Юпитер — пятая и самаябольшая планета Солнечной системы.
Юпитер, пятая и самаябольшая планета Солнечной системы, более чем в два раза тяжелее, чем все другиепланеты вместе взятые и почти в 318 раз тяжелее Земли. Обладая«солнечным» химическим составом, самая крупная планета Солнечнойсистемы имеет массу в 70 — 80 раз меньше той, при которой небесное тело можетстать звездой. Тем не менее, в недрах Юпитера происходят процессы с достаточномощной энергетикой: тепловое излучение планеты, эквивалентное 4х1017Вт, примерно в два раза превышает энергию, получаемую этой планетой от Солнца.
Атмосфера Юпитераводородно-гелиевая (по объему соотношения этих газов составляют 89% водорода и11% гелия). Вся видимая поверхность Юпитера — это плотные облака, расположенныена высоте около 1000 км над «поверхностью», где газообразноесостояние меняется на жидкое и образующие многочисленные слои желто-коричневых,красных и голубоватых оттенков. Инфракрасный радиометр показал, что температуравнешнего облачного покрова составляет -133° С. Конвективные потоки, выносящиевнутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и темныхпоясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующеевосходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высокомуровне (примерно 20 км.), а их светлая окраска объясняется повышеннойконцентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже темные облакапоясов состоят в основном из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммонияи имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют областинисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлениивращения Юпитера. Период обращения колеблется от 9 час.49 мин на широте 23градуса до 9 час.56 мин. на широте 18 градусов с.ш. Это приводит ксуществованию устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующихпараллельные экватору в одном направлении. Скорости в этой глобальной системедостигают от 50 до 150 м/с На границах поясов и зон наблюдается сильнаятурбулентность, которая приводят к образованию многочисленных вихревыхструктур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно,наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет.
Большое Красное Пятно — это овальное образование, изменяющихся размеров, расположенное в южнойтропической зоне. В настоящее время оно имеет размеры 15х30 тыс. км, а сто летназад наблюдатели отмечали в 2 раза большие размеры. Иногда оно бывает не оченьчетко видимым. Большое Красное Пятно — это долгоживущий свободный вихрь(антициклон) в атмосфере Юпитера, совершающий полный оборот за 6 земных суток ихарактеризующийся, как и светлые зоны, восходящими течениями в атмосфере.Облака в нём расположены выше, а температура их ниже, чем в соседних областяхпоясов.
Космический аппарат«Вояджер 1» в марте 1979 г впервые сфотографировал систему слабыхколец, шириной около 1000 км и толщиной не более 30 км, обращающихся вокругЮпитера на расстоянии 57000 км от облачного покрова планеты. В отличие от колецСатурна, кольца Юпитера темны (альбедо(отражательная способность) — 0,05). и,вероятно, состоят из очень небольших твердых частиц метеорной природы. Частицыколец Юпитера, скорее всего, не остаются в них долго (из-за препятствий,создаваемых атмосферой и магнитным полем). Следовательно, раз кольца постоянны,то они должны непрерывно пополняться. Небольшие спутник Метис и Адрастея, чьиорбиты лежат в пределах колец, — очевидные источники таких пополнений. С Земликольца Юпитера могут быть замечены при наблюдении только в ИК-диапазоне.
Юпитер имеет огромноемагнитное поле, состоящее из двух компонетных полей: дипольного (какполе Земли), которое простирается до 1,5 млн. км. от Юпитера, и недипольного,занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность магнитного поля уповерхности планеты 10-15 эрстед, т.е. в 20 раз больше, чем на Земле.Магнитосфера Юпитера простирается на 650 млн. км (за орбиту Сатурна!). Но внаправлении Солнца оно почти в 40 раз меньше. Даже на таком расстоянии от себяСолнце показывает, кто в доме хозяин. Магнитное поле захватывает заряженныечастицы, летящие от Солнца (этот поток называют солнечным ветром), образуя нарасстоянии 177000 км от планеты радиационный пояс, приблизительно в 10 размощнее земного, расположенный между кольцом Юпитера и самыми верхнимиатмосферными слоями.
