Юпитер
| Юпитер | |
|---|---|
| Планета | |
| Орбитальные характеристики | |
| Перигелий |
7,405736⋅108 км
(4,950429 а. e.) [1] |
| Афелий |
8,165208⋅108 км
(5,458104 а. e.) [1] |
| Большая полуось (a) |
7,785472⋅108 км
(5,204267 а. e.) [2] |
| Эксцентриситет орбиты (e) | 0,048775[1] |
| Сидерический период обращения | 4332,589 дня (11,8618 года)[1] |
| Синодический период обращения | 398,88 дня[1] |
| Орбитальная скорость (v) | 13,07 км/с (средн.)[1] |
| Наклонение (i) |
1,304° (относительно эклиптики)
6,09° (относительно солнечного экватора) |
| Долгота восходящего узла (Ω) | 100,55615°[1] |
| Аргумент перицентра (ω) | 275,066° |
| Чей спутник | Солнце |
| Спутники | 115[3] |
| Физические характеристики | |
| Полярное сжатие | 0,06487[1] |
| Экваториальный радиус | 71 492 ± 4 км[1] |
| Полярный радиус | 66 854 ± 10 км[1] |
| Средний радиус | 69 911 ± 6 км[4] |
| Площадь поверхности (S) |
6,21796⋅1010 км²
121,9 земных |
| Объём (V) |
1,43128⋅1015 км³
1321,3 земных |
| Масса (m) |
1,8986⋅1027 кг
317,8 земных |
| Средняя плотность (ρ) | 1326 кг/м³[1] |
| Ускорение свободного падения на экваторе (g) | 24,79 м/с² (2,535 g) |
| Первая космическая скорость (v1) | 42,58 км/с |
| Вторая космическая скорость (v2) | 59,5 км/с[1] |
| Экваториальная скорость вращения | 12,6 км/с или 45 300 км/ч |
| Период вращения (T) | 9,925 часа[1] |
| Наклон оси | 3,13° |
| Прямое восхождение северного полюса (α) |
17 ч 52 мин 14 с
268,057° |
| Склонение северного полюса (δ) | 64,496° |
| Альбедо |
0,343 (Бонд)[1]
0,52 (геом. альбедо) [1] |
| Видимая звёздная величина | от −1,61 до −2,94 |
| Абсолютная звёздная величина | −9,4 |
| Угловой диаметр | 29,8″—50,1″ |
| Атмосфера | |
| Атмосферное давление | 20—220 кПа[5] |
| Шкала высоты | 27 км |
| Состав: | |
| Медиафайлы на Викискладе | |
| Информация в Викиданных ? |
| 89,8±2,0 % | Водород (H2) |
| 10,2±2,0 % | Гелий (He) |
| ~0,3 % | Метан (CH4) |
| ~0,026 % | Аммоний (NH4+) |
| ~0,003 % | Дейтерид водорода (HD) |
| 0,0006 % | Этан (CH3−CH3) |
| 0,0004 % | Вода (H2O) |
| Льды: | |
| Аммоний | |
| Вода | |
| Гидросульфид аммония (NH4SH) |
Юпи́тер — самая большая планета в Солнечной системе, пятая по отдалённости от Солнца[6]. Наряду с Сатурном Юпитер классифицируется как газовый гигант.
Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца.
Ряд атмосферных явлений на Юпитере — штормы, молнии, полярные сияния, — имеют масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XIX (а возможно, и с XVII) века.
Юпитер имеет по крайней мере 101 спутник[7], первые и самые крупные из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.
Исследования Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-х годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео», «Юнона» и другие.
Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры. Диск и спутники Юпитера являются популярными объектами наблюдения для астрономов-любителей, сделавших ряд открытий (например, кометы Шумейкеров — Леви, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году, или исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера в 2010 году).
Юпитер играет важную роль в защите Земли своим мощным гравитационным полем от бомбардировки крупными небесными телами[8].
В инфракрасной области спектра лежат линии молекул H2 и He, а также линии множества других элементов[10]. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных — о её внутренней эволюции.
