Что на поверхности юпитера
Какая поверхность у Юпитера
Крупнейший объект Солнечной системы имеет шарообразную форму. Таким его делает гравитационное поле, которое удерживает материю, сжимая до предельного состояния. Из-за того, что внешние слои с чудовищной силой давят на центр, температура внутри сферы возрастает. Предположим, что некий шаттл все же вознамерился сесть на поверхность Юпитера и вошел в атмосферу. Что его ждет? Неприятный сюрприз: сначала – молекулярный гелий и водород, затем – скопления ледяных кристаллов аммиака, а за ними – водяные капли.
Модель внутренней структуры Юпитера: под облаками — слой смеси водорода и гелия толщиной около 21 тыс. км с плавным переходом от газообразной к жидкой фазе, затем — слой жидкого и металлического водорода глубиной 30—50 тыс. км. Внутри может находиться твёрдое ядро диаметром около 20 тыс. км
Миновав 5 тыс. км, корабль окунется в жидкий водород. Спустя 20 тыс. км под воздействием экстремального давления и температуры — это вещество перейдет в металлическое состояние. С другой стороны, твердой материи толщиной 45 тыс. км будет находиться плотное ядро, масса которого намного больше, чем у земной геосферы. Из чего оно состоит, никому не известно. По предположению ученых, его образуют химические элементы, в несколько раз превосходящие гелий по тяжести.
Очевидно, что пролететь сквозь газового гиганта нереально. Но где же тогда находится поверхность Юпитера? Ее «началом» принято считать верхние слои гелиево-водородной атмосферы на глубине 5 тыс. км. Отсюда заметны облака из гидросульфата аммония и заледеневшего аммиака. Чуть ниже указанной зоны дует сильнейший ветер со скоростью 360 км/ч, бесконечно блещут молнии и клубятся вулканические выбросы спутника Ио. И это, притом, что давление на выбранной высоте эквивалентно земному – 1 бар.
Вывод: поверхность Юпитера совершенно не подходит для высадки. Газообразная сверху и металлическая ближе к центру, она «враждебна» ко всем, кто осмеливается приблизиться. Данное утверждение не раз доказывали космические зонды, кометы и метеориты, встречающиеся на пути планеты. Яркий пример – аппарат Галилео, который ученые решили ликвидировать, столкнув с газовым гигантом. Скрывшись из виду, он перестал подавать сигналы уже на глубине 868 км.
Планета Юпитер
Общие сведения о Юпитере
Юпитер – это пятая по удаленности от Солнца планета (пятая планета Солнечной системы).
Юпитер относится к газовым гигантам и назван в честь верховного древнеримского бога, аналога древнегреческому Зевсу.
У Юпитера на данный моменты обнаружены 79 естественных спутников.
Юпитер известен людям с древних времен. В месопотамской культуре планета называлась «Белая звезда». Подробное описание 12-летнего цикла движения Юпитера было дано китайскими астрономами, называвшими планету «Звезда года». Греки именовали его «Звезда Зевса».
Соседями Юпитера являются Сатурн и Марс, который отделен от гиганта поясом астероидов.
Наиболее признанная модель строения Юпитера предполагает, что он состоит из атмосферы, слоя металлического водорода и каменного ядра.
Форма магнитного поля у Юпитера сильно сплюснута и напоминает диск.
У Юпитера есть слабые кольца, обнаруженные во время прохождения «Voyager-1» мимо планеты в 1979 году.
Орбита Юпитера
Среднее расстояние от Юпитера до Солнца 778,57 миллиона километров (5,2 астрономической единицы).
Перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты): 740,574 миллиона километров (4,95 астрономической единицы).
Афелий (самая далекая от Солнца точка орбиты): 816,521 миллиона километров (5,458 астрономической единицы).
Средняя скорость движения Юпитера по орбите составляет около 13,07 километра в секунду.
Один оборот вокруг Солнца планета совершает за 11,86 земных лет.
