Планета Юпитер: секреты гиганта

Общие сведения о Юпитере

Поскольку Юпитер является четвертым по яркости объектом на небе, его наблюдали с древних времен, и поэтому его открытие не может быть приписано никому. Однако первые телескопические наблюдения были проведены Галилео Галилеем в 1609 году, а в 1610 году Галилей также открыл крупные луны Юпитера, но, конечно, не мелкие.

Юпитер — это самая большая планета Солнечной системы.

Характеристики Юпитера включают особое световое пятно планеты, наблюдаемое на его поверхности, известное как «большое красное пятно». Оно является крупнейшим атмосферным вихрем в Солнечной системе и может вместить несколько планет размером с Землю.

Происхождение названия

Многие культуры наблюдали Юпитер, все они давали ему разные имена, но римское название оставалось в употреблении в большинстве культур. Планета названа в честь главного римского бога, эквивалента греческого бога Зевса.

Как образовался Юпитер

Предполагается, что самая большая планета в Солнечной системе сформировалась из газа и пыли в протопланетном диске, окружавшем молодое Солнце. Гравитационное притяжение привело к формированию массивного размера. Оно также играло важную роль в «очищении» окружающей области от множества веществ, способствуя формированию других планет.

Во всей Вселенной существует множество планетарных систем, похожих на нашу. Большинство из них содержат земные планеты, такие как наша, и газовые гиганты, такие как Юпитер. Однако среди них есть и суперземли — планеты, которые в несколько раз массивнее Земли.

Это указывает на то, что в нашей Солнечной системе также должны быть планеты такого типа, и существует гипотеза, что они у нас были, но столкнулись с Юпитером на раннем этапе формирования Солнечной системы. Это привело к миграции Юпитера из внутренней Солнечной системы во внешнюю Солнечную систему и, таким образом, позволило сформироваться внутренним солнечным планетам. Эта теория называется гипотезой Большого галса.

Возраст планеты

Возраст Юпитера составляет примерно 4,6 млрд. лет, что соответствует возрасту Солнечной системы. Юпитер имеет уникальную структуру. Внутри его газовой оболочки находится ядро, состоящее, предположительно, из горячего и плотного металлического водорода. Это ядро окутано слоями молекулярного водорода и гелия. Проходя глубже в планету, давление и температура возрастают до такой степени, что водород становится металлическим.

Размер

Диаметр Юпитера составляет около 143 000 километров. Планета превышает радиус Земли более чем в 11 раз. Юпитер также обладает обширной массой, составляющей примерно 318-кратные габариты от массы Земли. В размеры Юпитера включено и его кольцо.

Сравнение Юпитера и Земли

Чтобы оценить, во сколько раз Юпитер больше Земли, нужно рассмотреть несколько параметров (см. таблицу ниже). В целом, Радиус Юпитера больше радиуса Земли в 11 раз.

Показатель	Юпитер	Земля	Пояснение
Среднее расстояние до орбиты (в милях)	483,638,564	92 956 050	Среднее значение минимального и максимального расстояний от объекта до тела, вокруг которого он вращается
Эксцентриситет орбиты	0.04838624	0.01671123	Величина отклонения орбиты объекта от идеального круга
Средняя орбитальная скорость (миль/ч)	29 205	66,622	Средняя скорость вращения объекта на всей орбите
Экваториальное наклонение (в градусах)	3.1	23.4393	Наклон экватора объекта по отношению к плоскости эклиптики
Экваториальный радиус (в милях)	43,440.7	3,958.8	Расстояние от центра объекта до его экватора
Окружность по экватору (в милях)	272,945.9	24,873.6	Длина окружности объекта по экватору
Объем (кубических миль)	343,382,767,518,322	259,875,159,532	Объем пространства, занимаемый объектом
Площадь поверхности (кв. миль)	23,713,907,537	196,936,994	Внешняя или самая верхняя часть планеты, луны, астероида, кометы или другого тела
Поверхностная гравитация (футов/с)	81,3	32.041	Гравитационное ускорение, испытываемое ее поверхностью на экваторе
Космическая скорость (миль/час)	134,664	25,031	Скорость, необходимая для того, чтобы объект оторвался от гравитационного притяжения планеты или луны

Цвет планеты

Цвет Юпитера — это результат сложных атмосферных химических и физических процессов, которые происходят на планете. Наблюдая планету из космоса или с помощью мощных телескопов, можно заметить, что его атмосфера имеет разнообразные оттенки. Цвет может меняться со временем и в разных областях планеты.

