Если вы посмотрите на северо-западную часть неба после захода Солнца (юго-западную в северном полушарии), то вы обнаружите одну яркую точку света, которая легко выделяется по отношению ко всему, что находится вокруг нее. Это и есть планета , сияющая интенсивным и ровным светом.

Сегодня люди могут изучить этот газовый гигант как никогда. После путешествия длинной в пять лет и десятилетий проведенных в планировании, космический аппарат NASA под названием Juno наконец-то достиг орбиты Юпитера.

Таким образом, человечество становится свидетелем вступления в новый этап исследования самого большого из газовых гигантов в нашей Солнечной системе. Но что мы знаем о Юпитере и с какой базой должны вступить в эту новую научную веху?

Размер имеет значение

Юпитер - это не только один из самых ярких объектов в ночном небе, но и самая большая планета в Солнечной системе. Именно благодаря размерам Юпитер и является столь ярким. Более того, масса газового гиганта превышает более чем в два раза массу всех других планет, лун, комет и астероидов в нашей системе вместе взятых.

Огромный размер Юпитера позволяет предположить, что он мог быть самой первой планетой, сформировавшейся на орбите Солнца. Считается, что планеты возникли из обломков, оставшихся после того, как межзвездное облако газа и пыли объединялось во время формирования Солнца. В начале своей жизни наша, тогда еще молодая звезда, породила ветер, который сдул большую часть оставшегося межзвездного облака, однако Юпитер был в состоянии частично удержать его.

Более того, в Юпитере заключен рецепт того, из чего сделана сама Солнечная система - его компоненты соответствуют содержанию других планет и малых тел, а процессы, которые происходят на планете являются основополагающими примерами синтеза материалов для формирования столь удивительных и разнообразных миров, как планеты Солнечной системы.

Царь планет

Учитывая отличную видимость, Юпитер, наряду с , и , люди наблюдали в ночном небе еще с древнейших времен. Независимо от культуры и вероисповедания, человечество считало эти объекты уникальными. Уже тогда наблюдатели отмечали, что они не остаются неподвижными в пределах узоров созвездий, подобно звездам, а движутся по определенным законам и правилам. Поэтому древнегреческие астрономы причисляли эти планеты к так называемым «блуждающим звездам», а позже от этого названия появился сам термин «планета».

Примечательно то, насколько точно древние цивилизации обозначили Юпитер. Не зная тогда еще, что он является самой крупной и самой массивной из планет, они назвали эту планету в честь римского царя богов, который также являлся богом неба. В древнегреческой мифологии аналогом Юпитера является Зевс - верховное божество Древней Греции.

Однако Юпитер — не самая яркая из планет, этот рекорд принадлежит Венере. Существуют сильные отличия в траекториях движения Юпитера и Венеры по небу и ученые уже объяснили чем это обусловлено. Оказывается, Венера, будучи внутренней планетой, расположена близко к Солнцу и появляется как вечерняя звезда после захода Солнца или утренняя звезда до восхода Солнца, тогда как Юпитер, являясь внешней планетой, способен странствовать по всему небосклону. Именно такое движение, наряду с высокой яркостью планеты, помогло древним астрономам отметить Юпитер как Царя планет.

В 1610 году, начиная с конца января и до начала марта, астроном Галилео Галилей наблюдал за Юпитером с помощью своего нового телескопа. Он легко идентифицировал и отследил первые три, а затем и четыре яркие точки света на его орбите. Они образовывали прямую линию по обе стороны от Юпитера, но их позиции постоянно и неуклонно менялись по отношению к планете.

В своем труде, который называется Sidereus Nuncius («Толкование Звезд», лат. 1610 г.) Галилей уверенно и совершенно правильно объяснил движение объектов, находящихся на орбите вокруг Юпитера. Позже именно его выводы стали доказательством того, что все объекты на небе вращаются не по орбите , что и привело к конфликту астронома с католической церковью.

Итак, Галилею удалось обнаружить четыре основных спутника Юпитера: Ио, Европу, Ганимеда и Каллисто, – спутники, которые сегодня ученые называют галилеевыми лунами Юпитера. Спустя десятилетия астрономы смогли выявить и остальные спутники, общее количество которых на данный момент составляет 67, что является самым большим количеством спутников на орбите планеты Солнечной системы.

Большое красное пятно

У Сатурна есть кольца, у Земли голубые океаны, а у Юпитера — поразительные яркие и закрученные в полосы облака, формирующиеся под влиянием очень быстрого вращения газового гиганта вокруг своей оси (каждые 10 часов). Наблюдаемые на его поверхности образования в виде пятен представляют собой формирования динамических погодных условий в облаках Юпитера.

Для ученых остается вопросом, насколько глубоко к поверхности планеты проходят эти облака. Считается, что так называемое Большое красное пятно - огромная буря на Юпитере, обнаруженная на его поверхности еще в 1664 году, постоянно сокращается и уменьшается в размерах. Но даже сейчас эта массивная штормовая система превосходит размеры Земли примерно в два раза.

Последние наблюдения космического телескопа «Хаббл» указывают на то, что начиная 1930-х, когда только началось последовательное наблюдение объекта, его размер мог уменьшиться вдвое. В настоящее время многие исследователи говорят о том, что уменьшение размеров Большого красного пятна происходит все более и более быстрыми темпами.

Радиационная опасность

Юпитер имеет самое сильное магнитное поле из всех планет. На полюсах Юпитера магнитное поле в 20 тысяч раз сильнее, чем на Земле, оно простирается на миллионы километров в космос, достигая при этом орбиты Сатурна.

Сердцем магнитного поля Юпитера считается слой жидкого водорода, скрытый глубоко внутри планеты. Водород находится под таким высоким давлением, что он переходит в жидкое состояние. Таким образом, учитывая, что электроны внутри атомов водорода способны передвигаться, он берет на себя характеристики металла и способен проводить электричество. Учитывая быстрое вращение Юпитера, такие процессы создают идеальную среду для создания мощного магнитного поля.

Магнитное поле Юпитера является самой настоящей ловушкой для заряженных частиц (электронов, протонов и ионов), некоторые из которых попадают в него из солнечных ветров, а другие от галилеевых спутников Юпитера, в частности, от вулканического Ио. Некоторые из подобных частиц движутся по направлению к полюсам Юпитера, создавая впечатляющие полярные сияния вокруг, которые в 100 раз ярче, чем сияния на Земле. Другая часть частиц, которая попадает в плен магнитного поля Юпитера, образует его радиационные пояса, превосходящие в разы любые версии поясов Ван Аллена на Земле. Магнитное поле Юпитера ускоряет эти частицы до такой степени, что они движутся в поясах почти со скоростью света, создавая самые опасные зоны радиационного излучения в Солнечной системе.

Погода на Юпитере

Погода на Юпитере, как и все остальное о планете очень величественна. Над поверхностью все время бушуют штормы, которые постоянно изменяют свою форму, разрастаются на тысячи километров буквально за несколько часов, а их ветры закручивают облака со скоростью 360 километров в час. Именно здесь присутствует так называемое Большое красное пятно, представляет собой бурю, которая длится уже несколько сотен земных лет.

