Юпітер

Вступ

Юпітер-друге за яскравістю після Венери планета Сонячної системи. Але якщо Венеру можна бачити тільки вранці або ввечері, то Юпітер іноді виблискує всю ніч. З-за повільного, величного переміщення цієї планети стародавні греки дали їй ім'я свого верховного бога Зевса; в римському пантеоні йому відповідав Юпітер.

Двічі Юпітер відіграв важливу роль в історії астрономії. Він став першою планетою, у якої були відкриті супутники. В 1610 р. Галілей, направив телескоп на Юпітер, помітив поруч з планетою чотири зірочки, не неозброєним оком. На Наступного дня вони змінили своє становище і щодо Юпітера, і щодо один одного. Спостерігаючи за цими зірками Галілей зробив висновок, що спостерігає супутники Юпітера, що утворилися навколо нього як центрального світила. Це була зменшена модель Сонячної системи. Швидке і добре помітне переміщення галілеєвих супутників Юпітера-Іо, Європи, Ганімеда і Каллісто-робить їх зручними "небесними годинами", і моряки довгий час користувалися ними, щоб визначати положення корабля у відкритому морі.

Іншим разом Юпітер і його супутники допомогли вирішити одну з найдавніших загадок: чи поширюється світло миттєво або швидкість його кінцева? Регулярно спостерігаючи затемнення супутників Юпітера і порівнюючи ці дані з результатами попередніх розрахунків, датський астроном Оле Ремер у 1675 р. виявив, що спостереження й обчислення розходяться, якщо Юпітер і Земля знаходяться по різні боку Сонця. У цьому випадку затемнення супутників запізнюються приблизно на 1000 с. Ремер прийшов до правильного висновку, що 1000 с. - Це як раз, яке потрібно світла, щоб перетнути орбіту Землі за діаметром. Оскільки діаметр земної орбіти становить 300 млн. кілометрів, швидкість світла виявляється близькою до 300000км./С.

Юпітер-це планета - гігант яка містить в собі більше 2/3 всієї нашої планетної системи . Маса Юпітера дорівнює 318 земним. Його обсяг у 1300 разів більше, ніж у Землі. Середня щільність Юпітера 1330 кг/м 3, що порівнянно з густиною води і в чотири рази менше, ніж щільність Землі. Видима поверхня планети в 120 разів перевершує площу Землі. Юпітер є гігантським куля з водню, практично його хімічний склад збігається із сонячним. А от температура на Юпітері жахливо низька: -140 С.

Юпітер швидко обертається (період обертання 9 ч. 55 хв. 29 с.). Через дії відцентрових сил планета помітно розплющилася, і її полярний радіус став на 4400 км менше екваторіального, рівного 71400 км. Магнітне поле Юпітера в 12 разів сильніше земного.

Біля Юпітера побувало п'ять американських космічних апаратів: у 1973 р. - "Піонер-10", в 1974 - "Піонер-11". У березні і в іюле1979 р. його відвідали більш великі і "Розумні" апарати - "Вояджер-1 і -2". У грудні 1995 до нього долетіла міжпланетна станція "Галілео", яка стала першим штучним супутником Юпітера і скинула в його атмосферу зонд.

Особливості Юпітера.

З чотирьох гігантських планет найкраще вивчено Юпітер - найбільша планета цієї групи і найближча з планет-гігантів до нас і Сонця. Вісь обертання Юпітера майже перпендикулярна до площини його орбіти, тому сезонних змін умови освітлення на ньому немає.

У всіх планет-гігантів обертання навколо осі досить швидке, а густина мала. Внаслідок цього вони значно стиснуті.

Всі планети-гіганти оточені потужними протяжними атмосферами, і ми бачимо лише плаваючі в них хмари, витягнуті смугами, паралельними екватора, внаслідок їх швидкого обертання.

Смуги хмар видно на Юпітері навіть у слабкий, телескоп Юпітер обертається зонами-чим ближче до полюсів, тим повільніше. На екваторі період обертання 9 год 50 хв, а на середніх широтах на кілька хвилин більше. Аналогічно обертаються й інші планети-гіганти.