Магнитометрическиеизмерения показали существенные возмущения магнитного поля Юпитера вблизиЕвропы и Каллисто, которое не может быть объяснено существованием у этих спутниковвнутреннего ядра из ферромагнитного вещества, поскольку в таком случаемагнитное поле, спадая обратно пропорционально кубу расстояния, было бы ввосемь раз меньше наблюдаемого. Одно из возможных объяснений — возбуждение воболочках планет вихревых электрических токов, магнитное поле которых искажаетполе планеты-гиганта. Эти токи могут распространяться в проводящей жидкости,например в воде океана, с соленостью (37.5‰), близкой к солености океановЗемли, лежащего под поверхностью небесного тела; его существование на Европеуже почти доказано. Уже в слое воды толщиной немногим более 10 км создавалисьбы вихревые токи, обеспечивающие наблюдаемые вариации.
Магнитосфера Юпитераудерживает окружающую плазму в узком слое, полутолщина которого около двухрадиусов планеты вблизи экватора эквивалентного магнитного диполя. Плазмавращается вместе с Юпитером, периодически накрывая его спутники. В системахотсчета, связанных со спутниками, магнитное поле пульсирует с амплитудами 220нТл (Европа) и 40 нТл (Каллисто), наводя вихревые токи в проводящих слояхспутников. Эти токи генерируют вихревые магнитные поля также дипольнойконфигурации, которые накладываются на собственные поля этих спутников. Периодыизменения магнитных полей составляют 11.1 и 10.1 ч для Европы и Каллистосоответственно.
Если наличие океана наЕвропе можно считать достаточно правдоподобным, то для Каллисто более вероятнообратное. Хотя мощность аккреционных и радиогенных источников тепла на спутникеблизка к требуемой для возникновения жидкой фазы, гравитационные измерения сборта “Галилео” показали, что этот спутник состоит только из металлическойоболочки и льда.
Существование воды вовнешнем слое Каллисто возможно, однако для стабилизации жидкой фазы необходимоналичие либо приливов, которые, по данным “Галилео”, отсутствуют, либорастворенной в воде соли. Более вероятно существование внутреннего водногоокеана у Ганимеда, имеющего дифференцированную структуру. Однако его сильноевнутреннее магнитное поле маскирует все наведенные поля.
Крометеплового и радиоизлучения на волне 3 см, соответствующего температуре 145К,Юпитер является источником радиовсплесков (резких усилений мощности излучения)на волнах длиной от 4 до 85 м., продолжительностью от долей секунды до минут идаже часов. Однако длительное возмущения- это не отдельные всплески, а сериивсплесков- своеобразные шумовые бури или грозы. Согласно современным гипотезам,эти всплески объясняются плазменными колебаниями в ионосфере планеты.
Космические аппараты ужемного раз передавали информацию о том, что верхние слои атмосферы Юпитераиспускают рентгеновские лучи. Однако точно установить местоположение ихисточника удалось лишь благодаря околоземным телескопам. Исследовав гигантскуюпланету с помощью оборудования космической обсерватории Чандра, ученыеустановили, что излучение возникает на полюсах Юпитера, причем наиболееинтенсивно оно в районе северного полюса. Х-лучи выбрасываются из верхней частиатмосферы планеты раз в 45 минут — то есть примерно с такой же периодичностью,как и юпитерианские радиоволны, ранее зафиксированные аппаратом Galileo. Раньшев районе этих пятен наблюдалось также яркое инфракрасное и ультрафиолетовоеизлучение. Была выдвинута теория о том, что рентгеновские лучи испускают ионыкислорода и серы, которые вылетают со спутника Юпитера Ио и возбуждаются пристолкновении с атомами водорода и гелия в атмосфере Юпитера.
Сейчас в верхних слояхатмосферы Юпитера над приполярными областями, обнаружены пульсирующие горячиепятна Телескоп Chandra точно определил положение пятен и выяснилось, чтовышеупомянутая теория не работает, так как ионы, вылетев из Ио, не могутдостичь высоких широт Юпитера, а именно там и наблюдается рентгеновскоеизлучение. Согласно расчетам, получается, что источник этих ионов находится нарасстоянии как минимум 30 радиусов Юпитера, но там, как показывают измерения,проведенные аппаратурой зонда Cassini, нет достаточного количества ионовкислорода и серы. Возможно, магнитное поле Юпитера захватывает ионы изсолнечного ветра, ускоряет их и направляет к магнитному полюсу. Причем эти ионымогут двигаться в магнитном поле Юпитера от одного полюса к другому, и этиммогут объясняться пульсации рентгеновских пятен.