Юпитер завернут в облака состоящие из кристаллов аммиака, их можно рассмотреть в виде полос желтых, коричневых и белых цветов. Облака, как правило, расположены на определенных широтах, также известных как тропические районы. Эти полосы образуются за счет подачи воздуха в различных направлениях на разных широтах. Более легкие оттенки областей, где поднимается атмосфера называются зонами. Темные регионы, где воздушные потоки опускаются — называются поясами.

GIF

Когда эти противоположные потоки взаимодействуют между собой, появляются штормы и турбулентность. Глубина облачного слоя составляет всего 50 километров. Он состоит из, по крайней мере, двух уровней облаков: нижнего, более плотного и верхнего, более тонкого. Некоторые ученые считают, что еще существует тонкий слой водяных облаков под слоем из аммиака. Молнии на Юпитере могут быть в тысячу раз мощнее, чем молнии на Земле, а хорошей погоды на планете практически не бывает.

Несмотря на то, что большинству из нас при упоминании колец вокруг планеты на ум приходит Сатурн с его ярко выраженными кольцами, у Юпитера они тоже есть. Кольца Юпитера в основном состоят из пыли, что делает их трудно различимыми. Формирование этих колец, как полагают, произошло за счет силы тяжести Юпитера, которая захватила материал, выброшенный из его спутников в результате их столкновений с астероидами и кометами.

Планета - рекордсмен

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что Юпитер является самой крупной, самой массивной, самой быстро вращающейся, и наиболее опасной планетой Солнечной системы. Он имеет самое сильное магнитное поле и наибольшее число известных спутников. Кроме того, считается, что именно он захватил нетронутый газ из межзвездного облака, которое и породило наше Солнце.

Сильное гравитационное влияние этого газового гиганта помогло переместить материал в нашей Солнечной системе, притягивая лед, воду и органические молекулы из внешних холодных областей Солнечной системы в ее внутреннюю часть, где эти ценные материалы и могли быть захвачены гравитационным полем Земли. На это указывает и тот факт, что п ервые планеты, которые астрономы обнаруживали на орбитах других звезд, практически всегда относились к классу так называемых горячих Юпитеров - экзопланет, массы которых схожи с массой Юпитера, а расположение на орбите своих звезд является достаточно близким, что обуславливает высокую температуру поверхности.

И вот теперь, когда космический аппарат Juno уже находится на орбите этого величественного газового гиганта, у научного мира появилась возможность выяснить некоторые тайны формирования Юпитера. Будет ли подтверждена теория о том, что все началось с каменистого ядра, которое затем привлекло огромную атмосферу или же происхождение Юпитера больше похоже на образование звезды, сформировавшейся из солнечной туманности? На эти другие вопросы ученые планируют найти ответы во время следующей 18-месячной миссии Juno, посвященной детальному исследованию Царя планет.

Первое зарегистрированное упоминание Юпитера было отображено у древних вавилонян в 7-м или 8-м веке до н.э. Юпитер назван так в честь царя римских богов и бога неба. Греческим эквивалентом является Зевс, — повелитель молний и грома. У жителей Месопотамии данное божество было известно как Мардук, — покровитель города Вавилона. Германские племена называли планету как Донар, который был также известен как Тор.
Открытие Галилеем четырех спутников Юпитера в 1610 году было первым доказательством вращения небесных тел не только по орбите Земли. Данное открытие стало также дополнительным доказательством гелиоцентрической модели Солнечной системы Коперника.
Из восьми планет Солнечной системы на Юпитере самый короткий день. Планета вращается с очень большой скоростью и делает оборот вокруг своей оси каждые 9 часов и 55 минут. Такое быстрое вращение вызывает эффект уплощения планеты и именно поэтому она иногда выглядит сплюснутой.
Один оборот по орбите вокруг Солнца у Юпитера занимает 11,86 земных лет. Это означает, что если смотреть на планету с Земли, кажется что она перемещается в небе очень медленно. Юпитеру необходимы месяцы для того, чтобы перейти от одного созвездия к другому.

1,8986×10 27 кг Средняя плотность 1,326 г/см³ Ускорение свободного падения на экваторе 24,79 м/с² Вторая космическая скорость 59,5 км/с Скорость вращения (на экваторе) 12,6 км/с или 45 300 км/ч Период вращения 9,925 часов Наклон оси вращения 3,13° Прямое восхождение на северном полюсе 17 ч 52 мин 14 с
268,057° Склонение на северном полюсе 64,496° Альбедо 0,343 (Бонд)
0,52 (геом.альбедо)

Планета была известна людям с глубокой древности, нашла своё отражение в мифологии и религиозных верованиях многих культур.

Юпитер состоит преимущественно из водорода и гелия. Скорее всего, в центре планеты имеется каменное ядро из более тяжёлых элементов под высоким давлением. Из-за быстрого вращения форма Юпитера - сплюснутый сфероид (он обладает значительной выпуклостью вокруг экватора). Внешняя атмосфера планеты явно разделена на несколько вытянутых полос вдоль широт, и это приводит к бурям и штормам вдоль их взаимодействующих границ. Заметный результат этого - Большое Красное Пятно , гигантский шторм, который известен с XVII века . По данным спускаемого аппарата «Галилео », давление и температура при углублении в атмосферу быстро растут. Юпитер обладает мощной магнитосферой .

Спутниковая система Юпитера состоит, по крайней мере, из 63 спутников , включая 4 больших спутника, называемые также «галилеевыми », которые были обнаружены Галилео Галилеем в 1610 году . Спутник Юпитера Ганимед имеет диаметр превосходящий диаметр Меркурия . Под поверхностью Европы обнаружен глобальный океан, а Ио известен тем, что на нём действуют самые мощные в Солнечной системе вулканы. У Юпитера имеются слабые планетарные кольца .

Юпитер исследовался восемью межпланетными станциями НАСА . Наибольшее значение имели исследования с помощью аппаратов «Пионер » и «Вояджер », и позднее «Галилео », сбросившим зонд в атмосферу планеты. Последним аппаратом, посетившим Юпитер, был зонд «Новые горизонты », направляющийся к Плутону .

Наблюдение

Параметры планеты

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает радиус Земли .

Масса Юпитера более чем в 2 раза превышает суммарную массу всех остальных планет солнечной системы, в 318 раз - массу Земли и всего в 1000 раз меньше массы Солнца. Если бы Юпитер был примерно в 60 раз массивнее, он мог бы стать звездой. Плотность Юпитера примерно равна плотности Солнца и значительно уступает плотности Земли.

Экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты, поэтому на Юпитере не бывает смен времён года.

Юпитер вращается вокруг своей оси, причём не как твёрдое тело: угловая скорость вращения уменьшается от экватора к полюсам. На экваторе сутки длятся около 9 ч 50 мин. Юпитер вращается быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы. Вследствие быстрого вращения, полярное сжатие Юпитера весьма заметно: полярный радиус меньше экваториального на 4,6 тыс. км (то есть на 6,5 %).

Всё, что мы можем наблюдать на Юпитере - это облака верхнего слоя атмосферы. Гигантская планета состоит преимущественно из газа и не имеет привычной нам твёрдой поверхности.

Юпитер выделяет в 2-3 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Это может объясняться постепенным сжатием планеты, опусканием гелия и более тяжёлых элементов или процессами радиоактивного распада в недрах планеты.

Большинство из известных на настоящее время экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (M J ) и радиус (R J ) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров.

Внутреннее строение

Юпитер состоит, в основном, из водорода и гелия. 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. Это должно выглядеть как непрерывное кипение глобального водородного океана.