Год на планете составляет 398,88 юпитерианских суток.
Расстояние от Юпитера до Земли варьируется в пределах от 588 до 967 миллионов километров.
Направление вращения Юпитера соответствует направлению вращения всех (кроме Венеры и Урана) планет Солнечной системы.
3D-модель Юпитера
Физические характеристики Юпитера
Юпитер – первая по размеру планета в Солнечной системе.
Средний радиус Юпитера составляет 69 911 ± 6 километров, то есть около 11 радиусов Земли.
Площадь поверхности Юпитера составляет 62,1796 миллиарда квадратных километров.
Средняя плотность Юпитера составляет 1,326 грамм на кубический сантиметр.
Ускорение свободного падения на Юпитера равно 24,79 метра на секунду в квадрате (2,535 g).
Масса Юпитера равна 1,8986 х 10 27 килограмм, что составляет около 317,8 масс Земли.
Сравнительные размеры Юпитера и Земли
Атмосфера Юпитера
Атмосферное давление Юпитера составляет от 20 до 220 килопаскалей.
Двумя основными компонентами атмосферы Юпитера являются молекулярный водород (около 89,8 ± 2%) и гелий (10,2 ± 2%).
В атмосфере Юпитера можно выделить экзосферу, термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу.
В термосфере Юпитер теряет с излучением значительную часть своего тепла, здесь формируются полярные сияния и ионосфера.
Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 километров в час.
Юпитер демонстрирует яркие и устойчивые полярные сияния вокруг обоих полюсов.
Исследование Юпитера
В начале XVII века Галилео Галилей изучал Юпитер с помощью телескопа и открыл четыре крупнейших спутника гиганта: Ганимед, Ио, Каллисто и Европа. Сегодня эти луны известны как «Галилеевы спутники».
В 1660-х годах Джованни Кассини обнаружил на Юпитере полосы и пятна.
Первым окружение Юпитера посетил зонд NASA «Pioneer 10».
Систему Юпитера посетили семь аппаратов пролетной траектории («Pioneer 10», «Pioneer 11», «Voyager-1», «Voyager-2», «Ulysses», «Cassini», «New Horizons») и два орбитальных («Galileo» и «Juno»).
Активно проводятся исследования Юпитера как с помощью наземных, так и с помощью космических телескопов, в частности телескопа «Hubble».
Интересные факты о Юпитере
В 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака.
Большое красное пятно – это уникальный долгоживущий и самый гигантский ураган Солнечной системы. Его текущий диаметр 15 000 x 30 000 километров (для сравнения, диаметр Земли составляет около 12 700 километров).
Точный химический состав внутренних слоев Юпитера невозможно определить современными методами наблюдений.
В областях Юпитера, на которые падают тени от его крупных спутников, температура поверхности повышается, а не понижается, как можно было бы ожидать.
Спутники Юпитера, названия которых заканчиваются на букву «е» (Карме, Синопе, Ананке, Пасифе и другие), обращаются вокруг планеты в обратном (ретроградном) направлении.
Планета Юпитер
Спутники | Кольца | Исследование | Фотографии
Юпитер очаровал наблюдателей еще 400 лет назад, когда его удалось разглядеть в первые телескопы. Это прекрасный газовый гигант с закрученными облаками, загадочным пятном, семейством спутников и множеством особенностей.
Больше всего впечатляют его масштабы. По показателям массы, объема и площади планета занимает почетное первое место в Солнечной системе. О его существовании знали еще древние люди, поэтому Юпитер отметился во многих культурах.
Интересные факты о планете Юпитер
Размер, масса и орбита
Физические характеристики Юпитера
радиус
падения на экваторе
вращения
северного полюса
268,057°
0,52 (геом. альбедо)
Это газовый гигант, поэтому его плотность – 1.326 г/см 3 (меньше ¼ земной). Низкая плотность – подсказка для исследователей, что объект представлен газами, но все еще продолжаются споры о составе ядра.