Оскільки планети-гіганти знаходяться далеко від Сонця, їх температура (принаймні над їх хмарами) дуже низька:

на Юпітері -145 ° С, на Сатурні -180 ° С, на Урані і Нептуні ще нижче.

Атмосфери планет-гігантів містять переважно молекулярний водень, є там метан СН4 і, мабуть, багато гелію, а в атмосфері Юпітера і Сатурна виявлено ще й аміак NНз. Відсутність смуг NH3 в спектрах більш далеких планет пояснюється тим, що він там вимерз. При низькій температурі аміак конденсується, і з нього, ймовірно, складаються видимі хмари Юпітера.

Інтенсивні руху, що охоплюють хмарний і сусідні з ним шари атмосфери, мають стійкий характер. Зокрема, таким стійким атмосферним "вихором" є знаменита Червона пляма, що спостерігається на Юпітері вже понад 300 років.

Вивчення процесів, що відбуваються в атмосферах різних планет, допомагає земній метеорології і кліматології.

Теоретично побудовано моделі масивних планет, які складаються з водню й гелію. Розрахунки моделі внутрішньої будови Юпітера показують, що в міру наближення до центра водень має послідовно проходити через газоподібну, газо-рідку і рідку фази. У центрі планети, де температура може досягати декількох тисяч коливань, знаходиться рідке ядро, що складається з металів, силікатів і водню в металевій фазі, яка настає при тиску порядку 10 " Па. У 1975 р. металеву фазу водню вдалося експериментально отримати на Землі, що підтверджує справедливість теоретичних розрахунків внутрішнього будови планет-гігантів.

Завдяки наявності магнітного поля Юпітер має пояси радіації, подібні до земних, але значно перевершують їх. Його магнітосфера простягається на мільйони кілометрів, охоплюючи чотири найбільших супутники. Юпітер є джерелом радіовипромінювання. Космічні апарати зареєстрували на ньому могутні спалахи блискавок.

З інших даних про планети заслуговує згадки особливість осьового обертання Урана, яке, як і у Венери, відбувається в напрямку, протилежному напрямку обертання всіх інших планет. Крім того, він обертається ніби лежачи на боці, тому протягом року відбувається значна зміна умов освітлення поверхні планети.

Атмосфера.

Атмосфера Юпітера є величезною бурхливу частину планети, що складається з водню й гелію. Механізм, що приводить в дію загальну циркуляцію на Юпітер, такий же, як і на Землі: різниця у кількості тепла, одержуваного від Сонця на полюсах і екваторі, викликає виникнення гідродинамічних потоків, які відхиляються в зональному напрямку коріолісовой силою. При такому швидкому обертанні, як у Юпітера, лінії струму практично паралельні екватора. Картина ускладнюється конвективними рухами, які більш інтенсивні на кордонах між гідродинамічними потоками, що мають різну швидкість. Конвективні руху виносять вгору фарбують речовина, присутністю якого пояснюється злегка червонуватий колір Юпітера. В області темних смуг конвективні руху найбільш сильні, і це пояснює їх більш інтенсивне забарвлення.

Так само як і в земній атмосфері, на Юпітері можуть формуватися циклони. Оцінки показують, що великі циклони, якщо вони утворюються в атмосфері Юпітера, можуть бути дуже стійкі (час життя до 100 тисяч років). Імовірно, Велика Червона пляма є прикладом такого циклону. Зображення Юпітера, отримані за допомогою апаратури, встановленої на американських апаратах "Піонер-10" і "Піонер-11", показали, що Червона пляма не є єдиним утворенням подібного типу: є кілька стійких червоних плям меншого розміру.

спектроскопічними спостереженнями було встановлено присутність в атмосфері Юпітера молекулярного водню, гелію, метану, аміаку, етану, ацетилену і водяної пари. Мабуть, елементний склад атмосфери (і всієї планети в цілому) не відрізняється від сонячного (90% водню, 9% гелію, 1% більше важких елементів).