Однако молекулы водорода и гелия не имеют дипольного момента, а значит, абсорбционные линии этих элементов незаметны до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. Это с одной стороны, с другой — эти линии образуются в самых верхних слоях атмосферы и не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере получены со спускаемого аппарата «Галилео»[10].
Что же касается остальных элементов, то при их анализе и интерпретации тоже возникают трудности. Пока что нельзя с полной уверенностью сказать, какие процессы происходят в атмосфере Юпитера и насколько сильно они влияют на химический состав — как во внутренних областях, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально изменить распределения вещества[11].
Также Юпитер излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца[12][13][14]. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год[15].
По мнению П. Боденхеймера (1974), когда планета только сформировалась, она была в 2 раза больше и её температура была значительно выше, чем в настоящее время[16].
Излучение Юпитера в гамма-диапазоне связано с полярным сиянием, а также с излучением диска[17]. Впервые зарегистрировано в 1979 году космической лабораторией имени Эйнштейна.
На Земле области полярных сияний в рентгене и ультрафиолете практически совпадают, однако на Юпитере это не так. Область рентгеновских полярных сияний расположена гораздо ближе к полюсу, чем ультрафиолетовых. Ранние наблюдения выявили пульсацию излучения с периодом в 40 минут, однако в более поздних наблюдениях эта зависимость проявляется гораздо хуже.
Ожидалось, что рентгеновский спектр авроральных сияний на Юпитере схож с рентгеновским спектром комет, однако, как показали наблюдения на Chandra, это не так. Спектр состоит из эмиссионных линий с пиками у кислородных линий вблизи 650 эВ, у OVIII линий при 653 эВ и 774 эВ, а также у OVII на 561 эВ и 666 эВ. Существуют также линии излучения при более низких энергиях в спектральной области от 250 до 350 эВ, возможно, они принадлежат сере или углероду[18].
Гамма-излучение, не связанное с полярным сиянием, впервые было обнаружено при наблюдениях на ROSAT в 1997 году. Спектр схож со спектром полярных сияний, однако в районе 0,7-0,8 кэВ[17]. Особенности спектра хорошо описываются моделью корональной плазмы с температурой 0,4-0,5 кэВ с солнечной металличностью, с добавлением эмиссионных линий Mg10+ и Si12+. Существование последних, возможно, связано с солнечной активностью в октябре-ноябре 2003 года[17].
Наблюдения космической обсерватории XMM-Newton показали, что излучение диска в гамма-спектре — это отражённое солнечное рентгеновское излучение. В отличие от полярных сияний, никакой периодичности изменения интенсивности излучения на масштабах от 10 до 100 мин обнаружено не было.
Юпитер — самый мощный (после Солнца) радиоисточник Солнечной системы в дециметровом — метровом диапазонах длин волн. Радиоизлучение имеет спорадический характер и в максимуме всплеска достигает 106 Янских[19].
Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц (чаще всего около 18 МГц), в среднем их ширина составляет примерно 1 МГц. Длительность всплеска невелика: от 0,1-1 с (иногда до 15 с). Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, степень поляризации достигает 100 %. Наблюдается модуляция излучения близким спутником Юпитера Ио, вращающимся внутри магнитосферы: вероятность появления всплеска больше, когда Ио находится вблизи элонгации по отношению к Юпитеру. Монохроматический характер излучения говорит о выделенной частоте, скорее всего гирочастоте. Высокая яркостная температура (иногда достигает 1015 K) требует привлечения коллективных эффектов (типа мазеров)[19].
Радиоизлучение Юпитера в миллиметровом — короткосантиметровом диапазонах имеет чисто тепловой характер, хотя яркостная температура несколько выше равновесной, что предполагает поток тепла из недр. Начиная с волн ~9 см Tb (яркостная температура) возрастает — появляется нетепловая составляющая, связанная с синхротронным излучением релятивистских частиц со средней энергией ~30 МэВ в магнитном поле Юпитера; на волне 70 см Tb достигает значения ~5⋅104 K. Источник излучения расположен по обе стороны планеты в виде двух протяжённых лопастей, что указывает на магнитосферное происхождение излучения[19][20].