Красные, розовые и оранжевые полосы на Юпитере обусловлены наличием аммиака и других химических соединений, которые абсорбируют более короткие волны света и отражают длинные волны, что создает эти характерные оттенки. Белые и светлые области на Юпитере, состоят из облаков аммиака и мелких аэрозольных частиц. Также на планете можно наблюдать темные пятна и полосы, которые связаны с динамикой атмосферных явлений, включая бури и вихри.

Масса

Масса Юпитера является одним из самых впечатляющих габаритов этой гигантской планеты. Масса планеты влияет на ее гравитационное поле, которое оказывает значительное влияние на окружающие объекты. Это приводит к формированию большого числа спутников, таких как Ганимед, Каллисто, Ио и Европа, которые вращаются вокруг Юпитера под воздействием его гравитации.

Масса Юпитера в 2,47 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы

Масса планеты составляет около 1,898 × 1027 килограмм. Юпитер по сравнению с Землей больше по массе в 318 раз. Его объем составляет около 1 321 Земли.

Спутники Юпитера

Юпитер славится своим обширным семейством спутников. У планеты есть более 80 известных спутников, тем не менее, постоянно с новыми исследованиями продолжают открываться неизведанные. Спутники Юпитера можно разделить на две категории — внешние и внутренние, в зависимости от их расположения относительно планеты.

Внутренние спутники

Внутренние спутники Юпитера находятся ближе к планете и имеют более округлые орбиты. Среди них Ио, Европа, Ганимед и Амальтея. Ио, самый близкий к Юпитеру спутник, проявляет сильную геологическую активность с активными вулканами на его поверхности. Европа привлекает внимание ученых потенциальным наличием подповерхностного океана, который может предоставлять условия для развития жизни.

Внешние спутники

Пятая планета Солнечной системы имеет и внешние спутники. Они находятся в дальнем расстоянии от планеты и имеют более эллиптические орбиты. Среди них Ганимед, Каллисто, Леда и Гималия. Ганимед и Каллисто являются двумя крупнейшими спутниками Юпитера и обладают геологическими особенностями: они известны своими богатыми ледниками, что делает их объектами интереса для исследований.

Ганимед

Ганимед — это самый крупный спутник Юпитера и одновременно крупнейший спутник в Солнечной системе. С его диаметром около 5 268 км, Ганимед даже превосходит по размерам Меркурий. Этот спутник обладает уникальными чертами, которые вызывают интерес ученых.

Поверхность Ганимеда представляет собой смесь ярких и темных областей. Яркие области состоят из льда, а темные области могут быть покрыты пылью или содержать минералы, такие как сильвит, гиперстен и др. Некоторые области Ганимеда также имеют характерные кратеры, вулканы и горы, что свидетельствует о геологической активности в прошлом.

Интересным фактом является то, что Ганимед обладает собственным магнитным полем. Это редкое свойство для небольших тел в Солнечной системе и указывает на наличие внутреннего жидкого металлического ядра. Магнитное поле Ганимеда взаимодействует с магнитным полем Юпитера, создавая сложные магнитные явления.

Каллисто

Каллисто — один из крупнейших спутников Юпитера и четвертый по удаленности от планеты. С диаметром около 4 821 км, Каллисто является вторым по размерам спутником Юпитера после Ганимеда и также превышает размеры Меркурия. Этот спутник обладает уникальными особенностями, которые привлекают внимание ученых.