Повний тиск біля верхньої межі хмарного шару складає близько 1 атм. Хмарний шар має складну структуру. Верхній ярус складається з кристалів аміаку нижче, повинні бути розташований хмари з кристалів льоду і крапель води.

Інфрачервона яскравості температура Юпітера, виміряна в інтервалі 8 - 14 мк, дорівнює в центрі диска 128 - 130К. Якщо розглянути температурні розрізи по центральному меридіану і екватора, можна побачити, що температура, виміряна на краю диска, нижче, ніж у центрі. Це можна пояснити наступним чином. На краю диска промінь зору йде похило, і ефективний випромінює рівень (тобто рівень, на якому досягається оптична товщина t = 1) розташований в атмосфері на більшій висоті, ніж у центрі диска. Якщо температура в атмосфері падає зі збільшенням висоти, то яскравість і температура на краю будуть трохи менше. Шар аміаку товщиною в кілька сантиметрів (при нормальному тиску) вже практично непрозорий для інфрачервоного випромінювання в інтервалі 8 - 14 мкм. Звідси випливає, що інфрачервона яскравості температура Юпітера відноситься до досить високим верствам його атмосфери. Розподіл інтенсивності в смугах СН показує, що температура хмар значно більше (160 - 170К) При температурі нижче 170К аміак (якщо його кількість відповідає спектроскопічні спостереженнями) повинен конденсуватися; тому передбачається, що хмарний покрив Юпітера, принаймні частково, складається з аміаку. Метан конденсується при більш низьких температурах і в освіті хмар на Юпітері брати участь не може.

яскравості температура 130К помітно вище, ніж рівноважна, тобто така, яку має мати тіло, що світиться тільки за рахунок перевипромінювання сонячної радіації. Розрахунки, що враховують вимір відбивної здатності планети призводять до рівноважної температурі близько 100К. Істотно, що величина яскравісної температури близько 130К була отримана не тільки у вузькому діапазоні 8-14мк, а й далеко за його межами. Таким чином, повне випромінювання Юпітера 2,9 разів перевершує енергію, що отримується від Сонця, і велика частина випромінюваної їм енергії обумовлена внутрішнім джерелом тепла. У цьому сенсі Юпітер ближче до зіркам, ніж до планет земного типу. Проте джерелом внутрішньої енергії Юпітера не є, звичайно, ядерні реакції. Мабуть, випромінюється запас енергії, накопичений при гравітаційному стисненні планети (у процесі формування планети з протопланетному туманності гравітаційна, коли гравітаційна енергія пилу й газу, що утворюють планету, повинна переходити в кінетичну і потім в теплову).

Наявність великого потоку внутрішнього тепла означає, що температура досить швидко зростає з глибиною. Згідно з найбільш вірогідним теоретичним моделям вона досягає 400К на глибині 100 км нижче рівня верхньої межі хмар, а на глибині 500 км - близько 1200К. А розрахунки внутрішньої будови показують, що атмосфера Юпітера дуже глибока - 10000 км, але треба відзначити, що основна маса планети (нижче цієї межі) знаходиться в рідкому стані. Водень при цьому знаходиться в виродження, що те ж саме, в металевому стані (електрони відірвані від протонів). При цьому в самій атмосфері водень і гелій, строго кажучи, перебувають на надкритичну стані: щільність в нижніх шарах досягає 0,6-0,7 г/см?, і властивості швидше нагадують рідина, ніж газ. У самому центрі планети (за розрахунками на глибині 30000 км), можливо, знаходиться тверде ядро з важких елементів, що утворилася в результаті злипання частинок металів та кам'яних утворень.

Кільце Юпітера.

Юпитер підносить багато сюрпризів: він генерує потужні полярні сяйва, сильні радіошумів, біля нього міжпланетні апарати спостерігають пилові бурі - потоки дрібних твердих частинок, викинутих в результаті електромагнітних процесів в магнітосфері Юпітера. Дрібні частинки, які отримують електричний заряд при опроміненні сонячним вітром, мають дуже цікавою динамікою: будучи проміжним випадком між макро і мікротеламі, вони приблизно однаково реагують і на гравітаційні і на електромагнітні поля.