Планета отдалена от Солнца в среднем на 778 299 000 км, но эта дистанция может меняться от 740 550 000 км до 816 040 000 км. На проход орбитального пути уходит 11.8618 лет, то есть один год длится 4332.59 дней.
Орбита и вращение Юпитера
| Перигелий | 7,405·10 8 км (4,950 а. е.) |
|---|---|
| Афелий | 8,165·10 8 км (5,458 а. е.) |
| Большая полуось | 7,785·10 8 км (5,204 а. е.) |
| Эксцентриситет |
орбиты
обращения
обращения
Но у Юпитера наблюдается одно из самых быстрых осевых вращений – 9 часов, 55 минут и 30 секунд. Из-за этого в солнечных днях год занимает 10475.8.
Состав и поверхность
Представлен газообразным и жидким веществом. Это крупнейший из газовых гигантов, разделенный на внешний атмосферный слой и внутреннее пространство. Атмосфера представлена водородом (88-92%) и гелием (8-12%).
Внутреннее строение Юпитера
Заметны также следы метана, водного пара, кремния, аммиака и бензола. В небольших количествах можно отыскать сероводород, углерод, неон, этан, кислород, серу и фосфин.
Внутренняя часть вмещает плотные материалы, поэтому состоит из водорода (71%), гелия (24%) и прочих элементов (5%). Ядро – плотная смесь из металлического водорода в жидком состоянии с гелием и внешний слой из молекулярного водорода. Считают, что ядро может быть скалистым, но точных данных нет.
О наличие ядра заговорили в 1997 году, когда вычислили гравитацию. Данные намекали, что оно может достигать 12-45 земных масс и охватывать 4-14% массы Юпитера. Присутствие ядра также подкрепляется планетарными моделями, которые говорят, что планеты нуждались в скалистом или ледяном сердечнике. Но конвекционные токи, а также раскаленный жидкий водород могли сократить размер ядра.
Чем ближе к ядру, тем выше температурные показатели и давление. Полагают, что на поверхности мы отметим 67°С и 10 бар, в фазовом переходе – 9700°С и 200 ГПа, а возле ядра – 35700°С и 3000-4500 ГПа.
Спутники
Сейчас мы знаем, что рядом с планетой существует семья из 79 спутников (на 2019 год). Четыре из них самые крупные и именуются галилейскими, потому что были обнаружены Галилео Галилеем: Ио (сплошные активные вулканы), Европа (массивный подповерхностный океан), Ганимед (крупнейший спутник в системе) и Каллисто (подземный океан и старые поверхностные материалы).
Поверхность четырех основных спутников Юпитера: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Есть еще группа Амальтеи, где присутствует 4 спутника с диаметром меньше 200 км. Они удалены на 200000 км, а орбитальный наклон составляет 0.5 градусов. Это Метис, Адрастея, Амальтея и Фива.
Также остается целая куча нерегулярных лун, уступающих по размеру и обладающих более эксцентричными орбитальными проходами. Они делятся на семьи, которые сходятся по размерам, составу и орбите.
Атмосфера и температура
Можно заметить на северных и южных полюсах знакомые нам полярные сияния. Но на Юпитере их интенсивность намного выше, и они редко прекращаются. Это великолепное шоу формируется мощным излучением, магнитным полем и выбросами вулканов Ио.
Структура атмосферы Юпитера
Отмечают и удивительные погодные условия. Ветер ускоряется до 100 м/с и способен разогнаться на 620 км/ч. Всего за несколько часов может появиться масштабный шторм, охватывающий в диаметре тысячи км. Большое Красное пятно обнаружили еще в 1600-х гг., и оно продолжает функционировать, но сокращается.
Планета скрыта за облаками аммиака и гидросульфата аммония. Они занимают позицию в тропопаузе, а эти территории называются тропическими районами. Слой способен простираться на 50 км. Может быть и слой из водных облаков, на что намекают вспышки молний, которые по мощности в 1000 раз превосходят наши.