Модель внутренней структуры Юпитера: каменистое ядро, окружённое толстым слоем металлического водорода.

Под жидким водородом находится слой жидкого металлического водорода толщиной, согласно теоретическим моделям, около 30-50 тыс. км. Жидкий металлический водород формируется при давлении в несколько миллионов атмосфер. Протоны и электроны в нём существуют раздельно, и он является хорошим проводником электричества. Мощные электротоки, возникающие в слое металлического водорода, порождают гигантское магнитное поле Юпитера.

Учёные полагают, что Юпитер имеет твёрдое каменное ядро, состоящее из тяжёлых элементов (более тяжёлых, чем гелий). Его размеры - 15-30 тыс. км в диаметре, ядро обладает высокой плотностью. По теоретическим расчётам, температура на границе ядра планеты - порядка 30 000 K , а давление - 30-100 млн атмосфер.

Измерения, сделанные как с Земли, так и зондами, позволили обнаружить, что выделяемая Юпитером энергия, в основном в виде инфракрасного излучения, приблизительно в 1,5 раза больше получаемой им от Солнца. Отсюда ясно, что Юпитер обладает значительным запасом тепловой энергии, образовавшимся в процессе сжатия материи при образовании планеты. В целом считается, что в юпитерианских недрах всё ещё очень жарко - около 30 000 К.

Атмосфера

Атмосфера Юпитера состоит из водорода (81 % по числу атомов и 75 % по массе) и гелия (18 % по числу атомов и 24 % по массе). На долю остальных веществ приходится не более 1 %. В атмосфере присутствуют метан , водяной пар , аммиак ; имеются также следы органических соединений, этана , сероводорода , неона , кислорода , фосфина , серы . Внешние слои атмосферы содержат кристаллы замороженного аммиака.

Облака, находящиеся на разной высоте, имеют свой цвет. Самые высокие из них красные, чуть пониже находятся белые, ещё ниже коричневые, а в самом нижнем слое - синеватые.

Красноватые вариации цвета Юпитера могут объясняться наличием соединений фосфора, серы и углерода. Поскольку цвет может сильно варьироваться, следовательно, химический состав атмосферы также различен в разных местах. Например, имеются «сухие» и «мокрые» области с разным содержанием водяного пара.

Температура внешнего слоя облаков - около −130 °C, однако быстро растёт с глубиной. По данным спускаемого аппарата «Галилео », на глубине 130 км температура равна +150 °C, давление - 24 атмосферы. Давление у верхней границы облачного слоя - около 1 атм, т. е. как у поверхности Земли. «Галилео» обнаружил «тёплые пятна» вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок, и можно видеть более тёплые внутренние области.

Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 км/ч. Циркуляция атмосферы определяется двумя основными факторами. Во-первых, вращение Юпитера в экваториальных и полярных областях неодинаково, поэтому атмосферные структуры вытягиваются в полосы, опоясывающие планету. Во-вторых, имеется температурная циркуляция за счёт тепла, выделяющегося из недр. 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.

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. 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. На границах поясов и зон наблюдается сильная турбулентность, которая приводит к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно , наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет.

В атмосфере Юпитера наблюдаются молнии, мощность которых на три порядка превышает земные, а также полярные сияния . Кроме того, орбитальным телескопом «Чандра » обнаружен источник пульсирующего рентгеновского излучения (названный Большим рентгеновским пятном), причины которого представляют пока загадку.

Большое красное пятно

Большое красное пятно - овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время оно имеет размеры 15×30 тыс. км (значительно больше размеров Земли), а 100 лет назад наблюдатели отмечали в 2 раза большие размеры. Иногда оно бывает не очень чётко видимым. Большое красное пятно - это уникальный долгоживущий гигантский ураган (антициклон), вещество в котором вращается против часовой стрелки и совершает полный оборот за 6 земных суток. Оно характеризуется восходящими течениями в атмосфере. Облака в нём расположены выше, а температура их ниже, чем в соседних областях.

Магнитное поле и магнитосфера

Жизнь на Юпитере

В настоящее время наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным ввиду низкой концентрации воды в атмосфере и отсутствия твёрдой поверхности. В 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака . Следует отметить, что даже на небольшой глубине в юпитерианской атмосфере температура и плотность достаточно высоки, 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 содержащем облака из водяного пара слое атмосферы температура и давление также весьма благоприятны.

Комета Шумейкеров-Леви

След от одного из обломков кометы.

В июле 1992 года к Юпитеру приблизилась комета . Она прошла на расстоянии около 15 тысяч километров от верхней границы облаков и мощное гравитационное воздействие планеты-гиганта разорвало её ядро на 17 больших частей. Этот кометный рой был обнаружен на обсерватории Маунт-Паломар супругами Кэролайн и Юджином Шумейкерами и астрономом-любителем Дэвидом Леви. В 1994 году , при следующем сближении с Юпитером, все обломки кометы врезались в атмосферу планеты с огромной скоростью - около 64 километров в секунду. Этот грандиозный космический катаклизм наблюдался как с Земли, так и с помощью космических средств, в частности, с помощью Космического телескопа «Хаббл» , инфракрасного спутника IUE и межпланетной космической станции «Галилео» . Падение ядер сопровождалось интересными атмосферными эффектами, например, полярными сияниями , чёрными пятнами в местах падения ядер кометы, климатическими изменениями.

Пятно в районе Южного полюса Юпитера.

Примечания

Ссылки

Спутники Юпитера Перечисление в группах в порядке возрастания большой полуоси орбиты
Внутренние спутники	Метида · Адрастея · Амальтея · Фива
Галилеевы спутники	Ио · Европа · Ганимед · Каллисто
Группа Фемисто	Фемисто
Группа Гималии	Леда · Гималия · Лиситея · Элара · S/2000 J 11
Группа Карпо	Карпо · S/2003 J 12
Группа Ананке	Эвпорие · S/2003 J 3 · S/2003 J 18 · Тельксиное · Эванте · Гелике ·

Юпитер является пятой по счету планетой Солнечной системы и относится к группе газовых гигантов. Название свое он получил от римского бога Юпитера, аналогом которого в греческой мифологии является Зевс. В статье приводится информация о параметрах Солнечной системы, о периоде обращения Юпитера вокруг Солнца и о других характеристиках этого гиганта.

Прежде чем рассматривать вопрос о том, сколько составляет звездный период обращения Юпитера вокруг Солнца, охарактеризуем систему, в которой находится этот газовый гигант.

Солнечная система представляет собой совокупность главной звезды и 8 планет, которые вращаются вокруг этой звезды. Эта система находится в одном из рукавов галактики Млечный Путь на расстоянии 33 000 световых лет от ее центра. Помимо планет, в состав Солнечной системы также входят малые планеты-карлики, астероиды, кометы, метеориты и другие небольшие космические тела.

Согласно одной из распространенных гипотез, рассматриваемая космическая система образовалась из гигантского облака газа и пыли приблизительно 4,7 млрд лет назад благодаря процессам фрагментации и коллапса.

Планеты Солнечной системы

До 24 августа 2006 года считалось, что в Солнечной системе существует 9 планет, однако после введения Международным астрономическим союзом специального класса "планеты карлики", Плутон перешел в их число и количество планет сократилось до 8.