Из наблюдений движения естественных спутников, а также из анализа траекторий космических аппаратов можно восстановить гравитационное поле Юпитера. Оно заметно отличается от сферически-симметричного из-за быстрого вращения планеты. Обычно гравитационный потенциал представляется в виде разложения по полиномам Лежандра[11]:
| Jn |
J 2 |
J 4 |
J6 |
|---|---|---|---|
| Значение | 1,4697⋅10−2 | −5,84⋅10−4 | 0,31⋅10−4 |
где — гравитационная постоянная, — масса планеты, — расстояние до центра планеты, — экваториальный радиус, — полярный угол, — полином Лежандра -го порядка, — коэффициенты разложения.
При пролёте аппаратов Пионер-10, Пионер-11, Вояджер-1, Вояджер-2, Галилео и Кассини для вычисления гравитационного потенциала использовались: измерение эффекта Доплера аппаратов (для отслеживания их скорости), изображение, передаваемое аппаратами для определения их местоположения относительно Юпитера и его спутников, радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами[21]. Для Вояджера-1 и Пионера-11 пришлось учитывать и гравитационное влияние Большого красного пятна[22].
Кроме того, при обработке данных приходится постулировать верность теории о движении галилеевых спутников вокруг центра Юпитера. Для точных вычислений большой проблемой является также учёт ускорения, имеющего негравитационный характер[22].
По характеру гравитационного поля также можно судить о внутреннем строении планеты[23].
Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км[24], что в 11,2 раза превышает радиус Земли[1] .
Юпитер — единственная планета, у которой центр масс с Солнцем находится вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса.
Масса Юпитера в 2,47 раза[25] превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых[26], в 317,8 раз — массу Земли[1] и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца[24]. Плотность (1326 кг/м³) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м³)[1]. При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 45 кг, будет весить столько же, сколько весит тело массой 100 кг[2] на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с² на Юпитере против 9,8 м/с² для Земли[1].
Большинство из известных на настоящее время экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (MJ) и радиус (RJ) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров[27].
Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие изменения массы не повлекли бы за собой сколько-нибудь значительных изменений радиуса. Однако если бы масса Юпитера превышала его реальную массу в четыре раза, то плотность планеты возросла бы до такой степени, что под действием возросшей гравитации размеры планеты сильно бы уменьшились. Таким образом, по всей видимости, Юпитер имеет максимальный диаметр, который может иметь планета с подобными строением и историей. С дальнейшим увеличением массы сжатие планеты продолжалось бы до тех пор, пока в процессе формирования звезды Юпитер не стал бы коричневым карликом с массой, превосходящей его нынешнюю примерно в 50 раз[28][29]. Это даёт астрономам основания считать Юпитер «неудавшейся звездой», хотя неясно, схожи ли процессы формирования таких планет, как Юпитер, с теми, что приводят к формированию двойных звёздных систем. Хотя, для того чтобы стать звездой, Юпитеру потребовалось бы быть в 75 раз массивнее, самый маленький из известных красных карликов всего лишь на 30 % больше в диаметре[30][31].
| Великие противостояния Юпитера с 1951 по 2070 год | ||
|---|---|---|
| год | дата | расстояние,
а. е. |
| 1951 | 2 октября | 3,94 |
| 1963 | 8 октября | 3,95 |
| 1975 | 13 октября | 3,95 |
| 1987 | 18 октября | 3,96 |
| 1999 | 23 октября | 3,96 |
| 2010 | 21 сентября | 3,95 |
| 2022 | 26 сентября | 3,95 |
| 2034 | 1 октября | 3,95 |
| 2046 | 6 октября | 3,95 |
| 2058 | 11 октября | 3,95 |
| 2070 | 16 октября | 3,95 |
При наблюдениях с Земли во время противостояния Юпитер может достигать видимой звёздной величины в −2,94m, это делает его третьим по яркости объектом на ночном небе после Луны и Венеры. При наибольшем удалении видимая величина падает до −1,61m. Расстояние между Юпитером и Землёй меняется в пределах от 588 до 967 млн км[32].