Поверхность Каллисто представляет собой смесь старых, сильно искусанных кратеров, которые свидетельствуют о многомиллиардном возрасте спутника, и более молодых областей с меньшим количеством кратеров. Кратеры на Каллисто могут иметь различные размеры — от небольших до огромных. Некоторые из них могут иметь диаметр свыше 100 км. Каллисто также имеет горы и долины, которые придают его поверхности разнообразие.

Одна из удивительных особенностей Каллисто — его богатая ледяная кора, которая может содержать водяной лед и другие ледяные соединения. Предполагается, что под ледяной корой Каллисто может находиться толстый слой жидкой воды. Это делает Каллисто потенциально интересным объектом для исследования в поисках пригодной для жизни среды в Солнечной системе.

Европа

Европа — один из спутников Юпитера и одно из самых интригующих мест в Солнечной системе. Этот спутник привлекает внимание ученых своим гладким льдистым покровом, который делает его одним из самых гладких объектов в Солнечной системе. Однако под этой ледяной корой скрываются потенциально захватывающие открытия.

Наблюдения исследовательских аппаратов, таких как «Галилео» и «Джуно», указывают на то, что Европа может иметь океан под своей поверхностью. Этот океан, известный как Европейский океан, предположительно находится под ледяной корой и может содержать воду в жидком состоянии. Ученые полагают, что наличие жидкой воды и тепла в океане Европы может создавать условия для возникновения жизни.

Поверхность Европы также содержит систему длинных трещин, которые охватывают ее ледяную кору. Эти трещины свидетельствуют о геологической активности на спутнике.

Одной из наиболее известных особенностей является так называемый «треск», где ледяная кора разрывается, и из-под нее выдавливается водяной лед. Это указывает на наличие подповерхностных сил, способных модифицировать поверхность Европы.

Ио

Ио — один из самых удивительных спутников Юпитера и одно из наиболее активных мест в Солнечной системе. Этот спутник привлекает внимание ученых своей высокой геологической активностью и уникальными геологическими явлениями.

Ио обладает многочисленными активными вулканами, которые постоянно извергают лаву, газы и другие материалы в окружающее пространство. Вулканы на Ио могут выбрасывать фонтаны лавы на высоту нескольких сотен километров, а некоторые из них производят мощные газовые выбросы, создавая разнообразные геологические формации на поверхности.

Так называемое «приливное искажение» вызывает внутренние трения, что приводит к нагреву мантии и формированию расплавленной магмы, способной подняться на поверхность через вулканы.

Еще одной уникальной особенностью Ио являются его пламенно-красные и желтые пятна. Эти яркие цвета обусловлены наличием серы на поверхности спутника. Вулканические извержения выбрасывают серу в окружающую среду, где она окисляется и придает Ио яркий и разнообразный цветовой оттенок.

Кольца

Кольца, состоящие из маленьких темных частиц, очень трудно увидеть. Их можно наблюдать только тогда, когда частицы освещаются Солнцем.

Состав и строение поверхности

Строение Юпитера обусловлено газовыми смесями, и планета не имеет настоящей поверхности. По своему составу Юпитер сравним с Солнцем.

Атмосфера

• Выглядит как огромная серая сфера с разноцветными полосами, пятнами и поверхностными кольцами.
• Имеет три отдельных облачных слоя, которые простираются на 71 км или 44 мили.
• Самый верхний слой облаков состоит из аммиачного льда, а средний — из кристаллов гидросульфида аммония.
• Предполагается, что самый нижний облачный слой состоит из пара, воды и льда.

Тропосфера

• Нижний слой.
• Здесь происходят основные метеорологические процессы, включая образование облаков и атмосферные явления, такие как бури и ветры.
• Содержит различные газы, а также следы других химических соединений.
• Температура понижается с высотой.

Стратосфера

• Не является стабильным слоем с повышением температуры с высотой.
• Температура остается примерно постоянной или незначительно понижается.
• Содержит различные газы и другие химические соединения, которые могут образовывать сложные молекулы и явления.