Планеты представляют собой космические тела округлой формы, которые вращаются вокруг звезды Солнце по эллиптическим орбитам и вокруг собственной оси. Расстояние от планеты до звезды называется радиусом ее орбиты, а поскольку орбита имеет эллиптическую форму, то таких радиуса два: большой и малый. Как правило, расстояние до каждой следующей планеты от Солнца в 2 раза больше, чем до предыдущей. Все планеты Солнечной системы, за исключением Меркурия и Венеры, обладают спутниками, то есть космическими телами, вращающимися вокруг них. Самым известным из таких спутников является Луна.

Самые близкие к Солнцу планеты называются внутренними, их 4 (Меркурий, Венера, Земля и Марс). Все эти планеты характеризуются небольшими размерами, высокой плотностью образующей их материи (твердое тело), небольшой скоростью вращения вокруг собственной оси, а также наличием незначительного количества естественных спутников. Планеты, расположенные на периферии Солнечной системы, называются гигантами. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Для них характерна низкая плотность вещества (газ), быстрое вращение вокруг оси и большое количество спутников. Кроме того, период обращения вокруг Солнца планет Юпитер, Сатурн и других гигантов значительно больше периода внутренних планет.

Юпитер является самой большой планетой рассматриваемой системы, а Меркурий - самой маленькой. Венера по размеру и массе близка Земле, а Марс имеет в 2 раза меньшую массу, чем Земля.

Помимо описанных планет и их спутников, в Солнечной системе много астероидов и комет. Большое количество астероидов вращается между орбитами Марса и Юпитера (астероидный пояс).

Что представляет собой планета Юпитер?

Юпитер - это самая яркая планета нашего небосвода. Кроме того, по размерам он занимает второе место после самого Солнца. Если сложить все массы планет Солнечной системы, то масса Юпитера будет почти в 2 раза больше. Масса этого гиганта в 318 раз больше земной, а его объем в 1317 раз больше размеров нашей планеты. Некоторые ученые полагают, что Юпитеру больше лет, чем самому Солнцу.

Юпитер состоит в основном из гелия и водорода, которые находятся в газообразном состоянии. Среди его главных особенностей атмосферы можно назвать большое красное пятно (огромный антициклон, расположенный в тропической зоне планеты), структуру его облаков, которые имеют вид темных и светлых лент, а также высокую динамику его атмосферы, в которой дуют ветра со скоростью до 500 км/ч.

Юпитер обращается вокруг своей оси быстрее, чем за 10 часов, что является рекордным значением для Солнечной системы. Прежде чем говорить о периоде обращения Юпитера вокруг Солнца в земных сутках, следует отметить, что средний радиус его орбиты составляет 778 млн км, что приблизительно равно 5 расстояниям от нашей звезды до нашей планеты.

Теории образования Юпитера

Существует две теории образования этой планеты-гиганта:

1. Планета сформировалась из ледяной как 10 планет Земля, которая постепенно собрала газ вокруг себя из околокосмического пространства.
2. Планета образовалась благодаря гравитационному коллапсу, который подобен таковому при образовании звезд.

Обе теории имеют право на существование, однако невозможно объяснить некоторые факты о Юпитере. Например, почему планета имеет такие большие размеры, так же неясно, как невозможно объяснить насыщенность атмосферы этого гиганта благородными газами. Изучение внутренней структуры планеты должно внести ясность в эти и другие вопросы.

Период обращения Юпитера вокруг Солнца

Как уже выше было сказано, Юпитер находится на расстоянии 5,2 астрономические единицы (АЕ) от Солнца, то есть в 5,2 раза дальше, чем Земля. Согласно измеренным данным, период обращения Юпитера вокруг Солнца - 12 лет, за это время Земля успевает сделать почти 12 оборотов вокруг Солнца. Более точное значение периода Юпитера - 11,86 земного года.

Выше было отмечено, что форма орбиты любой планеты Солнечной системы является эллипсом, однако у Юпитера она является практически круглой. Доказать это можно простым способом. Средний радиус орбиты этого гиганта составляет R = 778412026 км. Если найти длину окружности орбиты планеты (2*pi*R, где pi = 3,14) и поделить ее на среднюю скорость движения гиганта по своей орбите v = 13,0697 км/с, то можно получить значение периода обращения Юпитера равное 11,86 года, что точно совпадает с измеренным экспериментально значением.

Справедливости ради отметим, что во время своего орбитального вращения Юпитер приближается к звезде на минимальное расстояние 4,95 АЕ, а удаляется на максимальное расстояние 5,46 АЕ, это означает, что форма его орбиты отличается от идеальной окружности приблизительно на 4,8 %.

Если выразить период обращения Юпитера вокруг Солнца в земных сутках, тогда это число составит 11 лет 315 суток и 1,1 час или 4334 суток с учетом високосных лет.

Особенность вращения планеты-гиганта по своей орбите

Раскрывая вопрос о том, какой период обращения Юпитера вокруг Солнца в сутках, следует рассказать об одном любопытном факте. Мы привыкли думать, что Юпитер, подобно остальным планетам, вращается вокруг нашей звезды, однако это не совсем так. Всему виной масса газового гиганта, которая всего в 1000 раз меньше массы Солнца. Для сравнения отметим, что масса нашей голубой планеты в 330 тысяч раз меньше массы Солнца, а - второй по размерам планеты Солнечной системы - в 3500 раз меньше солнечной.

В то же время из физики известно, что два тела, которые вращаются друг вокруг друга, в действительности вращаются вокруг общего центра тяжести или барицентра. Если одно из этих двух тел имеет намного большую массу, чем второе тело, то барицентр практически совпадает с центром массы первого массивного тела. Последняя ситуация наблюдается, если рассматривать вращение любой планеты вокруг Солнца.

Если же речь идет о вращении Юпитера, то в реальности, благодаря влиянию сильной гравитации этого гиганта, наша звезда также вращается по некоторой небольшой орбите, радиус которой равен 1,068 радиуса Солнца. Описанное явление приведено ниже на рисунке, где словом Jupiter обозначен Юпитер.

Где можно увидеть Юпитер на небосводе?

Поскольку Юпитер находится дальше от Солнца, чем наша планета, и период обращения Юпитера вокруг Солнца значительно больше, чем это значение для Земли, гиганта можно увидеть в любой точке эклиптики, причем могут существовать и его затмения Солнцем. Отметим, что планеты Венера и Меркурий находятся ближе к нашей звезде, чем Земля, поэтому их увидеть можно только в направлении Солнца.

Юпитер является второй по счету самой яркой планетой (первая Венера), которую можно увидеть на небосводе невооруженным взглядом. Планета имеет бело-желтый цвет. С помощью телескопа видны атмосфера и спутники этого гиганта.

С астрономическими параметрами и движением тел в Солнечной системе тесно связана наука астрология, которая основывается на существовании корреляции между небесными и земными событиями. В настоящее время выделяют два основных вида астрологии: западная (популярна в Европе и Америке) и восточная (Китай, Индия).

В западной астрологии существует 12 созвездий, образующих зодиакальный круг, который Солнце, если смотреть с Земли, проходит в течение 1-го земного года. Линия, по которой наша звезда совершает свое годовое движение, называется эклиптикой. Все созвездия зодиака, при их рассмотрении с Земли, образуют полосу шириной 30 o , посередине этой полосы проходит линия эклиптики.

В астрологии считается, что когда Солнце расположено вблизи определенного созвездия зодиака, то люди, родившиеся в это время, будут обладать определенными качествами. Но эти качества определяются не только временем года, когда родился человек, но и положением планет в Солнечной системе.

Юпитер в астрологии

В астрологии эта планета представляет собой коммуникабельность человека. Она связана с путешествиями, философией и религиозными верованиями. В соответствии с периодом обращения Юпитера вокруг Солнца, планете нужен почти 1 земной год, чтобы пройти весь зодиакальный круг. Юпитер считается планетой-покровителем для знаков зодиака Стрелец и Рыбы.

Юпитер является пятой планетой от Солнца, самой большой в Солнечной системе. Полосы и завитки на его поверхности представляют собой холодные, разогнанные ветром облака, состоящие из аммиака и воды. Атмосфера в основном состоит из гелия и водорода, а известное Большое красное пятно - это гигантская буря, размеры которой превышают Землю, продолжающаяся сотни лет. Юпитер окружен 53 подтвержденными лунами, а также 14 временными, что в общей сложности составляет 67. Ученые больше всего интересуются четырьмя самыми крупными объектами, открытыми в 1610 г. Галилео Галилеем: Европой, Каллисто, Ганимедом и Ио. Юпитер также имеет три кольца, но их очень трудно увидеть, и они не столь изящны, как у Сатурна. Планета названа в честь верховного римского бога.

Сравнительные размеры Солнца, Юпитера и Земли

От светила планета удалена в среднем на 778 млн км, что составляет 5,2 На таком расстоянии свету требуется 43 минуты, чтобы добраться до газового гиганта. Размер Юпитера по сравнению с Солнцем настолько внушителен, что их барицентр выходит за пределы поверхности светила на 0,068 его радиуса. Планета значительно больше Земли и гораздо менее плотная. Их объем соотносится как 1:1321, а масса - как 1:318. От центра до поверхности размер Юпитера в км составляет 69911. Это в 11 раз шире нашей планеты. Размер Юпитера и Земли можно сравнить следующим образом. Если бы наша планета была с пятак, то газовый гигант был бы с баскетбольный мяч. Размер Солнца и Юпитера в диаметре соотносятся как 10:1, а масса планеты составляет 0,001 массы светила.

Орбита и вращение

У газового гиганта самый короткий день в Солнечной системе. Несмотря на размеры Юпитера, сутки на планете длятся около 10 ч. Год, или оборот вокруг Солнца, занимает около 12 земных лет. Экватор наклонен по отношению к ее орбитальной траектории всего на 3 градуса. Это означает, что Юпитер вращается почти в вертикальном положении и не имеет таких выраженных смен времен года, которые происходят на нашей и других планетах.

Формирование

Планета сформировалась вместе со всей Солнечной системой 4,5 миллиарда лет назад, когда гравитация привела к его образованию из вращающейся пыли и газа. обусловлены тем, что он захватил большую часть массы, оставшейся после формирования звезды. Ее объем в два раза превысил остальное вещество других объектов Солнечной системы. Он состоит из того же вещества, что и звезда, но размер планеты Юпитер не вырос достаточно для запуска термоядерной реакции. Около четырех миллиардов лет тому назад газовый гигант оказался в своем нынешнем положении во внешней Солнечной системе.

Структура

Состав Юпитера похож на солнечный — в основном это гелий и водород. Глубоко в атмосфере давление и температура растут, сжимая газообразный водород в жидкость. Из-за этого у Юпитера самый большой океан в Солнечной системе, состоящий из водорода вместо воды. Ученые считают, что на глубинах, возможно, на полпути к центру планеты, давление становится настолько большим, что электроны выдавливаются из атомов водорода, превращая его в жидкий электропроводящий металл. Быстрое вращение газового гиганта вызывает в нем электрические токи, генерирующие сильное магнитное поле. До сих пор неизвестно, есть ли у планеты центральное ядро из твердого материала, или оно представляет собой густой сверхгорячий суп из железа и силикатных минералов (подобных кварцу) с температурой до 50 000 °C.

Поверхность

Как газовый гигант, Юпитер не имеет истинной поверхности. Планета состоит в основном из вращающихся газов и жидкостей. Так как космический корабль не сможет приземлиться на Юпитер, то он не сможет и улететь невредимым. Экстремальные давления и температуры глубоко внутри планеты раздавят, расплавят и испарят корабль, который попытается на нее попасть.

Атмосфера

Юпитер внешне выглядит как цветной гобелен облачных полос и пятен. Газовая планета, вероятно, имеет три отдельных облачных слоя в ее «небе», которые вместе охватывают около 71 км. Верхний состоит из аммиачного льда. Средний слой, скорее всего, образуют кристаллы гидросульфида аммония, а внутренний - водяной лед и пар. Яркие цвета толстых полос на Юпитере могут быть выбросами серы и фосфорсодержащих газов, поднимающиеся из его недр. Быстрое вращение планеты создает сильные вихревые потоки, разделяя облака на длинные темные пояса и светлые зоны.

Отсутствие твердой поверхности, способной их замедлить, позволяет пятнам Юпитера сохраняться в течение многих лет. Планету охватывает более десятка господствующих ветров, некоторые достигают скорости 539 км/ч на экваторе. Размеры Красного пятна на Юпитере в два раза шире Земли. Образование закрученной овальной формы наблюдается на гигантской планете уже более 300 лет. Еще совсем недавно три небольших овала образовали маленькое Красное пятно, около половины размера большего кузена. Ученые пока не знают, являются ли эти овалы и опоясывающие планету полосы неглубокими или простираются далеко в глубину.

Потенциал для жизни

Окружающая среда Юпитера, вероятно, не способствует жизни, как мы ее знаем. Температуры, давления и вещества, которые характеризуют эту планету, скорее всего, слишком экстремальны и летальны для живых организмов. Хотя Юпитер является маловероятным местом для живых существ, того же нельзя сказать о некоторых из его многих спутников. Европа - одно из наиболее вероятных мест для поиска жизни в нашей Солнечной системе. Есть свидетельства существования под ледяной корой огромного океана, в котором может поддерживаться жизнь.

Спутники

Множество мелких и четыре большие образуют Солнечную систему в миниатюре. У планеты 53 подтвержденных сателлита, а также 14 временных, что дает в общей сложности 67. Об этих недавно открытых спутниках сообщили астрономы и Международный астрономический союз дал им временное обозначение. Как только их орбиты будут подтверждены, они будут включены в число постоянных.

Четыре крупнейшие спутника — Европа, Ио, Каллисто и Ганимед — впервые были обнаружены в 1610 г. астрономом Галилео Галилеем с помощью ранней версии телескопа. Эти четыре луны сегодня представляют одно из самых увлекательных направлений исследований. Ио является самым вулканически активным телом в Солнечной системе. Ганимед - самый большой из них (даже больше, чем планета Меркурий). Второй по размеру спутник от Юпитера - Каллисто - мало имеет небольших кратеров, что указывает на малую степень текущей поверхностной активности. Океан жидкой воды с ингредиентами для жизни может лежать под ледяной корой Европы, делая ее заманчивым объектом для изучения.

Кольца

Обнаруженные в 1979 году аппаратом НАСА «Вояджер-1» кольца Юпитера стали сюрпризом, так как оказались составленными из темных частиц небольшого размера, которые можно увидеть только против солнца. Данные с космического аппарата «Галилео» говорят о том, что система колец может быть образована пылью межпланетных метеорных тел, разбившихся о малые внутренние спутники.

Магнитосфера

Магнитосфера газового гиганта - это область пространства, находящегося под влиянием мощного магнитного поля планеты. Она простирается на расстояние 1-3 млн км к Солнцу, что в 7-21 раз превышает размеры Юпитера и сужается в форме хвоста головастика на 1 млрд км, достигая орбиты Сатурна. Огромное магнитное поле в 16-54 раза мощнее земного. Оно вращается с планетой и захватывает частицы, обладающие электрическим зарядом. Возле Юпитера оно улавливает полчища заряженных частиц и ускоряет их до очень высоких энергий, создавая интенсивное излучение, которое бомбардирует ближайшие спутники и способное повредить космический аппарат. Магнитное поле вызывает одни из наиболее впечатляющих в Солнечной системе на полюсах планеты.

Исследование

Хотя Юпитер был известен с древних времен, первые детальные наблюдения этой планеты были сделаны Галилео Галилеем в 1610 г. с помощью примитивного телескопа. И только недавно его посетили космические корабли, спутники и зонды. 10-й и 11-й «Пионеры», 1-й и 2-й «Вояджеры» первыми полетели на Юпитер в 1970 годах, а потом на орбиту газового гиганта был отправлен «Галилео», а в атмосферу был спущен зонд. «Кассини» сделал подробные фотографии планеты на пути к соседнему Сатурну. Следующая миссия «Джуно» прибыла на Юпитер в июле 2016 г.

Знаменательные события

• 1610: Галилео Галилей впервые произвел детальные наблюдения планеты.
• 1973: первый космический аппарат «Пионер-10» пересек и пролетел мимо газового гиганта.
• 1979: первый и второй «Вояджеры» обнаружили новые луны, кольца и вулканическую активность на Ио.
• 1992: 8 февраля мимо Юпитера пролетел «Улисс». Гравитация изменила траекторию космического аппарата в сторону от плоскости эклиптики, выведя зонд на окончательную орбиту над южным и северным полюсами Солнца.
• 1994: в районе южного полушария Юпитера произошло столкновение с фрагментами кометы Шумейкера-Леви.
• 1995-2003: космический аппарат «Галилео» сбросил зонд в атмосферу газового гиганта и провел длительные наблюдения планеты, ее колец и спутников.
• 2000: «Кассини» совершил свой самый близкий подход к Юпитеру на расстояние примерно 10 млн км, сделав очень подробную цветную мозаичную фотографию газового гиганта.
• 2007: снимки, сделанные космическим кораблем НАСА New Horizons на пути к Плутону, показали новые перспективы атмосферных бурь, кольца, вулканический Ио и ледяную Европу.
• 2009: астрономы наблюдали падение кометы или астероида на южное полушарие планеты.
• 2016: запущенная в 2011 г. «Джуно» прибыла на Юпитер и начала проведение углубленных исследований атмосферы планеты, ее глубинного строения и магнитосферы с целью разгадки ее происхождения и эволюции.

Поп-культура

Огромные размеры Юпитера не уступают и его значительному присутствию в поп-культуре, включая фильмы, телепередачи, видеоигры и комиксы. Газовый гигант стал заметным пунктом в научно-фантастическом фильме сестер Вачовски «Восхождение Юпитер», различные спутники планеты стали обителью «Облачного атласа», «Футурамы», «Гало» и многих других лент. В фильме «Люди в черном», когда агент Джей (Уилл Смит) говорит о том, что одна из его учительниц казалась ему родом с Венеры, агент Кей (Томми Ли Джонс) ответил, что она на самом деле с одного из спутников Юпитера.

планета Юпитер

Общие сведения о планете Юпитер. Планета-гигант

Рис.1 Юпитер. Снимок аппарата Cassini от 8 октября 2000г. Credit: NASA/JPL/University of Arizona

Ближайшей к Земле планетой-гигантом и крупнейшим, после Солнца космическим телом Солнечной системы, является Юпитер. Название своё Юпитер получил в честь верховного римского бога. И это справедливо. Фактически планета Юпитер формирует своего рода миниатюрную Солнечную систему: более 60 спутников, 4 из которых превышают по размеру Плутон, а Ганимед - Меркурий, обращаются вокруг гигантской планеты, которая по химическому составу, плотности, походит скорее на звезду, чем планету. И будь Юпитер приблизительно в восемьдесят раз более массивнее, мы относили бы его к звёздам!

В настоящее время планету Юпитер посетили 8 космических аппаратов и запланированы полёты ещё двух. Составлены карты планеты, сделаны многочисленные фотоснимки, проведены исследования атмосферы и магнитосферы. Но вопросов у учёных меньше не становится.

Возьмём к примеру самую заметную деталь юпитерианской атмосферы - Большое Красное Пятно, существующее уже более 350 лет. С чем связана его столь длительный срок жизни не знает никто.

Или возможность существования жизни в подлёдных океанах спутников планеты. Вопрос безусловно чрезвычайно интересный и важный. Ответить на него может уже в ближайшие пятнадцать лет программа Europa Jupiter System Mission.

Ещё одним вопросом является эволюция и формирование самой большой планеты Солнечной системы.

В данной главе описаны практически все известные факторы итере, изучив которые вы сможете сами попытаться ответить на перечисленные вопросы.

Наблюдения планеты Юпитер с Земли

Людям планета Юпитер известна очень давно. Её знали все астрономы древности: в Перу, Египте, Древней Греции и Риме... Ведь на ночном небе Юпитер - один из самых ярких объектов, уступающий в блеске только Солнцу, Луне, Венере, и, иногда, Марсу, во время великого противостояния последнего. Угловой диаметр Юпитера - около 40". Альбедо в обычных условиях составляет 0,52.

Во время противостояний, когда Юпитер подходит к Земле на расстояние всего 588 млн. км. (обычно он лежит на 200 млн. км. дальше), он виден как чуть желтоватая звезда -2,6 звёздной величины, блеск которой достигает почти -3m. В это время Юпитер самая яркая после Луны и Венеры звезда на ночном небосводе. Противостояния происходят раз в 13 месяцев. А раз в 12 лет происходят т.н. великие противостояния, когда Юпитер находится в точке перигелия, а его угловой диаметр составляет 50".

При наблюдениях Юпитера в телескоп или бинокль видны также кольца планеты и галилеевы спутники: Ганимед, Европа, Ио и Каллисто.

История исследования планеты Юпитер

Юпитер является одной из планет видимых невооруженным взглядом. Людям он известен очень давно: на ночном небе его наблюдали ещё жители Древнего Египта, Месопотамии и Китая. У каждого из народов планета называлась по разному: в месопотамской культуре - Мулу-баббар, т.е. «белая звезда», в вавилонской - Мардук (в честь верховного бога и покровителя Вавилона), в китайской - Суй-син или звезда года, в греческой - Фаэтон и позже - Зевс, в римской - Юпитер. В английском языке слово четверг буквально переводится как "день Тора", т.е. день бога грома и молнии в германо-скандинавской мифологии, который был связан с планетой Юпитер.

Уже в то далёкое время жители Вавилона вели целенаправленные наблюдения за движением планеты и пытались это движение объяснить. Китайские астрономы описывали двенадцатилетний цикл движения Юпитера.

рис.2 Галилео Галилей

Гораздо больше сведений о планете было получено в Средние века с помощью наблюдений в телескопы.

Так в 17 веке итальянский астроном Галилео Галилей с помощью изобретённого им телескопа открыл 4 крупнейших спутника Юпитера, впоследствии названных галилеевыми. Наблюдение послужило подтверждением гелиоцентрической системы Коперника, утверждавшего, что у Вселенной нет центра.

В 60-х годах 17 века Джованни Кассини в телескоп наблюдал на поверхности планеты пятна и полосы, по вращению которых смог вычислить период вращения Юпитера. Выяснилось также, что Юпитер сжат у полюсов. В 1690 году Кассини обнаружил, что разные области атмосферы планеты-гиганта вращаются с разной скоростью.

В 1671 году датский астроном Оле Рёмер, являющийся ещё и коллегой Кассини по Парижской обсерватории, обнаружил при наблюдении затмений спутников Юпитера, что истинное положение спутников отличается от рассчитанного на 22 минуты. Астроном установил, что наибольшей величины отклонение достигает когда Юпитер и Земля находятся по разные стороны от Солнца, на основании чего предположил, что свет проходит диаметр земной орбиты за 22 минуты и в результате вычислил скорость света. Рассчитанная Оле Рёмером величина - 215 тыс.км/с на 85 тыс.км отличается от действительной скорости света.

С 17 века астрономам известен и крупнейший атмосферный вихрь Солнечной системы - Большое Красное Пятно. Первыми его наблюдали английский астроном Роберт Гук в 1664 году и Джованни Кассини в 1665-ом.

В 1831 году наблюдения за красным пятном вёл немецкий астроном Генрих Швабе.

Однако, официальной датой обнаружения Большого Красного Пятна считается 1878 год.

В 1892 году американский астроном Эдвард Эмерсон Барнард обнаружил пятый спутник Юпитера - Амальтею. В течении следующих 87 лет с помощью наблюдений с Земли были открыты ещё 8 спутников планеты: Гималия, Элара, Пасифе, Синопе, Лиситея, Карме, Ананке и Леда.

В 1932 году германский астроном Руперт Вильдт по изображениям планеты Юпитер в инфракрасном диапазоне определил линии поглощения аммиака и метана в спектре планеты, которые в небольших количествах присутствуют в её атмосфере.

В 1938 г. в атмосфере планеты были обнаружены 3 долгоживущих антициклона, известных сегодня под названием "белое пятно". Несмотря на то, что пятна часто приближались друг к другу, лишь в 1998 году они стали сливаться, а затем поглотили третье пятно, став после Большого Красного Пятна самой заметной деталью атмосферы Юпитера.

В 1955 году американцы Бернард Берк и Кеннет Франклин при картографировании неба в диапазоне 22,2 МГц обратили внимание на помехи неизвестной природы, искажавшие сильный радиоисточник в Крабовидной туманности. Как оказалось, сигнал перебивался радиоизлучением Юпитера. Радиоизлучение оказалось состоящим из отдельных всплесков разной продолжительности и мощности: L-всплесков длительностью до нескольких секунд и S-всплесков длительностью в десятые доли секунды.

В 1959 году было обнаружено дециметровое излучение Юпитера, связанное с тороидальным поясом вокруг экватора планеты.

Спустя 5 лет было установлено влияние на радиоизлучение планеты её спутника Ио, многочисленные вулканы которого выбрасывают в космическое пространство проводящее ток вещество. Вещество под воздействием магнитного поля Юпитера излучает радиоволны в дециметровом диапазоне, которые и засекли в 1959 году.

рис.3 Космический аппарат «Пионер-10». Credit: NSSDC

2 марта 1972 года с мыса Кеннеди (сегодня называется мыс Канаверал) носителем «Атлас-Центавр» был запущен космический аппарат «Пионер-10». Спустя 1 год 10 месяцев - 3 декабря 1973 года «Пионер-10» пролетел на расстоянии в 130 тыс.км от Юпитера, сфотографировав планету и установил существование у неё интенсивных радиационных поясов. Мощное магнитное поле позволило учёным сделать вывод о существовании в недрах Юпитера проводящей ток жидкости.

Было также установлено, что количество энергии, излучаемой Юпитером в космическое пространство, в 2,5 раза превосходит количество энергии, получаемой им от Солнца, а также измерена масса спутников планеты.

13 июня 1983 года «Пионер-10» миновал орбиту Плутона, продолжая изучать солнечный ветер и космические лучи. В настоящее время сигналы от аппарата уже не поступают. Последний из сигналов был принят 23 января 2003 года, когда «Пионер-10» преодолел расстояние в 11 световых лет (7,6 млрд.км). Попытки связаться с аппаратом предпринимались 7 февраля 2003 года и 3 марта 2006 года, но они окончились неудачей.

Спустя год после запуска «Пионера-10» аналогичным носителем был запущен космический аппарат «Пионер-11», отличие которого от предыдущего аппарата состояло лишь в наличии индукционного магнитометра для измерения интенсивных магнитных полей вблизи планет. 2 декабря 1974 года аппарат приблизился к Юпитеру на расстояние 43 тыс.км. В результате установленного на борту «Пионера-11» оборудования были сфотографированы Большое Красное Пятно и полярные регионы Юпитера, измерена масса спутника планеты Каллисто. На основании снимков с аппарата учёными впервые были выдвинуты предположения о существовании у Юпитера системы колец.

30 сентября 1995 года, когда «Пионер-11» удалился на расстояние 6,5 млрд.км от Земли, его миссия в связи с исчерпанием энергии была завершена. кратковременные сигналы от аппарата приходили до ноября того же года, однако связаться с ним не удалось.

Сегодня космические аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» вышли за пределы Солнечной системы: первый из них направляется в сторону Альдебарана (созвездие Тельца), второй - в направлении созвездия Щит.

рис.4 «Вояджер-2». Credit: NASA

рис.5 «Вояджер-1». Credit: NASA

В 1977 году с разницей в 16 дней к Юпитеру направились космические аппараты программы «Вояджер». Первоначально программа создавалась для изучения планет Юпитера и Сатурна, а также их спутников, но в связи с успехом достижения всех целей миссия была продолжена. На сегодняшний день аппаратами кроме изучения 2-ух представленных выше планет-гигантов сфотографированы Уран, Нептун, 48 их спутников, исследована магнитосфера планет и их кольца.

Первым 20 августа 77 года с космодрома Космического центра Кеннеди носителем «Титан-Центавр» был запущен «Вояджер-2». 9 июля аппарат подошёл к Юпитеру на расстояние в 570 тыс.км. от верхней границы облаков.

С помощью установленного на аппарате оборудования были изучены циклоны в атмосфере Юпитера, сфотографирована поверхность спутников планеты Европы и Ганимеда. В результате выяснилось, что под поверхностью Европы возможно существование жидкого океана (по-видимому водного), а поверхность Ганимеда покрыта грязным водяным льдом.

Вторым был запущен аппарат «Вояджер-1» - 5 сентября 1977 года. К планете Юпитер он подлетел 5 марта 1979 года и сделал серию снимков планеты с расстояния 207 тыс.км. Были сделаны детальные снимки спутников Юпитера, получены данные о температуре верхних атмосферных слоёв Юпитера и химическом составе атмосферы.