История изучения
Из-за своей масштабности планету можно было отыскать в небе без приборов, поэтому о существовании знали давно. Первые упоминания появились в Вавилоне в 7-8 веке до н.э. Птолемей во 2-м веке создал свою геоцентрическую модель, где вывел орбитальный период вокруг нас – 4332.38 дней. Этой моделью в 499 году воспользовался математик Ариабхата, и получил результат в 4332.2722 дней.
В 1610 году Галилео Галилей использовал свой инструмент и впервые сумел рассмотреть газового гиганта. Рядом с ним заметил 4 крупнейших спутника. Это был важный момент, так как свидетельствовал в пользу гелиоцентрической модели.
Галилео указывает на небо в Венеции
Новым телескопом в 1660-х гг. пользовался Кассини, который хотел изучить пятна и яркие полосы на планете. Он обнаружил, что перед нами приплюснутый сфероид. В 1690-м ему удалось определить период вращения и дифференциальное вращение атмосферы. Детали Большого Красного Пятна впервые изобразил Генрих Швабе в 1831 году.
В 1892 году за пятой луной наблюдал Э. Э. Бернард. Это была Альматея, которая стала последним спутником, открытым в визуальном обзоре. Полосы впитывания аммиака и метана изучил Руперт Вильдт в 1932 году, а в 1938-м отслеживал три длительные «белые овалы». Многие годы они оставались отдельными формированиями, но в 1998 году двое слились в единый объект, а в 2000-м поглотили третий.
Радиотелескопический обзор стартовал в 1950-х гг. Первые сигналы уловили в 1955-м году. Это были всплески радиоволн, соответствующих планетарному вращению, что позволило вычислить скорость.
ИК-снимок Юпитера аппаратом SOFIA
Позже исследователи сумели вывести три разновидности сигналов: декаметрические, дециметровые и тепловые излучения. Первые меняются вместе с вращением и основываются на контакте Ио с планетарным магнитным полем. Дециметровые появляются из торообразного экваториального пояса и создаются циклонными излучениями электронов. А вот последнее формируется атмосферным теплом.
Карта поверхности
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить
Из чего сделан Юпитер и есть ли у него твердое ядро?
21 декабря Юпитер и Сатурн появятся с Земли ближе друг к другу, чем они были со времен средневековья. Это, конечно, прекрасная возможность не только вынуть телескопы, но и сосредоточиться на большом из двух гигантов. Из чего состоит Юпитер?
Гигантский шар газа
К тому же эта атмосфера неоднородна. Фактически все эти газы «наложены друг на друга», образуя несколько слоев, простирающихся вниз.
Обратите внимание, что эти слои необязательно связаны со знаменитыми «полосами», видимыми на поверхности Юпитера. Фактически это результат сверхбыстрого вращения планеты в сочетании с большими колебаниями температуры. Наша планета, например, поворачивается вокруг себя со скоростью около 1700 км/ч на экваторе, по сравнению с более чем 45000 км/ч для Юпитера, который фактически вращается вокруг своей оси чуть менее чем за 10 часов (против примерно 24 часов для Земли). Кроме того, экваториальная зона Юпитера также теплее, чем на полюсах.
На этом изображении с «Вояджера 1» на переднем плане Юпитера видна спутник Европа. Вы также заметите тень, отброшенную Ио, еще одно спутника Юпитера.
Еще несколько лет назад некоторые считали, что Юпитер, как и Солнце, является результатом обрушения на себя 4,6 миллиарда лет назад газового кармана, создав более или менее чистый водородно-гелиевый мир. Однако теперь мы знаем, что это неправда, особенно благодаря американской миссии Juno, начатой в августе 2011 года.
Измеряя, как скорость этого зонда ускорялась или замедлялась гравитационным полем Юпитера, исследователи фактически смогли определить распределение массы в глубинах планеты. Благодаря этому методу они подтвердили, что Юпитер действительно содержит ядро.