Саме з таких дрібних кам'яних часток, в основному складається кільце Юпітера, відкрите в березні 1979 року (непряме виявлення кільця в 1974 р. за даними "Піонера" залишилося невизнаним). Його головна частина має радіус 123-129 тис. км. Це плоске кільце близько 30км товщиною і дуже розріджений - воно відображає лише кілька тисячних часток відсотка падаючого світла. Більш слабкі пилові структури тягнуться від головного кільця до поверхні Юпітера й утворюють над кільцем товсте гало, що тягнеться до найближчих супутників. Побачити кільце Юпітера з Землі практично неможливо: воно дуже тонке і постійно повернуто до спостерігача ребром з-за малого нахилу осі обертання Юпітера до площини його орбіти.

Внутрішні і зовнішні супутники Юпітера.

У Юпітера виявлено 16 лун. Дві з них - Іо та Європа - розміром з нашу Місяць, а інші два - Ганімед і Каллісто - перевершили її за діаметром приблизно в півтора рази. Каллісто дорівнює за розмірами Меркурію, а Ганімед його обігнав. Щоправда, вони знаходяться далі від своєї планети, ніж Місяць від Землі. Тільки Іо видно в небі Юпітера як яскравий червонуватий диск (або півмісяць) місячних розмірів, Європа, Ганімед і Каллісто виглядають в кілька разів менше Місяця.

Володіння Юпітера досить великі: вісім зовнішніх супутників настільки віддалені від нього, що їх не можна було б спостерігати з самої планети неозброєним оком. Походження супутників загадково: половина з них рухається навколо Юпітера в зворотний бік (у порівнянні зі зверненням інших 12 супутників і напрямом добового обертання самої планети). Самий зовнішній супутник Юпітера в 200 разів далі від нього, ніж найближчий. Наприклад, якщо висадитися на один з найближчих супутників, то помаранчевий диск планети займе півнеба. А з орбіти самого далекого супутника диск гіганта Юпітера виглядатиме майже в два рази менше місячного.

Супутники Юпітера - це найцікавіші світи, кожен зі своїм обличчям та історією, які відкривалися нам тільки в космічну еру.

Іо

Це самий близький до Юпітера Галілеєм супутник, він віддалений від центру планети на 422 тис. км, тобто трохи далі, ніж Місяць від Землі. Завдяки величезній масі Юпітера період звернення Іо набагато коротше місячного місяця і складає всього 42,5 г. Для спостерігача в телескоп це самий непосидючий супутник: практично кожен день Іо видно на новому місці, перебігаючи з одного боку Юпітера на іншу.

По масі и радіусу (1815км) Іо схожа на Місяць. Самая сенсаційна особливість Іо полягає в тому, що вона вулканічно активна! На її жовто-помаранчевої поверхні "Вояджери" виявили 12 діючих вулканів, вивергають султани висотою до 300км. Основний його викидають газ - діоксид сірки, замерзають потім на поверхні у вигляді твердого білої речовини. Домінуючим помаранчевим кольором супутник зобов'язаний сполук сірки. Вулканічно активні області Іо нагріті до 300 ° С.

Постійно над планетою піднімається фонтан газу висотою 300 км. Потужний підземний гул стрясає грунт, з жерла вулкана з величезною швидкістю (до 1 км/с) вилітають разом з газом камені і після вільного безатмосферних падіння з величезної висоти врізаються у поверхню в багатьох сотнях кілометрів від вулкана. З деяких вулканічних кальдери (так називаються казаноподібну западини, що утворилися внаслідок провалу вершини вулкану) вихлюпується розплавлена чорна сірка і розтікається гарячими річками. на фотографіях "Вояджер" видно чорні озера і навіть цілі моря розплавленої сірки.

Найбільше лавове морі біля вулкана Локі має розмір 20 км у поперечнику. У центрі його розташований потрісканий помаранчевий острів з твердої сірки. Чорні моря Іо коливаються в помаранчевих берегах, а в небі над ними нависає громада Юпітера ...