Термосфера и экзосфера

• Верхний слой.
• Температура здесь начинает резко возрастать с увеличением высоты.
• Характеризуется очень низкой плотностью газов, и молекулы здесь двигаются с большой скоростью.
• Из-за огромной гравитационной силы Юпитера, газы в термосфере подвержены сильной компрессии.

Выше термосферы находится экзосфера — самый внешний слой атмосферы Юпитера. Экзосфера представляет собой очень разреженный газовый слой, где молекулы движутся в свободном состоянии и очень редко сталкиваются друг с другом. В этом слое преобладают легкие газы — водород и гелий.

Из-за очень низкой плотности газов, экзосфера не имеет четкой верхней границы, и газы постепенно рассеиваются в пространство.

Состав

Подробности о ядре Юпитера по-прежнему трудно найти. Ученые считают, что плотное центральное ядро может быть окружено слоем металлического водорода, а сверху находится еще один слой молекулярного водорода.

Ученые не уверены в том, насколько твердым может быть ядро Юпитера. Некоторые предполагают, что ядро представляет собой горячий расплавленный шар с жидкостью, но другие исследования показывают, что это может быть твердая порода.

Газы нагромождаются друг на друга, образуя послойную структуру. Поскольку твердой земли нет, поверхность Юпитера определяется как точка, где атмосферное давление равно земному. В этой точке сила притяжения почти в два с половиной раза сильнее, чем на нашей планете.

Попытка встать на эту поверхность была бы невозможна, поскольку это просто еще один слой газов. Космические корабли и астронавты погрузились бы в трясину. Зонд или космический корабль, направляющийся дальше к центру планеты, продолжал бы находить только густые облака, пока не достиг бы ядра.

Физические характеристики Юпитера

Температура планеты Юпитер

Температура на Юпитере — одна из самых высоких среди всех известных планет.

• В верхних слоях температура может достигать около -145 градусов по Цельсию, что значительно холоднее, чем на Земле.
• По мере углубления внутрь планеты, температура быстро растет.
• В центре давление и температура настолько высоки, что вещество превращается в экзотическую форму — металлический водород.

Погода на Юпитере

Погода на Юпитере является крайне динамичной и весьма экстремальной. Наблюдаются сильные ветры, штормы и бури, которые простираются на сотни и даже тысячи километров. Вместе с этим, здесь также наблюдаются многочисленные белые пятна, облачные полосы и другие атмосферные явления.

Большое рентгеновское пятно

Юпитер известен также наличием Большого рентгеновского пятна, которое является областью интенсивного рентгеновского излучения. Это явление связано со взаимодействием магнитосферы с энергичными частицами, поступающими от Солнца. Рентгеновское пятно обычно располагается рядом со спутниками Ганимед и Каллисто, и его характеристики могут меняться со временем.

Магнитное поле Юпитера

Планета обладает большим, сложным и интенсивным магнитным полем, которое, как считается, возникает из-за электрических токов в быстро вращающемся металлическом водородном интерьере. Земля имеет сильное магнитное поле, но магнитное поле Юпитера на вершинах облаков в 10 раз сильнее, чем у Земли.

Кроме того, магнитное поле Юпитера намного сложнее земного, а некоторые аспекты полей Юпитера не имеют земного аналога. Интенсивность и сложность по сравнению с магнитным полем Земли предположительно каким-то образом связаны с более быстрым вращением и большим металлическим внутренним пространством Юпитера.

Радиационные пояса

Юпитер известен своими интенсивными радиационными поясами, которые окружают планету. Эти пояса образуются из-за сильного магнитного поля, поглощающего заряженные частицы солнечного ветра и космического пространства.

Состоят из высокоэнергичных частиц, которые создают опасные условия для космических аппаратов и астронавтов. Их наличие требует особых мер предосторожности при планировании и выполнении миссий к Юпитеру.