Специалисты до сих пор не знают точно, как выглядит это ядро, так как так трудно пробить облака гиганта.
Однако многие представляют себе плотный каменистый центр, покрытый растопленным льдом, со слоем металлического водорода (фаза водорода, в которой он ведет себя как электрический проводник), который сам покрыт другим слоем молекулярного водорода. Подсчитано, что это ядро Юпитера может иметь массу от 12 до 45 масс Земли. Другими словами, это будет составлять от 4% до 14% от общей массы Юпитера.
Удивительный Юпитер глазами «Юноны»: первые научные результаты
Похоже, наша Солнечная система — очень интересное место. Регулярно ученые предполагают, что поверхность или строение небесного тела будут однородными и скучными. Но в реальности на месте унылого пейзажа оказывается сложный рельеф или структура, живущая по своим пока неизвестным законам. Так ошиблись с Титаном и Плутоном. И первые научные данные с зонда Juno показывают, что эту же ошибку ученые совершили с Юпитером — он оказался гораздо сложней и интересней, чем они думали.
Очень общая информация
Зонд Juno («Юнона», жена Юпитера в мифологии) работает на полярной высокоэллиптической орбите с начала июля 2016 года. «Полярная» означает, что аппарат пролетает недалеко от полюсов, а «высокоэллиптическая» — что из 53 суток одного оборота пролет вблизи Юпитера занимает всего примерно два часа. Планировалось, что зонд перейдет на 14-дневную орбиту, но из-за аварии двигательной системы его оставили на промежуточной 53-дневной. Научные приборы «Юноны» позволяют в разных диапазонах заглянуть под слой облаков, а камера видимого диапазона является второстепенным инструментом. Более подробно про зонд, полет и оборудование можно почитать тут. До «Юноны» на орбите Юпитера был только один зонд — «Галилео», который проработал там с 1995 по 2003 год и был планово направлен в атмосферу Юпитера, чтобы избежать занесения земных микроорганизмов на его спутники, и, в процессе спуска, передать научные данные о верхних слоях атмосферы.
Аммиачная поэзия
Источник: NASA
Это — распределение аммиака под облачным слоем по данным микроволнового радиометра MWR. Красное — больше аммиака, синее — меньше. Под слоем облаков, которые мы видим как «поверхность» Юпитера, нет солнечного света. Ожидалось, что в таких условиях аммиак достигнет равномерного уровня на гораздо меньшей глубине, чем оказалось. А его распределение показывает, что Юпитер менее равномерно перемешан, чем предполагали. Это объясняет неожиданные данные, которые передал «Галилео» во время своего финального спуска. В 2003 году ученые предположили, что «Галилео» попал в случайный более теплый участок, но сейчас выяснилось, что спуск зондов в разных местах атмосферы будет уникальным из-за сложности ее структуры.
Экваториальный пояс аммиака, который виден как красная полоса по центру, тоже пока не имеет объяснения. Может быть, он похож на земную ячейку Хэдли, где около экватора влажный воздух поднимается вверх, участвуя в циркуляции земной атмосферы. А может быть и нет — твердая поверхность Земли, ограничивающая циркуляцию, находится гораздо ближе к верхней границе атмосферы, чем что-то аналогичное у Юпитера. Может быть, эта экваториальная аммиачная полоса простирается на огромную глубину, это смогут узнать только последующие аппараты, которые заглянут еще глубже.
Пушистое ядро
Строение Юпитера, источник: NASA
В абзаце выше я намеренно написал «что-то аналогичное» вместо «поверхности» или «ядра» Юпитера. Дело в том, что одной из задач Juno является попытка определить, есть ли у Юпитера ядро. Ученые ожидали, что по гравитационным измерениям эксперимента GSE будет обнаружено либо небольшое ледяное или каменное ядро (учитывая давление в центре Юпитера более 40 миллионов атмосфер, это не привычные нам лед или камень, а что-то само по себе очень специфическое), либо их отсутствие. Полученные данные говорят о третьем, неожиданном варианте — огромном нечетком ядре. Нечто, находящееся в центре Юпитера, гораздо больше, чем ожидалось, возможно, является частично жидким и, кроме того, может даже быть связанным с процессами в атмосфере. В земных условиях, возможно, бледным подобием такого явления являются дожди с камнями или животными, которые были подняты вверх смерчем.
