Гигант недаром носит имя главного из римских богов: он массивнее прочих планет Солнечной системы почти в 2,5 раза. Юпитер в 318 раз массивнее Земли и состоит из газов. Для динамики Юпитера атмосфера имеет огромное значение, ведь поверхности в привычном смысле у него нет.
Содержание
Атмосфера Юпитера химический состав
Атмосфера Юпитера на 89% состоит из водорода. Второй важный элемент — гелий, его 10%. Оставшийся процент занимают другие газы: водяной пар, кислород, метан, азот, сероводород, аммиак, фосфин, аргон, криптон, ксенон, неон. Есть следы других элементов: углеводороды, оксиды углерода, соединения серы и фосфора. Учёные полагают, что в атмосфере Юпитера могут присутствовать органические молекулы и ацетилен.
Слои атмосферы
Газовый гигант не имеет твёрдой коры, но есть зона, ниже которой газ превращается в жидкость и теряет прозрачность. Поскольку давление в этой точке равно 1 бар (как на поверхности Земли), учёные считают её началом юпитерианской атмосферы.
Строение атмосферы слоистое, у Юпитера выделяют четыре слоя:
- Нижний — тропосфера. Его толщина составляет 50 километров. Температура у основания тропосферы 340 K (66,85 °C), у верхнего края 110 K (-163,15 °C). С высотой также падает давление. Выше лежит тропопауза — граница между слоями атмосферы. Давление в ней составляет 0,1 бар.
- Следующий слой — стратосфера. Температура растёт до 220 K (-53,15 °C), давление составляет до 1 мкбар. Стратосфера заканчивается в 320 километрах над условной поверхностью Юпитера.
- Термосфера — самый горячий слой юпитерианской атмосферы. Температура достигает 1000 K (726,85 °C), давление 1 нанобар. В термосфере рождаются полярные сияния, окружающие полюса планеты.
- Верхний слой — экзосфера, которая начинается в 1000 километров над поверхностью и заканчивается в 5000 километров. Температура и атмосферное давление в ней падают с высотой. Чёткой верхней границы экзосфера не имеет, соединяясь с космическим вакуумом. Её химический состав — практически чистый водород.
Циркуляция воздушных масс
Из космоса видно, что Юпитер полосатый, атмосфера покрыта многочисленными полосами коричневого, красноватого, почти белого цвета. Это облака, которые рождаются в верхнем уровне тропосферы. Юпитер стремительно вращается вокруг своей оси (оборот занимает всего 10 часов), что делает планету немного сплюснутой и создаёт пояса циркуляции — ветра, опоясывающие небесное тело. Изнутри же поднимаются потоки тёплого воздуха. Поскольку твёрдой поверхности нет, ничто не мешает газовым массам циркулировать, и они спокойно перемешиваются.
На настоящий момент нет единой модели, описывающей циркуляцию воздушных масс планеты. Есть две отдельных: приповерхностная и глубинная. У каждой свои недостатки.
Большое красное пятно (БКП)
В 1665 Джованни Кассини обнаружил яркий оранжево-красный овал на поверхности Юпитера, Большое красное пятно. До запуска первого «Вояджера» в 1977 астрономы считали, что БКП твёрдое. Космические зонды обнаружили, что пятно — ураган. По земной классификации это антициклон: газ вращается против часовой стрелки. Скорость ветра превышает 500 км/ч, полный оборот пятно делает за 6 часов. Температура образования составляет около 113,15 K (-160 °C), причём в середине БКП немного теплее, чем у края.
БКП огромно: 25000–40000 километров в длину, 13000 в ширину, 250–450 в глубину. Вся планета Земля меньше. В 1665 ураган был больше в два раза, но постепенно он уменьшается и тускнеет.
Учёные не знают, сколько конкретно существует БКП, но точно больше 350 лет. Это самый крупный и стабильный ураган в Солнечной системе.
Погода на Юпитере
Юпитер — дом гроз и ветров. Впрочем, даже на нём есть относительно спокойные области. Учёные называют их горячими пятнами. Низкая облачность делает эти круглые участки теплее окружающей атмосферы, ведь тепло не рассеивается в облаках, из-за чего в инфракрасном диапазоне они кажутся белыми кружками. Горячие пятна — одна из загадок планеты, и механизм их образования пока не открыт.