Противостояния Юпитера происходят с периодом раз в 13 месяцев. Раз в 12 лет происходят великие противостояния Юпитера, когда планета находится около перигелия своей орбиты. В этот период времени его угловой размер для наблюдателя с Земли достигает 50 угловых секунд, а блеск — ярче −2,9m[33].
Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет 778,57 млн км (5,2 а. е.), а период обращения составляет 11,86 года[24][34]. Поскольку эксцентриситет орбиты Юпитера 0,0488, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 76 млн км.
Основной вклад в возмущения движения Юпитера вносит Сатурн. Первого рода возмущение — вековое, действующее в масштабе ~70 тысяч лет[35], меняет эксцентриситет орбиты Юпитера от 0,02 до 0,06, а наклон орбиты от ~1° — 2°. Возмущение второго рода — резонансное с соотношением, близким к 2:5 (с точностью до 5 знаков после запятой — 2:4,96666[36][37]).
Экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты (наклон оси вращения составляет 3,13° против 23,45° для Земли[1]), поэтому на Юпитере не бывает смены времён года[38][39].
Юпитер вращается вокруг своей оси быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы[40]. Период вращения у экватора — 9 ч 50 мин 30 с, а на средних широтах — 9 ч 55 мин 40 с[41].
Из-за быстрого вращения экваториальный радиус Юпитера (71492 км) больше полярного (66854 км) на 6,49 %; таким образом, сжатие планеты составляет (1:51,4)[1].
В настоящее время наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным: низкая концентрация воды в атмосфере, отсутствие твёрдой поверхности и т. д. Однако ещё в 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака[42]. Даже на небольшой глубине в юпитерианской атмосфере температура и плотность достаточно высоки[2], и возможность, по крайней мере, химической эволюции исключать нельзя, поскольку скорость и вероятность протекания химических реакций благоприятствуют этому. Однако возможно существование на Юпитере и водно-углеводородной жизни: в слое атмосферы, содержащем облака из водяного пара, температура и давление также весьма благоприятны. Карл Саган совместно с Э. Э. Солпитером, проделав вычисления в рамках законов химии и физики, описали три воображаемые формы жизни, способные существовать в атмосфере Юпитера[43]:
- Синкеры (англ. sinker — «грузило») — крошечные организмы, размножение которых происходит очень быстро и которые дают большое количество потомков. Это позволяет выжить части из них при наличии опасных конвекторных потоков, способных унести синкеров в горячие нижние слои атмосферы;
- Флоатеры (англ. floater — «поплавок») — гигантские (величиной с земной город) организмы, подобные воздушным шарам. Флоатер откачивает из воздушного мешка гелий и оставляет водород, что позволяет ему держаться в верхних слоях атмосферы. Он может питаться органическими молекулами или вырабатывать их самостоятельно, подобно земным растениям;
- Хантеры (англ. hunter — «охотник») — хищные организмы, охотники на флоатеров.
| Распространённость элементов в соотношении с водородом на Юпитере и Солнце [44] | ||
|---|---|---|
| Элемент | Солнце | Юпитер/Солнце |
| He/H | 0,0975 | 0,807 ± 0,02 |
| Ne/H | 1,23⋅10−4 | 0,10 ± 0,01 |
| Ar/H | 3,62⋅10−6 | 2,5 ± 0,5 |
| Kr/H | 1,61⋅10−9 | 2,7 ± 0,5 |
| Xe/H | 1,68⋅10−10 | 2,6 ± 0,5 |
| C/H | 3,62⋅10−4 | 2,9 ± 0,5 |
| N/H | 1,12⋅10−4 | 3,6 ± 0,5 (8 бар)
3,2 ± 1,4 (9—12 бар) |
| O/H | 8,51⋅10−4 | 0,033 ± 0,015 (12 бар)
0,19-0,58 (19 бар) |
| P/H | 3,73⋅10−7 | 0,82 |
| S/H | 1,62⋅10−5 | 2,5 ± 0,15 |
[44]
Химический состав внутренних слоёв Юпитера невозможно определить современными методами наблюдений, однако распределение химических элементов во внешних слоях атмосферы известно с относительно высокой точностью, поскольку они непосредственно исследовались спускаемым аппаратом «Галилео» с 7 декабря 1995 года[45].
