Состав Юпитера

Первым кораблем, летавшим к Юпитеру в 1973 году, был Pioneer 10, а позже это были Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 и Ulysses.

Газовые планеты, к которым относится Юпитер, не имеют твердой поверхности, их газообразный материал просто становится более плотным с глубиной (радиусы и диаметры для таких планет определяются по уровням, соответствующим давлению в 1 атмосферу). Так что когда мы смотрим на такую планету, мы видим верхние слои облаков.

Юпитер состоит приблизительно на 90% из водорода и на 10% из гелия (по числу атомов и в соотношении 75/25 % по массе) со следами метана, воды, аммиака. Этот состав очень близок к составу исконной Солнечной Туманности, из которой сформировалась вся Солнечная система. Подобный состав и у Сатурна, а в состав Урана и Нептуна входит намного меньше водорода и гелия.

Наши знания относительно внутреннего строения Юпитера (и других газовых планет) носят косвенный характер и, вероятно, еще долго останутся таковыми. Атмосферный зонд Галилео передал данные о составе атмосферы всего на глубине 150 км. ниже верхних слоев облаков. Юпитер, возможно, имеет ядро из твердого материала, масса которого составляет примерно от 10 до 15 масс Земли.

Выше ядра находится основной объем планеты в форме жидкого металлического водорода. Эта экзотическая форма возможна только при давлениях, превышающих 4 миллиона бар. Жидкий металлический водород состоит из ионизированных протонов и электронов (как внутри Солнца, но при более низкой температуре). При такой температуре и давлении, как у Юпитера, водород внутри него - жидкость, а не газ. Он является электрическим проводником и источником магнитного поля Юпитера. Этот водородный слой, возможно, также содержит некоторое количество гелия.

Наиболее удаленный от ядра слой состоит прежде всего из обычного молекулярного водорода и гелия, которые находятся в жидком состоянии внутри и постепенно переходят в газообразное снаружи. Атмосфера, которую мы видим - только самая верхняя часть этого глубокого уровня. Также присутствуют, но в крошечных количествах, вода, двуокись углерода, метан и другие простые молекулы.

Как полагают, существует три отчетливо выделяемых слоя облаков: из замороженного аммиака, гидросульфида аммония и смеси льда и воды.

Данные атмосферного зонда Galileo также показывают значительно меньшее количество воды, чем ожидали.

На Юпитере и других газовых планетах существуют полосы, ограниченные по широте, внутри которых дуют ветры с очень высокими скоростями, причем их направления противоположны в смежных полосах. Небольшой разницы в химическом составе и температуре между этими областями достаточно для того, чтобы они выглядели как цветные полосы, которые мы видим на изображениях этих планет. Светлые полосы называются зонами, темные - поясами. Полосы были известны некоторое время на Юпитере, но вихри на границе между полосами были впервые замечены благодаря наблюдениям на Voyager. Согласно данным зонда Galileo обнаружено, что скорость ветра оказалась гораздо выше ожидаемой (больше чем 400 миль в час), и эти потоки простираются на всю глубину атмосферы, на которую был способен опуститься зонд; они могут проникать на тысячи километров внутрь планеты. Оказалось, что атмосфера Юпитера высоко турбулентна.

Яркие цвета, видимые в облаках Юпитера, являются результатом протекания различных химических реакций элементов, присутствующих в атмосфере, возможно, включая серу, наличие которой может давать широкий спектр цветов, но подробности пока не известны.

Цвета соотносятся с высотой облаков: синие - самые низкие, сопровождаемые коричневым и белыми, самые высокие - красные. Иногда мы можем наблюдать нижние уровни через разрывы в верхних слоях облаков.

Большое Красное Пятно было замечено земными наблюдателями более чем 300 лет назад (открытие обычно приписывается Кассини, или Роберту Хуку, в 17 столетии). Оно имеет размеры 12 000 на 25 000 км - достаточно для того, чтобы вместить две такие планеты, как Земля. Другие меньшие подобные пятна наблюдались в течение десятилетий. Инфракрасные наблюдения и направление его вращения указывают, что это пятно - область высокого давления, над которой верхние слои облаков располагаются значительно выше и они более холодные, чем над окружающими областями. Подобные структуры были замечены на Сатурне и Нептуне. Не известно, как такие структуры могут сохраняться для так долго.

Юпитер излучает в космос большее количество энергии, чем получает от Солнца. Внутри Юпитера - горячее ядро, температура которого составляет приблизительно 20 000 K. Теплота генерируется механизмом Кельвина - Гельмгольца, за счет медленного гравитационного сжатия планеты. Юпитер не производит энергию ядерным синтезом, как Солнце; он слишком мал, и его внутренняя температура слишком холодна для того, чтобы запустить ядерные реакции. Эта внутренняя теплота, возможно, вызывает конвекцию глубоко в жидких слоях Юпитера, вследствии чего мы наблюдаем сложные движения в верхних слоях облаков. Сатурн и Нептун подобны Юпитеру в этом отношении, но Уран, как ни странно, нет.

Юпитер имеет огромное магнитное поле, намного более сильное, чем у Земли. Магнитосфера тянется больше чем на 650 миллионов км - за орбиту Сатурна! Обратите внимание, что магнитосфера Юпитера далека от сферической - она тянется на несколько миллионов километров в направлении к Солнцу. Спутники Юпитера, следовательно, находятся в пределах его магнитосферы, что может частично объяснять активность на Ио. К сожалению для будущих космических путешественников и проектировщиков космических кораблей Voyager и Galileo, окружающая среда вокруг Юпитера содержит высокие уровни энергетических частиц, захваченных магнитным полем Юпитера. Эта радиация подобна найденной в пределах Радиационных поясов Ван Аллена Земли, но намного более интенсивна, она гибельна для незащищенного человека.

У Юпитера есть кольца, подобно Сатурну, но намного более слабые.

В отличие от Сатурна, кольца Юпитера - темные (альбедо приблизительно 0.05). Они состоят из очень мелких частиц горных пород. Также в отличие от колец Сатурна они не содержат льда.

В июле 1994 года комета Шумахера-Леви столкнулась с Юпитером. Последствия были ясно видны даже в любительские телескопы. Обломки, оставшиеся от столкновения, можно было наблюдать еще почти целый год.

Юпитер часто является самой яркой "звездой" нашего неба, уступая по яркости только Венере, которая редко видна в темном небе. Четыре его спутника легко можно увидеть в бинокль; несколько полос и Большое Красное Пятно можно наблюдать с помощью небольшого телескопа.

Вращение Юпитера постепенно замедляется из-за приливного торможения, производимого на него его большими спутниками. Те же самые приливные силы изменяют орбиты лун, вынуждая их очень медленно отдаляться от Юпитера.