Полярные сияния

Подобно Земле, на Юпитере, вблизи полюсов, также наблюдается полярное сияние. Эти яркие свечения возникают в результате взаимодействия заряженных частиц с магнитным полем. Когда электроны и ионы сталкиваются с атомами и молекулами в верхних слоях атмосферы, они вызывают излучение света.

Полярные сияния Юпитера могут иметь различные цвета, включая красный, зеленый, синий и фиолетовый. Их яркость и интенсивность могут меняться в зависимости от активности взаимодействия магнитосферы Юпитера с солнечным ветром и другими факторами.

Орбита Юпитера

• Орбитальный период составляет примерно две пятых от периода Сатурна.
• Орбита Юпитера эллиптическая, наклонена примерно на 1,31 градуса по отношению к Земле.
• Эксцентриситет составляет около 0,048.
• От планеты Юпитер расстояние до Солнца меняется от перигелия до афелия примерно на 75 млн км / 46 миль.
• Верхняя атмосфера Юпитера подвержена дифференциальному вращению, т. к. состоит из газов.
• Небольшой осевой наклон — всего 3,13 градуса, что обусловливает незначительные сезонные колебания.
• Полюса получают меньше солнечной радиации, чем экваториальная область планеты.

Период вращения по орбите

У Юпитера самый короткий день в Солнечной системе. Один день длится всего около 10 часов (время, необходимое планете для одного оборота), а полный для планеты Юпитер, период  обращения вокруг Солнца (год Юпитера по юпитерианскому времени) составляет примерно за 12 земных лет (4 333 земных дня).

Наблюдения и их особенности

Инфракрасный диапазон

Инфракрасное излучение, которое испускается и отражается от Юпитера, помогает ученым получить информацию о температурных градиентах, распределении облаков, атмосферной циркуляции и химическом составе планеты. Инфракрасные наблюдения позволяют увидеть более глубокие слои атмосферы, которые не видимы в видимом свете. Это особенно полезно для изучения структуры облаков и динамики погоды.

Коротковолновый диапазон

Наблюдения Юпитера в коротковолновом диапазоне помогают исследовать состав атмосферы Юпитера, обнаруживать и изучать облака и различные атмосферные явления, такие как бури и циклоны. Коротковолновые наблюдения также могут дать представление о верхних слоях атмосферы и взаимодействии солнечного излучения с планетой.

Радионаблюдения за планетой

Позволяют исследовать его магнитосферу и взаимодействие с частицами солнечного ветра. Специальные радиотелескопы могут регистрировать радиоизлучение, которое происходит в результате взаимодействия электронов с магнитным полем Юпитера.

Радионаблюдения помогают ученым изучать структуру магнитосферы, ионосферы и магнитных полей планеты, а также исследовать эффекты магнитосферных возмущений и взаимодействия с солнечным ветром.

Вычисление гравитационного потенциала

Изучение гравитационного поля Юпитера позволяет ученым понять внутреннюю структуру и массу планеты. С помощью радиосвязи с космическими аппаратами, находящимися вблизи Юпитера, можно измерить скорость искривления радиосигналов, вызванную гравитационным полем планеты.

Эти данные используются для вычисления гравитационного потенциала и моделирования внутренней структуры Юпитера, включая распределение массы и плотности в его глубинах. Это важно для понимания эволюции планеты и процессов, происходящих в ее ядре.

Столкновения небесных тел с Юпитером

Комета Шумейкеров-Леви

Сильные гравитационные силы Юпитера втянули комету на орбиту вокруг планеты и разбили ее на множество отдельных фрагментов. Земные телескопы по всему миру, а также космический телескоп Хаббл получили впечатляющие изображения зон столкновения и шлейфов (или огненных шаров).

Удар пришелся на сторону Юпитера, обращенную в сторону от Земли, и через несколько часов был замечен в повороте. Космический аппарат Galileo имел более прямой вид на столкновения в момент их возникновения. Первое столкновение (фрагмент А) произошло незадолго до 5:32 EDT 16 июля 1994 года, а последнее столкновение (фрагмент W) — 22 июля 1994 года в 2:59:45 EDT.