Існування таких пейзажів надихнуло багато художників.

Вулканічна активність Іо обумовлена гравітаційним впливом на неї інших тіл системи Юпітера. Перш за все, сама гігантська планета своїм потужним тяжінням створила два приливних горба на поверхні супутника, які загальмували обертання Іо, так що вона завжди звернена до Юпітера однією стороною - як Місяць до Землі. Орбіта Іо не є точним кругом, горби злегка переміщуються по її поверхні, що призводить до розігрівання внутрішніх шарів планети. У ще більшій мірі цей ефект викликається приливними впливами інших масивних супутників Юпітера, першу чергу найближчої до Іо Європі. Постійне розігрівання надр призвело до тому, що Іо є самим вулканічно активним тілом Сонячної системи.

На відміну від земних?? вулканів, у яких потужні виверження епізодичні, вулкани на Іо працюють практично не перестаючи, хоча активність їх може змінюватися. вулкани і гейзери викидають частина речовини навіть у космос. Тому вздовж орбіти Іо плазмовий тягнеться шлейф з іонізованих атомів кисню і сірки і нейтральних хмар атомарних натрію і калію.

Ударні кратери на Іо відсутні через інтенсивної вулканічної переробки поверхні. На ній є кам'яні масиви висотою до 9 км. Щільність Іо досить висока - 3000 кг/м 3. Під частково розплавленої оболонкою з силікатів у центрі супутника розташоване ядро з великим вмістом заліза і його з'єднань.

Європа.

Європа має радіус трохи менше, ніж у Іо - 1569км. З галілеєвих супутників у Європи сама світла поверхня з явними ознаками водяного льоду. Існує припущення про те, що під крижаною кіркою існує водний океан, а під ним тверде силікатне ядро. Щільність Європи дуже висока - 3500кг/м3. Цей супутник був знищений від Юпітера на 671000 км.

Геологічна історія Європи не має нічого спільного з історією сусідніх супутників. Європа одне з найбільш гладких тіл у сонячній системі: на ній немає височин більше ста метрів висотою. Вся крижана поверхню супутника покрита мережею смуг величезною довжиною. Темні смуги довжиною в тисячі кілометрів - це сліди глобальної системи тріщин по всій Європі. Існування цих тріщин пояснюється тим, що крижана поверхня досить рухома і неодноразово розколювалася від внутрішніх напружень і великомасштабних тектонічних процесів.

З-за того, що поверхня молода (усього 100млн. років), на майже не помітно ударних метеоритних кратерів, які у великій кількості виникали 4,5 млрд. років тому. Учені знайшли на Європі тільки п'ять кратерів діаметром 10-30 км.

Ганімед.

Ганімед є найбільшим супутником планет у Сонячній системі, його радіус дорівнює 2631 км. Щільність мала, у порівнянні з Іо і Європою, всього 1930кг/м3. Відстань від Юпітера складає 1,07 млн. км. Всю поверхню Ганімеда можна розділити на дві групи: перша, що займає 60% території, представляє собою дивні смуги льоду, породжені активними геологічними процесами 3,5 млрд. років тому, друга, що займає інші 40%, являє собою стародавню потужну крижану кору, вкриту численними метеоритними кратерами, потрібно також відзначити, що ця кора було частково разломлена і оновлена тими ж процесами, що й згадані вище.

З точки зору космічного геолога Ганімед-найпривабливіше тіло серед супутників Юпітера. Він має змішаний силікатно-крижаний склад: мантію з водяного льоду і кам'яне ядро. Його щільність 1930 кгм ^ 3. В умовах низьких температур і високих внутрішніх тисків водяний лід може існувати в кількох модифікаціях з різними типами кристалічної решітки. Багата геологія Ганімеда багато в чому визначається складними переходами між цими різновидами льоду. Поверхня супутника припорошена шаром пухкої кам'яно-крижаний пилу товщиною від декількох метрів до декількох десятків метрів.

Каллісто.

Це другий за величиною супутник в системі Юпітера, його радіус 2400км. Серед галілеєвих супутників Каллісто найдальший: відстань від Юпітера 1,88 млн. км, період обертання становить 16,7 доби. Щільність силікатно-крижаний Каллісто мала -- 1830кг/м3. Поверхня Каллісто до краю насичена метеоритними кратерами. Темний колір Каллісто - результат силікатних та інших домішок. Каллісто - саме кратерірованное тіло Сонячної системи з усіх відомих. Величезною сили удар метеорита викликав освіта гігантської структури, оточеній кільцевими хвилями, - Вальхалли. У центрі її знаходиться кратер діаметром 350 км, а в радіусі 2000 км від нього концентричними колами розташовуються гірські хребти.

У Юпітера усередині орбіти Іо відкривається кілька маленьких супутників. Три з них -- Метіда, Адрастея і Теба-виявлені за допомогою міжпланетних станцій, і про них відомо небагато. Метида і Атрастея (їх діаметри 40 і 20 км відповідно) рухаються по краю головного кільця Юпітера, по одній орбіті радіусом 128000км. Ці самі швидкі супутники роблять оборот навколо гіганта Юпітера за 7 год з швидкістю понад 100000 км/ч.

Більш віддалений супутник Теба розташований посередині між Іо і Юпітером-на відстані 222 тис. км від планети, його діаметр близько 100 км.

Найбільш великий внутрішній супутник Амальтерея має неправильну форму (розміри 270 * 165 * 150 км) і покритий кратерами; він складається з тугоплавких порід темно-червоного кольору. Амальтелія виявлена американським астрономом Едуардом Бернардом в 1892 р. і стала п'ятим за рахунком відкритим супутником Юпітера. Вращается вона по орбіті радіусом 181 тис. км.

Внутрішні супутники Юпітера і його чотири головні місяці розташовані поблизу площини екватора планети на майже кругових орбітах. У орбіт цих восьми супутників ексцентрісети і способу настільки малі, що жоден з них не відхиляється від "ідеальної" кругової траєкторії більш ніж на один градус. Такі супутники називаються регулярними.

Решта вісім супутників Юпітера відносяться до нерегулярним і відрізняються значними ексцентрісетамі і нахил орбіти. У своєму русі вони можуть вони можуть міняти віддаленість від планети в 1,5-2 рази, порушуючи при цьому від її екваторіальній площині на багато мільйонів кілометрів. Ці вісім зовнішніх супутників Юпітера згруповані у дві команди, котрі були названі по найбільш великим тіл: група Гімалія, куди також входять Леда, Лісітея і Елара; і група Пасіфе з Ананке, Карме і Синопі. Ці супутники відкривалися за допомогою наземних телескопів протягом 70 років (1904 -1974). Середні радіуси планет групи Гімалія відповідають 11,1-11,7 млн км. супутники групи Гімалія здійснюють оборот навколо Юпітера за 240-260 діб, а групи Пасіфе - за 630-760 діб, тобто більш ніж за два роки. Власні радіуси супутників дуже малі: у групі Гімалія-від 8 км у Леди до 90 км у Гімалія; в групі Пасіфе-від 15 до 35 км. вони чорні і нерівні. Зовнішні супутники, що входять до групи Пасіфе, обертаються навколо Юпітера у зворотний бік.

Вчені ще не прийшли до єдиної думки про походження нерегулярних супутників. (Вважається, що регулярні внутрішні супутники сформувалися з навколопланетному газопилового диска в результаті злипання багатьох дрібних частинок.) Ясно тільки, що важливу роль у формуванні зовнішніх супутників грав захоплення Юпітером астероїдів. Комп'ютерні розрахунки показують, що, можливо, група Пасіфе виникла в результаті систематичного захоплення планетою дрібних частинок і астероїдів на зворотні орбіти у зовнішній області околоюпітеріанского диска.

Список літератури

Жарков В.Н. "Внутрішня будова Землі і планет", М.: Наука, 1974 рік.

Енциклопедія для дітей. Т. 8. Астрономія/Глав. ред. М.Д. Аксьонова - М.: Аванта +, 1997 рік, 688с: ил.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/