Экспрессивное магнитное поле
Источник: NASA
Магнитное поле тоже преподнесло сюрпризы. Прежде всего, оно оказалось более «экспрессивным» — там, где оно должно было быть сильным, оно оказалось еще сильнее, а там, где должно было быть слабым — слабее. Далее, оно тоже оказалось неравномерным. На рисунке выше черная линия — трек «Юноны». Пять выделяющихся пятен — это места, где магнитное поле должно было отличаться от фонового (красное — сильнее, синее — слабее), чтобы получились значения, собранные на черном треке. Неравномерность магнитного поля может говорить о том, что планетарное динамо расположено выше зоны металлического водорода, в зоне молекулярного водорода.
Полярные сияния на южном полюсе в ультрафиолетовом диапазоне, фото NASA
Благодаря полярной орбите, «Юнона» может смотреть на планету сверху и снизу, что позволяет впервые полностью увидеть сложнейшие системы полярных сияний. На анимации выше самый внешний штрих с длинным хвостом порожден спутником Ио. Обратите внимание на цветные зоны — белые, зеленые и красные. Похоже, что красные зоны — это зоны выброса электронов, что очень необычно, потому что полярное сияние — это, наоборот, зоны входа заряженных частиц в атмосферу.
Каждое лыко в строку
Даже служебные приборы вроде звездного датчика, который используется для определения положения аппарата в пространстве, сумели поставить на службу науке. Большие солнечные панели, которых не было на предыдущих аппаратах (там использовались радиоизотопные генераторы), удалось превратить в пылевые детекторы — удары микрометеоритов фиксировались инерциальными системами, а выбитые при этом частички удалось заснять звездным датчиком.
Источник: NASA
А вот это фото — первая в истории фотография колец Юпитера изнутри. «Юнона» была на расстоянии чуть меньше 5000 км и сделала эту фотографию при помощи звездного датчика. Даже фон получился примечательным, в кадр попала верхняя часть созвездия Ориона, а яркая звезда — это Бетельгейзе.
Соединение искусства и науки
Некоторые полученные результаты можно отнести к категории и науки и искусства одновременно. Спускаясь в ионосферу Юпитера, «Юнона» фиксировала плазменные волны антеннами инструмента Waves. Полученные данные замедлили в 60 раз и получили звучание газового гиганта. Чистые высокие звуки скорее всего связаны с взаимодействием самой «Юноны» с ионосферой, но этот вопрос требует дальнейшего изучения.
Ну и, конечно, невозможно не восхищаться видами, которые мы можем наблюдать благодаря оптической камере JunoCam. Вот, например, склеенное из нескольких фотографий изображение южного полюса Юпитера. В реальности полюса освещены только наполовину из-за небольшого наклона оси вращения планеты, но, благодаря обработке изображений энтузиастами, мы можем увидеть полюс во всей красе.
Полноразмерное изображение, Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles
А здесь наглядно видны магнитный полюс планеты и ось вращения. Как и у Земли, они находятся недалеко друг от друга.
Полноразмерное изображение, автор коллажа _CLEAR_, изображение NASA
А на этой фотографии мы видим волны облаков в районе 38 широты. Яркие мелкие облака — это линии шквалов, образуемые холодным атмосферным фронтом. Их ширина составляет примерно 25 км. На Земле линии шквалов перед холодным фронтом создают сильные нисходящие потоки и сдвиг ветра очень опасные для летательных аппаратов. Белый цвет облаков говорит, что они состоят из водяного и/или аммиачного льда.
Фото в полном размере, источник: NASA