является источником мощного магнитного поля (см. Поле физическое, электромагнитное) Юпитера. Это поле рождается в сложнейших динамических процессах, протекающих во всей толще этого слоя вплоть до его нижней границы, где давление оценивается в 30-40 миллионов атмосфер, а температура в 30000⁰ К. 

В центральной области Юпитера находится расплавленное металло-силикатное ядро. Возможно, оно окружено слоем осевшего в более легкой водородной среде гелия. Величина его массы оценивается от 5 до 15 земных масс.

В самом центре планеты давление составляет 50-70 миллионов атмосфер, а температура 25-30 тысяч градусов.

Исходящий от планеты поток электромагнитного излучения составляет 1,9 от приходящего от Солнца потока, то есть Юпитер обладает внутренними источниками энергии. Ими могут быть: гравитационная дифференциация - более тяжелые гелий и другие химические элементы опускаются вниз в легком водороде и высвобождают свою потенциальную энергию; процесс общего сжатия планеты, начавшийся при ее формировании; фазовые переходы вещества, сопутствующие дифференциации и сжатию, например, переход водорода в его металлическое состояние; радиоактивный распад. Начало же термоядерных реакций (см. Ядерные реакции) в недрах планеты было бы возможно, только если бы ее масса была в сто раз большей. 

условия видимости на небе  

Юпитер относится к семи перемещающимся по небу небесным светилам, видимым невооруженным глазом (см. Приемник излучения, глаз). См. также Планеты. Визуальная звездная величина этой планеты на небе варьируется со временем от минус 2,2 до минус 1,9. Размер ее диска изменяется от 49,8 до 30,5 угловых секунд. Юпитер перемещается по небу примерно на 30 градусов за год. 

В небольшой телескоп или даже в бинокль на его хорошо видимом диске наблюдаются темные и светлые полосы (см. здесь - облака). Также прекрасно видны четыре спутника Юпитера: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто (см. здесь - спутники), но как точечные источники. 

физические параметры

Масса: 318 масс Земли, диаметр: 11,2 диаметров Земли, плотность: 1,31 г/см³, скорость убегания (см. Космическая скорость вторая): 59,6 км/с, температура верхних облаков: около минус 160⁰ С, период вращения вокруг оси: 9,92 часа, направление суточного (см. Сутки) вращение по отношению к орбитальному - прямое, расстояние от Солнца: 5,203 астрономических единиц, количество приходящей солнечной энергии составляет 0,037 от падающей на Землю, период обращения вокруг Солнца: 11,86 земных лет.