Два основных компонента атмосферы Юпитера — молекулярный водород и гелий[44].
Атмосфера содержит также немало простых соединений, например, воду (H2O), метан (CH4), сероводород (H2S), аммиак (NH3) и фосфин (PH3)[44]. Их количество в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере подразумевает, что атмосфера Юпитера богата углеродом, азотом, серой и, возможно, кислородом по фактору 2-4 относительно Солнца[44].
Другие химические соединения, арсин (AsH3) и герман (GeH4), присутствуют, но в незначительных количествах.
Концентрация инертных газов, аргона, криптона и ксенона, превышает их количество на Солнце (см. таблицу), а концентрация неона явно меньше. Присутствует незначительное количество простых углеводородов: этана, ацетилена и диацетилена, — которые формируются под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и заряженных частиц, прибывающих из магнитосферы Юпитера. Диоксид углерода, моноксид углерода и вода в верхней части атмосферы, как полагают, своим присутствием обязаны столкновениям с атмосферой Юпитера комет — например, таких, как комета Шумейкеров — Леви 9. Вода не может прибывать из тропосферы, потому что тропопауза, действующая как холодная ловушка, эффективно препятствует поднятию воды до уровня стратосферы[44].
Красноватые вариации цвета Юпитера могут объясняться наличием соединений фосфора (красный фосфор[46]), серы, углерода[47] и, возможно, органики, возникающей благодаря электрическим разрядам в атмосфере[46]. В эксперименте, (довольно тривиально) симулирующем нижние слои атмосферы, проведённом Карлом Саганом, в среде коричневатых толинов был обнаружен 4-кольцовый хризен, a преобладающими для данной смеси являются полициклические ароматические углеводороды с 4 и более бензольными кольцами, реже с меньшим количеством колец[48]. Поскольку цвет может сильно варьироваться, предполагается, что химический состав атмосферы также различен в разных местах. Например, имеются «сухие» и «мокрые» области с разным содержанием водяного пара.
На данный момент наибольшее признание получила следующая модель внутреннего строения Юпитера:
- Атмосфера. Её делят на три слоя[47]:
- внешний слой, состоящий из водорода;
- средний слой, состоящий из водорода (90 %) и гелия (10 %);
- нижний слой, состоящий из водорода, гелия и примесей аммиака, гидросульфида аммония и воды, образующих три слоя облаков[47]:
- вверху — облака из оледеневшего аммиака (NH3). Его температура составляет около −145 °C, давление — около 1 атм[2];
- ниже — облака кристаллов гидросульфида аммония (NH4HS);
- в самом низу — водяной лёд и, возможно, жидкая водавероятно, имеется в виду — в виде мельчайших капель. Давление в этом слое составляет около 1 атм, температура примерно −130 °C (143 К). Ниже этого уровня планета непрозрачна[47].
- вверху — облака из оледеневшего аммиака (NH
- Слой металлического водорода. Температура этого слоя меняется от 6 300 до 21 000 К, а давление от 200 до 4000 ГПа.
- Каменное ядро.
Построение этой модели основано на синтезе наблюдательных данных, применении законов термодинамики и экстраполяции лабораторных данных о веществе, находящемся под высоким давлением и при высокой температуре. Основные предположения, положенные в её основу:
- Юпитер находится в гидродинамическом равновесии;
- Юпитер находится в термодинамическом равновесии.
Если к этим положениям добавить законы сохранения массы и энергии, получится система основных уравнений.
В рамках этой простой трёхслойной модели чёткой границы между основными слоями не существует, однако и области фазовых переходов невелики. Следовательно, можно сделать допущение, что почти все процессы локализованы, и это позволяет каждый слой рассматривать отдельно.
Температура в атмосфере растёт немонотонно. В ней, как и на Земле, можно выделить экзосферу, термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу[50].
В самых верхних слоях температура велика; по мере продвижения вглубь давление растёт, а температура падает до тропопаузы; начиная с тропопаузы и температура, и давление растут по мере продвижения вглубь. В отличие от Земли, на Юпитере нет мезосферы и соответствующей ей мезопаузы[50].
В термосфере Юпитера происходит довольно много интересных процессов: именно здесь планета теряет излучением значительную часть своего тепла, именно здесь формируются полярные сияния, именно тут формируется ионосфера. За её верхнюю границу взят уровень давления в 1 нбар. Наблюдаемая температура термосферы 800—1000 К, и на данный момент этот фактический материал до сих пор не получил объяснения в рамках современных моделей, так как в них температура не должна быть выше примерно 400 К[51]. Охлаждение Юпитера — тоже нетривиальный процесс: трёхатомный ион водорода (H3+), кроме Юпитера, найденный только на Земле, вызывает сильную эмиссию в средней инфракрасной части спектра на длинах волн между 3 и 5 мкм[51][52].
Согласно непосредственным измерениям спускаемого аппарата, верхний уровень непрозрачных облаков характеризовался давлением в 1 атмосферу и температурой −107 °C; на глубине 146 км — 22 атмосферы, +153 °C[53]. Также «Галилео» обнаружил «тёплые пятна» вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок и можно видеть более тёплые внутренние области.
Под облаками находится слой глубиной 7-25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет своё состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000 °C). Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует[54][55]. Это может выглядеть примерно как непрерывное кипение глобального водородного океана[24].
Металлический водород возникает при больших давлениях (около миллиона атмосфер) и высоких температурах, когда кинетическая энергия электронов превышает потенциал ионизации водорода. В итоге протоны и электроны в нём существуют раздельно, поэтому металлический водород является хорошим проводником электричества[56][57]. Предполагаемая толщина слоя металлического водорода — 42-46 тыс. км[56][58].
Мощные электротоки, возникающие в этом слое, порождают гигантское магнитное поле Юпитера[12][24]. В 2008 году Реймондом Джинлозом из Калифорнийского университета в Беркли и Ларсом Стиксрудом из Лондонского университетского колледжа была создана модель строения Юпитера и Сатурна, согласно которой в их недрах находится также металлический гелий, образующий своеобразный сплав с металлическим водородом[59][60][61][62][63].
С помощью измеренных моментов инерции планеты можно оценить размер и массу её ядра. На данный момент считается, что масса ядра — 10 масс Земли, а размер — 1,5 её диаметра[13][38][64].
Юпитер выделяет существенно больше энергии, чем получает от Солнца. Исследователи предполагают, что Юпитер обладает значительным запасом тепловой энергии, образовавшимся в процессе сжатия материи при формировании планеты[56]. Прежние модели внутреннего строения Юпитера, стараясь объяснить избыточную энергию, выделяемую планетой, допускали возможность радиоактивного распада в её недрах или освобождение энергии при сжатии планеты под действием сил тяготения[56].
Локализовать все процессы внутри независимых слоёв невозможно: необходимо объяснять недостаток химических элементов в атмосфере, избыточное излучение и т. д.
Различие в содержании гелия во внешних и во внутренних слоях объясняют тем, что гелий конденсируется в атмосфере и в виде капель попадает в более глубокие области. Данное явление напоминает земной дождь, но только не из воды, а из гелия.
Недавно было показано, что в этих каплях может растворяться неон. Тем самым объясняется и недостаток неона[65].
Учёные-планетологи из Калифорнийского университета Мона Делитски вместе с Кевином Бейтсом утверждают, что превращение углеродной сажи в графит, а затем в алмаз очень вероятно на газовых гигантах Сатурне и Юпитере. Алмазные частички продолжают нагреваться, приближаясь к ядру планеты. Таким образом, расплавляются настолько, что превращаются в жидкие алмазные капли.
Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 км/ч.