Грозы
Воздушные массы перемещаются на огромных скоростях, конвекция перемешивает их, порождая многочисленные бури в 100 километрах над поверхностью небесного тела. Атмосферу прорезают молнии, причём длина некоторых составляет тысячу километров. Молнии мощнее земных, но возникают реже. Грозы в среднем длятся 3 дня, но самые крупные устойчивее и существуют до нескольких месяцев. Каждая гроза — конвекционная колонна, поднимающая влажные газы, пока они не превратятся в грозовое облако.
Раз в 15–17 лет грозовая активность Юпитера резко возрастает, особенно на широте 23°.
Циркуляция и пояса
Самые известные облака Юпитера — тёмные и светлые полосы, расположенные параллельно экватору и постоянно пребывающие в движении. Тёмные области называются поясами. Градиент ветра в них циклонический, то есть воздушные массы движутся вниз. Облака относительно тонкие. Неизвестно, что придаёт поясам тёмный цвет; по популярной версии это кристаллы гидросульфида аммония.
Светлые полосы называются зонами. Они расположены выше поясов, могут даже перекрывать их. Градиент ветра в них антициклонический. Плотность облаков выше, а светлый оттенок зонам придают кристаллы аммиака, входящие в состав атмосферы.
Пояса и зоны разделены струями — узкими быстрыми потоками воздуха. Их скорость может достигать 100 км/ч.
Вихри
Пояса и зоны могут сталкиваться друг с другом. Формируются циклоны и антициклоны — вихри. Они удивительно стабильны, могут существовать столетиями. Большое красное пятно — самый известный вихрь, но на Юпитере много образований поменьше.
Циклоны небольшие и тёмные, антициклоны крупные и светлые. В основном вихри образуются на границах поясов и зон. Исключение — полярные циклоны: на каждом полюсе Юпитера находится по вихрю, и каждый окружён кольцом меньших циклонов. Есть и другое исключение: в зоне экватора вихрей не бывает, воздушные массы слишком нестабильны.
Современные исследования
В 1973 аппарат «Пионер-10» первым пролетел мимо Юпитера и сфотографировал его. В следующем году его последователь «Пионер-11» смог подлететь к гиганту на расстояние в 35 тысяч километров. Удалось получить хорошие фотографии БКП и Северного полюса. Много новых данных передали учёным «Вояджеры». Первый работал с января 1979, второй с июля того же года. Аппараты изучали облака на Юпитере, установили истинную природу БКП и обнаружили множество атмосферных вихрей.
У Юпитера были постоянные наблюдатели. В 1995 на орбиту был запущен зонд «Галилей». В 2003 он столкнулся с планетой, но за время работы передал много полезных данных об атмосфере газового гиганта и его спутниках. В 2016 постоянным спутником небесного тела стал аппарат «Юнона». Его цель — исследование нижних слоёв атмосферы.
Часть данных была получена в ходе других космических миссий. Возле Юпитера дважды (в 1992 и 2004) совершил гравитационный манёвр зонд «Улисс». «Кассини», направляясь к Сатурну, тоже мельком заглянул к полосатому гиганту и передал более 25 тысяч его фото. Аппарат «Новые горизонты» двигался к Плутону и фотографировал Юпитер по дороге — в 2006–2007.
Из орбитальных телескопов за планетой следит «Хаббл».
Интересные факты и тайны
Как и другие внешние планеты Солнечной системы — Сатурн, Уран, Нептун — Юпитер имеет кольца. Они тонкие и незаметные, обнаружить их удалось лишь в 1979 году. Намного дольше известны спутники небесного тела. Открыто уже 95 спутников, четыре крупнейших были обнаружены ещё в 1610 году. Условия на ледяной Европе предположительно подходят для жизни.
Планета излучает на 60% больше энергии, чем получает от нашей звезды. Объяснение есть: небесное тело сжимается, уменьшаясь примерно на 2 сантиметра в год. Сразу после своего рождения полосатый гигант был в два раза больше — при той же массе. Любопытный момент: атмосфера Юпитера имеет состав, крайне схожий с составом Солнца. Если бы газовый гигант был в 75 раз тяжелее, он был бы полноценной звездой, а если бы в 50 раз — представителем коричневых карликов, таинственной группы, лежащей между звёздами и планетами.
Крайне мощное магнитное поле Юпитера и сильное гравитационное притяжение делает газового гиганта щитом от комет и астероидов. Планета превращает их в так называемых троянцев — в две группы небесных тел, следующих по орбите Юпитера синхронно с ним. В результате астероиды и кометы практически не падают на Землю.