Другие столкновения

Юпитер, из-за своего большого размера и сильного гравитационного притяжения, притягивает на себя небесные тела, которые могут столкнуться с ним. Хотя столкновения с Юпитером довольно редки, они представляют важный аспект исследования планеты и влияния таких столкновений на ее атмосферу и структуру.

С помощью наблюдений и моделирования ученые изучают столкновения астероидов, комет и других небесных тел с Юпитером. Это помогает оценить распределение массы и размеров небесных тел в солнечной системе, а также понять, как такие события влияют на эволюцию Юпитера и других планет.

Расстояние до Солнца и Земли

Юпитер расположен на значительном расстоянии от Солнца. Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет около 778 млн. км. В связи с этим большим расстоянием, Юпитер имеет длительный год, который составляет около 12 земных лет.

Относительно Земли, расстояние до Юпитера может значительно варьироваться в зависимости от их взаимного положения в их орбитах. Ближайшее расстояние между Землей и Юпитером может составлять около 628 млн. км., а самое дальнее расстояние может достигать 928 млн. км..

Юпитер в культуре

Юпитер играет значительную роль в различных культурах и мифологиях. В древнеримской мифологии, Юпитер (или Юпитер Оптимус Максимус) был главным богом, правителем всех богов и планет. Он ассоциировался с мощью, молнией, правосудием и защитой.

Исследования Юпитера

Дата	Событие	Открытие	Факты
1973 год	Космический аппарат НАСА «Пионер-10» совершил первый облет Юпитера	Первые изображения Юпитера крупным планом; Огромное магнитное поле планеты, которое задерживает заряженные частицы от Солнца, создавая смертельно опасное радиационное поле.	Чтобы выжить, космические аппараты, исследующие Юпитер, должны иметь защиту от радиации.
1979 год	Космические аппараты НАСА «Вояджер-1» и «Вояджер-2» пролетели мимо Юпитера	Близкие изображения галилеевых спутников, которые показали, что это сложные миры сами по себе, с вулканами, океанами и другими важными особенностями. Зонды также увидели слабую систему колец Юпитера.	Последние данные с космического аппарата НАСА «Юнона» свидетельствуют об отсутствии ядра.

Как вычислили продолжительность дня

Продолжительность дня Юпитера была вычислена с помощью наблюдений искусственных спутников и миссий, а также изучения его магнитосферы и атмосферы.

Любительские наблюдения

С помощью бинокля или телескопа, люди могут увидеть его облачную атмосферу, полосы и штрихи, а также его четыре крупных спутника: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Наблюдения Юпитера позволяют любителям астрономии наблюдать изменения в его атмосфере и спутниках, а также отслеживать их положение и перемещение.

Есть ли жизнь на планете

По текущим научным данным, нет непосредственных доказательств о наличии жизни на Юпитере. Планета характеризуется экстремальными условиями, такими как высокая радиация, экстремально низкая температура и отсутствие твердой поверхности.

Вместе с тем, на спутниках Юпитера, таких как Европа, считается возможным наличие океанов под ледяной корой, что вызывает интерес ученых в контексте поиска потенциальной жизни.

Интересные факты о Юпитере

1. Юпитер — король планет по массе
2. Его Большое красное пятно на самом деле является бурей планетарного размера, которая бушует уже несколько веков
3. Первыми астрономами, проследившими за Юпитером, были вавилоняне
4. Несмотря на свои огромные размеры, Юпитер имеет самый короткий день среди всех планет. День на Юпитере длится всего 10 земных часов.
5. Юпитер обладает самым сильным магнитным полем среди всех планет Солнечной системы
6. Юпитер имеет тонкую систему колец
7. У Юпитера 92 спутника
8. Некоторые из них могут действительно прятать жизнь
9. Юпитер имеет самые яркие астероиды в Солнечной системе
10. Юпитер — несостоявшаяся звезда
11. Юпитер — «пылесос» для астероидов Солнечной системы

Интересное видео: