Путешествие по нашей вселенной: ЮПИТЕР

Диаметр: 142 800 км;

Площадь пов-ти: 62 200 000 000 км²;

Объем: 1,43×10¹⁵ км³ ;
Масса: 1,9×10²⁷ кг ;
Плотность: 1326 кг/ м³;
Период вращения: 9 ч. 55 мин. 29 с.;
Период обращения: 11,86 лет;
Расстояние от Солнца: 778,57 млн. км;
Мин. расстояние от Земли: 588 млн. км;
Орбитальная скорость: 13,07 км/ с;
Экваториальная скорость: 12,6 км/ с;
Длина по экватору: 448 400 км;
Наклон орбиты: 1,3°;
Ускор. свободного падения: 24,8 м/с²;
Спутники: 67 спутников (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто и др);

Самая большая планета в Солнечной системе была названа в честь римского бога Юпитера-супруга богини рождения и материнства Юноны. В древнеримской мифологии Юпитер являлся богом неба, дневного света, дождя и грозы. Для римлян это было высшее божество, отец всех богов, как у греков - Зевс. Изучение Юпитера как планеты началось еще со времен до н.э. Так например в месопотамской культуре планета называлась Мулу-баббар, что в переводе с древнеязычества означает “белая звезда”. Вавилоняне впервые пытались объяснить теорию видимого движения Юпитера и связали планету с богом Мардуком. Настоящая революция в плане освоения и изучения планеты произошла в первой половине ХVII столетия. Юпитер стал первой планетой, у которой были открыты спутники. В 1610 году Галилей наблюдал в телескоп и заметил рядом с Юпитером четыре звездочки, невидимые простым глазом. В последующие дни он стал замечать движение маленьких точек по диску планеты. Они, то появлялись, то снова исчезали. Понаблюдав за Юпитером несколько ночей и заметив одинаковые закономерности движения этих "звезд" ученый пришел к выводу, что наблюдает за спутниками огромного Гиганта, вращающиеся вокруг него, как центрального светила.

Юпитер является крупнейшей планетой в Солнечной системе. Она относится к планетам-гигантам, или же к так называемым планетам юпитерской группы. Его орбита находится на пятом месте по мере отдаления от Солнца на среднем расстоянии в 778,6 млн. км от звезды. Планета настолько огромная, что может вместить в себя 1300 объемов Земли. Однако ее плотность намного уступает земной и составляет 1330 кг/м³, что почти соответствует плотности воды (1000 кг/м³). В галилейскую эпоху предполагалось, что Гигант-Юпитер, вместе со своими спутниками, образует небольшую Юпитерскую систему и возможно является второй звездой в нашей системе. Однако позже было доказано, что хотя химический состав планеты во многом совпадает с солнечным (Юпитер почти целиком состоит из водорода) все же масса планеты недостаточная, для зажигания на ней термоядерных реакций.

Юпитер по многим параметрам и характеристикам опережает остальные планеты. К примеру скорость вращения планеты вокруг собственной оси такова что продолжительность суток на Юпитере самые короткие по сравнению с другими планетами. Период вращения у экватора — 9 ч. 50 мин. 30 сек., а на средних широтах — 9 ч. 55 мин. 29 сек. Эта разность во времени говорит о том, что экваториальный радиус Юпитера отличается от полярного. Из-за быстрого вращения планеты и возникающего за счет этого действия центробежных сил, планета заметно расплющилась и ее полярный радиус стал на 4400 км меньше экваториального, равного 71 400 км. Близко приблизившись к Гиганту, человек будет испытывать действия магнитного поля, которое в 12 раз сильнее земного.

Процентное соотношении массы Юпитера в сравнении с массой других планет.

Вес Гиганта в 2,74 раза превосходит суммарной массы всех планет Солнечной системы.

Его масса в 318 раз больше чем Земная и где-то в 1000 раз меньше Солнечной массы

Сквозь Атмосферу, в поисках поверхности

Если вы вдруг решите отправиться на Юпитер с целью мягкой посадки на его поверхность и прогуляться по равнинам, изучить рельеф, спустится в самую глубокую впадину, а также взобраться на высочайшую точку юпитерского шара, боюсь ваше путешествии закончится полной неудачей. И даже дело не в том, что ваш аппарат не сможет выдержать чудовищного давления в атмосферных слоях, которое с каждой секундой спуска будет увеличиваться, или же внешняя обшивка корабля разрушится под действием агрессивных химических сред окружающего пространства. Даже если ваше погружение будет происходить внутри какой нибудь сверхновой и суперпрочной космической станции, которая адаптирована к любым условиям и которой не страшны ни какие явления, все равно добраться до поверхности вам так и не удастся. Возможно пройдя через всю газовую атмосферу, погрузившись на самое дно юпитерского океана, которое целиком состоит из жидкого водорода, вы наконец то доберетесь до более менее плотного основания, где водород при очень высоком давлении (около 400 ГПа или 4 млн. земных атмосфер) переходит в твердую металлическую фазу. В таком случае ваше погружение вглубь планеты может затянуться на расстояние, сравнимое с половиной длины всего Земного шара по экватору. Т.е около 20 000 км - именно такая толщина газо-жидкостной атмосферы Юпитера.

За условную "поверхность" Юпитера принят слой атмосферы, расположенный на

глубине 1000 км от самых внешних ее слов. На такой "поверхности" давление

воздуха равно 1 атм, а ниже ее в результате прироста давления водород
постепенно переходит в жидкость, образовывая Юпитерские моря

Юпитер в сравнении с нашей планетой

В слоях атмосферы Юпитера можно наблюдать разнообразные активные явления, такие как воздушные вихри циклоны, бури и молнии. Темные полосы, наблюдаемые в телескопе на сфере планеты, подтверждают наличие различных атмосферных течений разного направления (одни отстают от вращения планеты, другие его опережают). Это похоже на гигантские ветра, скорость которых может достигать до 100 м/с. Особенно впечатляет Большое Красное Пятно - колоссальный атмосферный вихрь эллиптической формы размером около 15х30 тысяч километров. Сильные бури на Юпитере - довольно частое явление. Они возникают за счет испарения и конденсации водяного пара, что приводит также к образованию довольно плотных облаков. Раз имеются облака, то вполне вероятно и наличие разрядов молний, которые во много раз мощнее и сильнее, чем на Земле. Однако молний на Юпитере гораздо меньше чем на нашей планете, поэтому средний уровень грозовой активности близок к земному.

По химическому составу вся планета Юпитера на 89 % состоит из водорода. По мере отдаления от внешних краев атмосферы до самого центра планеты - ядра, под действием постоянного прироста давления, водород подвергается изменением своего агрегатного состояния. Для правильного понимания рассмотрим условия для переходов в разные агрегатные фазы обычную молекулу воды. Известно, что при нормальных условиях (P=760 мм. рт. ст, t=0°C ) молекулы воды начинают переходить в твердое (лед) или жидкое (вода) состояние. А при том же давлении и температуре 100 °C происходит процесс испарения (кипения) жидкости, т.е превращение в газообразное состояние в виде водяного пара. Отсюда вывод, что изменение агрегатного состояния зависит от двух параметров - давления и температуры. Таким образом водород подвергается аналогичным фазовым изменениям. Кроме водорода атмосфера Юпитера содержит около 11 % гелия и немало простых соединений, такие как вода, метан (CH₄), сероводород (H₂S), аммиак (NH₃) и фосфин (PH₃).

Строение планеты-Гиганта

Внутренне строение планет-гигантов отличается от строения планет земной группы. Главным отличием является довольно большая разница плотностей (плотность Юпитера в 4,15 раз меньше средней плотности Земли), а также отсутствием до воли знакомой внутренней структуры, как у Землеподобных планет (твердая кора, верхняя и нижняя мантия). Как и все планеты гиганты, Юпитер имеет совсем иное строение. Общую модель внутреннего строения планеты можно представить в пяти составляющих.

1) Газовая атмосфера, которая имеет толщину около 1000 км и состоит из водорода (90 %) и гелия (10%). В самых нижних ее слоях появляются примеси аммиака, гидросульфата аммония и воды. В связи с присутствием небольшого количества воды могут образовываться облака, которые, в отличие от Земных очень густые и непрозрачные. Давление в самых нижних слоях облаков соответствует давлению на поверхности нашей планеты и составляет 1 атм, а температура еще довольно низкая и колеблется от −100 °C до − 130 °C. Именно эта часть атмосферы Юпитера на 1000 километровой отметке условно принимается в качестве поверхности планеты, дальнейшее погружение сопровождается увеличением давления выше 1 земной атмосферы.

2) Переходной слой, в котором за счет роста давления, происходит постепенное сжатие водорода и перехода его в жидкое состояние. При погружении еще на 146 км от условной "поверхности" давление поднимается до 2,23 МПа (22 атм), а воздух прогревается до положительной отметки 150 °C. Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. Это может выглядеть примерно как непрерывное кипение глобального водородного океана. Поэтому примерно принимают, что на глубине 10 тыс км от начала юпитерской атмосферы давление достаточное для образования жидкого водорода, так называемого океана Юпитера.

3) Водородный океан. Вся поверхность Юпитера под атмосферой - это огромный океан сжиженного молекулярного водорода. Температура на его поверхности достигает 6000 °C. Поверхность океано-водородной пучины не имеет четких границ. При больших давлениях на ней образуется газожидкая водородная смесь. Если замерить давление на дне океана Юпитера, глубиной 10 000 км, то "фантастические" приборы покажут ошеломляющие значения. Давление будет в 2 миллиона раз превышать атмосферного давления Земли и составлять 200 ГПа. Сейчас мы находимся на границе жидкого и твердого (металлического) водорода.

4) Слой металлического водорода. Его протяженность составляет более 40 тыс километров. Это самый толстый слой планеты. Давление настолько огромное, что электроны атомов водорода теряют связь с протонами и свободно перемещаются внутри окружающего вещества. В результате этого водород переходит в более плотное состояние и по виду напоминает белую снегоподобную массу. Молекулы металлического водорода распадаются на атомы, электроны отщепляются, и жидкость становится электропроводящей. Именно в этих слоях планеты генерируется мощное магнитное поле Юпитера. Температура колеблется в диапазоне 6000 - 21 000 °C, а среднее давление составляет 20 млн. атмосфер, а ближе к ядру может подниматься до 40 млн. атмосфер.

5) Ядро. В центре Юпитера находится твердое ядро, состоящее из камней и металлов. Оно имеет радиус 10 400 км, а его масса составляет 4 % от общей массы Юпитера или 15 масс Земли. Ближе к центру планеты температура поднимается до 30 тыс. градусов, а давление до 100 млн. земных атмосфер. Ядро образовалось во время формирования Гиганта, в результате слипания частиц, состоящих из тяжелых химических элементов.

Модель внутреннего строения Юпитера:
1) газовая атмосфера низкого давления - 1000 км;
2) переходной слой вместе с водородным океаном - 20 000 км;
3) металлический водород - 40 400 км;
4) твердое ядро - 10 000 км

Кольцо Юпитера

В 1979 году, с помощью космических аппаратов серии "Вояджер" были открыты мелкие каменные частицы, вращающиеся вокруг планеты-Гиганта с большой скоростью, образуя так называемое Кольцо Юпитера. Оно расположено у экваториальной части планеты на расстоянии 55 000 километров от внешних слоев атмосферы. Кольцо состоит из мелких каменных пород, пыли и кусочков льда, вращающиеся за счет гравитации Юпитера. Кольцо имеет толщину около 30 км и по общей структуре является очень разряженным - оно отражает лишь несколько тысячных долей процента падающего света. Поэтому наблюдать Кольцо Юпитера с Земли практически невозможно.

Мелкие частицы с невероятной скоростью вращаются вокруг Юпитера, образуя

гигантское Кольцо. Толщина и плотность его настолько низкая, что наблюдать Кольцо

с земной поверхности без специальных оптических приспособлений очень трудно

Современные исследования планеты

Изучение Газового Гиганта с помощью космических аппаратов началось еще с 1972 года, когда был запущен американский аппарат "Пионер-10", а уже в марте 1973 года он прошел в 130 тыс км от планеты и передал около 300 качественных снимков верхних слоев атмосферы, а также изображение Большого Красного Пятна. Аппаратом "Пионер-11", запущенного в 1974 году, были качественно измерены основные параметры магнитного поля и магнитосферы Юпитера. В конце 70-х годов исследование планеты поручается космическим станциям серии "Вояджер", которыми впервые были обнаружены и открыты Кольца Юпитера, а также переданы снимки галилейских спутников, которые позволили ученым подробно изучить их структуру и строение.
Немаловажной стоит отметить 7-ми летнюю миссию аппарата "Галилео", который добрался до орбиты Юпитера в 1995 году и закончил свою жизнь в 2003 году, разрушившись в слоях атмосферы планеты. В декабре 1995 "Галилео" начал выполнять обширную программу по детальному изучению планеты и ее спутников. Зонд передал данные о мощном радиационном поясе Юпитера, который простирается на 50 000 км от Гиганта. На протяжении семи лет аппарат являлся искусственным спутником планеты, совершил 34 оборота по орбите, вместо запланированных 11. Последней, заключающей миссией "Галилео" был спуск станции в атмосферу Юпитера, с целью детального ее изучения. В течении 2-ух часов он под действием силы притяжения (в 2,53 раза больше Земного притяжения) спускался сквозь плотные слои газовой оболочки Юпитера. С его борта наблюдались большие облака, где скорость ветра достигала 640 м/с. В конечном итоге аппарат не выдержал высокого давления и космическая корпорация НАСА прекратила получать сигналы с "Галилео".

Последним аппаратом, отправленным к Юпитеру, стала автоматическая межпланетная станция Юнона, запущенная с Земли 5 августа 2011 года и которая в настоящее время движется прямиком к водородному Гиганту. Выход на орбиту Юпитера ориентировочно запланирован на июль 2016 года. Целью Юноны является выход аппарата на полярную орбиту газового гиганта, изучение магнитного поля планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра. Кроме того, аппарат должен заняться исследованием атмосферы планеты — определением содержания в ней воды и аммиака, а также построением карты ветров.