В отличие от Земли, где циркуляция атмосферы происходит за счёт разницы солнечного нагрева в экваториальных и полярных областях, на Юпитере воздействие солнечной радиации на температурную циркуляцию незначительно; главными движущими силами являются потоки тепла, идущие из центра планеты, и энергия, выделяемая при быстром движении Юпитера вокруг своей оси[66].
Ещё по наземным наблюдениям астрономы разделили пояса и зоны в атмосфере Юпитера на экваториальные, тропические, умеренные и полярные. Поднимающиеся из глубин атмосферы нагретые массы газов в зонах под действием значительных на Юпитере кориолисовых сил вытягиваются вдоль параллелей планеты, причём противоположные края зон движутся навстречу друг другу. На границах зон и поясов (области нисходящих потоков) существует сильная турбулентность[47][66]. Севернее экватора потоки в зонах, направленные к северу, отклоняются кориолисовыми силами к востоку, а направленные к югу — к западу. В южном полушарии — соответственно, наоборот[66]. Схожей структурой на Земле обладают пассаты.
Характерной особенностью внешнего облика Юпитера являются его полосы. Существует ряд версий, объясняющих их происхождение. Так, по одной из версий, полосы возникали в результате явления конвекции в атмосфере планеты-гиганта — за счёт подогрева и, как следствие, поднятия одних слоёв и охлаждения и опускания вниз других. Весной 2010 года[67] учёными была выдвинута гипотеза, согласно которой полосы на Юпитере возникли в результате воздействия его спутников[67][68]. Предполагается, что под влиянием притяжения спутников на Юпитере сформировались своеобразные «столбы» вещества, которые, вращаясь, и сформировали полосы[67][68].
Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и тёмных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне (примерно на 20 км), а их светлая окраска объясняется, видимо, повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже тёмные облака поясов состоят, предположительно, из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Период обращения колеблется на несколько минут в зависимости от широты[13]. Это приводит к существованию устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих параллельно экватору в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе достигают от 50 до 150 м/с и выше[66]. На границах поясов и зон наблюдается сильная турбулентность, которая приводит к образованию многочисленных вихревых структур[66][69]. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет.
Возникнув, вихрь поднимает на поверхность облаков нагретые массы газа с пара́ми малых компонентов. Образующиеся кристаллы аммиачного снега, растворов и соединений аммиака в виде снега и капель, обычного водяного снега и льда постепенно опускаются в атмосфере, пока не достигают уровней, на которых температура достаточна высока, и испаряются. После чего вещество в газообразном состоянии снова возвращается в облачный слой[66].
Летом 2007 года телескоп «Хаббл» зафиксировал резкие изменения в атмосфере Юпитера. Отдельные зоны в атмосфере к северу и югу от экватора превратились в пояса, а пояса — в зоны. При этом изменились не только формы атмосферных образований, но и их цвет[70].
9 мая 2010 года астроном-любитель Энтони Уэсли (англ. Anthony Wesley, также см. ниже) обнаружил, что с лика планеты внезапно исчезло одно из самых заметных и самых стабильных во времени образований — Южный экваториальный пояс. Именно на широте Южного экваториального пояса расположено «омываемое» им Большое красное пятно. Причиной внезапного исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера считается появление над ним слоя более светлых облаков, под которыми и скрывается полоса тёмных облаков[71]. По данным исследований, проведённых телескопом «Хаббл», был сделан вывод о том, что пояс не исчез полностью, а просто оказался скрыт под слоем облаков, состоящих из аммиака[72].
Расположение полос, их ширины, скорости вращения, турбулентность и яркость периодически изменяются[73][74][75][76]. В каждой полосе развивается свой цикл с периодом порядка 3-6 лет. Наблюдаются и глобальные колебания с периодом 11-13 лет. Численный эксперимент[77] даёт основание считать эту переменность подобной явлению цикла индекса, наблюдаемому на Земле[78].
Большое красное пятно — овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. Было открыто Робертом Гуком в 1664 году[26]. В настоящее время оно имеет размеры 15×30 тыс. км (диаметр Земли ~12,7 тыс. км), а 100 лет назад наблюдатели отмечали в 2 раза бо́льшие размеры. Иногда оно бывает не очен
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80