Внутреннее строениеЮпитера можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей понаправлению к центру планеты. На дне уплотняющейся вглубь атмосферы толщиной1500 км находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне0,88 радиуса планеты, где давление составляет 0,69 Мбар, а температура — 6200°С, водород переходит в жидкомолекулярное состояние и еще через 8000 км в жидкоеметаллическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входитнебольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25000 км — металлосиликатное, включающее воду, аммиак и метан, окружено гелием.Температура в центре составляет 23000 градусов, а давление 50 Мбар.
Вокруг Юпитера, по даннымна май 2002-го года обращаются 39 спутников, обращённых к нему, из-за действияприливных сил всегда одной стороной. Их можно разделить на две группывнутреннюю, включающие по 8 спутников, и внешнюю. Спутники внутренней группыобращаются почти по круговым орбитам, практически совпадающим с плоскостьюэкватора планеты. Четыре самых близких к планете спутника Адрастея, Метида,Амальтея и Теба диаметром от 40 до 270 км находятся в пределах 1-3 радиусовЮпитера и резко отличаются по размерам от следующих за ними 4 спутников,расположенных на расстоянии от 6 до 26 радиусов Юпитера и имеющих размеры,близкие к Луне. Они были открыты в самом начале семнадцатого века почтиодновременно Симоном Марием и Галилеем, но принято их называть галилеевымиспутниками Юпитера, хотя первые таблицы движения этих спутников Ио, Европы,Ганимеда и Каллисто составил Марий.
Внешняя группа состоит измаленьких диаметром от 10 до 180 км спутников, движущихся по вытянутым и сильнонаклоненным к экватору Юпитера орбитам, причем четыре более близких к Юпитеруспутника Леда, Гималия, Лиситея, Элара движутся по своим орбитам в ту жесторону, что и Юпитер, а четыре самых внешних спутника Ананке, Карме, Пасифе иСинопе движутся в обратном направлении.
Ещё по 11 спутников былооткрыто группой астрономов из Астрономического института Гавайскогоуниверситета в конце 2000-го ( диаметром 4-12 км — S/2000 J1 до S/2000 J11) и2001-го годов ( диаметром от 2 до 4 км. S/2001 J1 до S/2001 J11). Оценкиразмеров получены в предположении, что их альбедо (отражательная способностьповерхности) составляет 4%. Блеск спутников составляет от 22 до 23m.Всеони обращаются по заметно вытянутым эллиптическим орбитам с эксцентриситетом от0,16 до 0,48, Направление орбитального движения всех новых спутников обратное(то есть они обращаются в направлении, противоположном движению планет вокругСолнца и крупных спутников вокруг Юпитера). Орбиты сильно наклонены к плоскостиэклиптики — от 15 до 38 градусов. Периоды обращения составляют от 534 до 753суток, большие полуоси орбит — от 19 до 24 млн км.
Считается, что спутники собратным направлением движения не могли образоваться в ходе конденсации планет,и, по всей видимости, были захвачены Юпитером на ранних этапах его эволюции.Однако Юпитеру, как и другим планетам довольно сложно захватить астероид,пролетающий мимо по гелиоцентрической орбите. Для этого необходимо, чтобы вовремя сближения астероид каким-то образом потерял часть своей энергии. Какимобразом астероид может потерять часть энергии на сегодня не ясно. В настоящеевремя таких механизмов просто не существует.
Авторы открытия допускаютвозможность, что на ранних стадиях эволюции молодой Юпитер обладал огромнойатмосферой, которая простиралась далеко за пределы нынешнего облачного слоя.Трение при движении сквозь такую атмосферу могло бы стать причиной захватаастероидов. Однако для того, чтобы захваченные астероиды, продолжая терятьскорость, не упали на планету протяженная атмосфера должна существовать лишь втечение довольно короткого времени. Хотя подобное объяснение выглядит неслишком убедительно, другого пока нет.