В настоящее время «Вояджеры» удаляются от Солнца, изучая солнечный ветер и внешние области Солнечной системы. Скорость «Вояджера-1» составляет 17 км/с, это наивысшая скорость среди всех космических аппаратов, запущенных с Земли, достигнутая за счёт нескольких гравитационных манёвров. Скорость «Вояджера-2» несколько ниже. Как предполагают учёные связь с аппаратами будет ещё по крайней мере в течении одного десятилетия, что позволит получать важные данные о границах Солнечной системы.

рис.6 Космический аппарат «Галилео». Credit: NASA

18 октября 1989 года с космодрома Космического центра Кеннеди стартовал многоразовый транспортный космический корабль «Атлантис», одной из задач которого был запуск космического аппарата «Галилео». Миссия аппарата «Галилео» заключалась в подробном исследовании Юпитера и его спутников.

Целых 6 лет аппарат путешествовал по ближним областям Солнечной системы: 10 февраля 1990 года прошёл на расстоянии 16 тыс.км от Венеры, затем 8 октября того же года для совершения гравитационного манёвра вернулся к Земле, после чего отправился к астероиду Гаспра, пройдя от него на расстоянии в 1600 км 29 октября 1991 году. На этом путь корабля к Юпитеру не закончился: 8 декабря 1992 года он снова вернулся к Земле, чтобы затем отправится к астероиду Ида, изучив который «Галилео» в июле 1995 года наконец вошёл в пределы системы Юпитера.

Спустя 5 месяцев - 7 декабря 1995 года в атмосферу планеты на скорости сто шесть тысяч километров в час вошёл спускаемый зонд, который проработав 58 минут собрал данные о давлении и температуре юпитерианской атмосферы, которые затем посредством главного аппарата были переданы на Землю. Выяснилось, что внешние облака Юпитера имеют температуру в -80°C и давление в 1,6 атмосфер, тогда как с глубиной температура и давление повышаются: на глубине 130 км температура возросла до +150°C, а давление до 24 атмосфер. Ниже зонд не опустился: расплавился от сильной жары.

Сам аппарат продолжил изучать динамику атмосферы Юпитера и делать высококачественные снимки его поверхности. Для этого «Галилео» с помощью главного двигателя был выведен на орбиту вокруг планеты. За 8 лет нахождения аппарата на орбите он сделал 35 оборотов вокруг Юпитера, передав на Землю свыше 30 гигабайт информации: 14 тысяч изображений планеты и спутников, а также данные о динамике атмосферы, и это несмотря на то, что главная антенна аппарата не раскрылась и поток данных составил лишь 1% от потенциально возможного. Атмосфера, как выяснилось, в разных местах содержит разное количество водяного пара: где-то его содержание в 100 раз ниже чем в среднем в атмосфере, где-то немного выше. Подобные сухие пятна находятся всегда в одних и тех же местах, со временем уменьшаясь или увеличиваясь. В атмосфере были обнаружены грозы и очень мощные электрические разряды, в 1000 раз более мощные чем на Земле.

При исследовании спутников Юпитера было обнаружено, что: у Ио есть собственное магнитное поле, под поверхностью Европы с большой вероятностью имеется водный океан, существование которого было выдвинуто на основании наблюдений «Вояджера-2», наличие жидкой воды в недрах возможно и у спутников Ганимеда и Каллисто.

21 сентября 2003 года миссия аппарата была завершена: «Галилео» со скоростью 50 км/с вошёл в атмосферу Юпитера и сгорел в её верхних слоях.

Кроме рассмотренных выше аппаратов, чьей миссией было всестороннее изучение Юпитера и его спутников, мимо планеты в разные годы пролетали: космический аппарат «Улисс», который 8 февраля 1992 года осуществил в окрестностях планеты гравитационный манёвр перед выходом на околосолнечную полярную орбиту, попутно исследовав магнитосферу; космический аппарат «Кассини-Гюгенс» 30 декабря 2000 года совершавший гравитационный манёвр на расстоянии в 10 млн.км от Юпитера и передавший на Землю снимки высокого разрешения, проведший уникальный эксперимент по измерению магнитного поля планеты сразу с 2-ух точек и обнаруживший ряд интересных явлений; аппарат «Новые горизонты», осуществивший 28 февраля 2007 года в окрестностях Юпитера гравитационный манёвр по пути к Плутону и передавший на Землю качественные фотографии планеты и её спутников, общим объёмом в 33 гигабайт.

Изучение планеты Юпитер идёт и с помощью космического телескопа «Хаббл», который первым сфотографировал полярные сияния на планете, сделал снимки столкновения с планетой обломков кометы Шумейкеров-Леви 9 в июле 1994 года, снимки атмосферных вихрей.

В настоящее время НАСА разрабатывается проект автоматической межпланетной станции «Юнона», запуск которой намечен на август 2011 года. Миссия аппарата очень обширна: после выхода на полярную орбиту «Юнона» займётся изучением магнитного поля планеты и составлением трехмерной карты магнитосферы, исследованием глубоких атмосферных слоёв, структуры и состава атмосферы, построением карты ветров.

На 2020 год запланирован старт программы Europa Jupiter System Mission. Программа, реализуемая при участии NASA, ESA, JAXA и Роскосмоса, предназначена для изучения 4 галилеевых спутников Юпитера и магнитосферы самой планеты, посредством нескольких космических аппаратов: «Jupiter Europa Orbiter» (NASA), предназначенного для исследования Европы и Ио, «Jupiter Ganymede Orbiter» (ESA) для исследования Ганимеда и Каллисто, «Jupiter Magnetospheric Orbiter» (JAXA) с помощью которого будет исследоваться магнитосфера Юпитера, «Jupiter Europa Lander» (Роскосмос), представляющего собой спускаемый зонд для изучения поверхности Европы. В настоящий момент основными являются первые 2 программы: JEO и JGO. Вся программа Europa Jupiter System Mission рассчитана на 9 лет: запуск аппаратов в 2020 году, прилёт к планете в 2026-ом и непосредственно работа аппаратов сроком 3 года.

Орбитальное движение и вращение планеты Юпитер

рис.7 Расстояние от планет до Солнца. Credit: Lunar and Planetary Institute

Вокруг Солнца планета Юпитер движется по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 1°304". Эксцентриситет орбиты составляет 0,0489. Но, несмотря на небольшой эксцентриситет расстояние до Солнца меняется весьма в широких пределах: от 4,95 а.е. в перигелии, до 5,45 а.е. в афелии, в среднем составляя - 5,203 а.е. или 780 млн. км.

Эксцентриситет Юпитера непостоянен, на него действуют 2 рода возмущений Сатурна: вековое и резонансное.

При первом, действующем в масштабе 70 тысяч лет эксцентриситет орбиты планеты меняется в пределах от 0,2 до 0,06, а наклон оси от 1° до 2°.

Второе возмущение связанно с орбитальным резонансом 2-ух крупнейших планет Солнечной системы: период орбитального движения Юпитера составляет 2/5 периода движения по орбите Сатурна.

Двигаясь вокруг Солнца со средней скоростью 13,06 км/с Юпитер совершает один оборот за 11,862 земных года (4332 дня).

Полный оборот планеты вокруг своей оси происходит за гораздо меньший промежуток времени - всего 9 часов 55 минут. По этому показателю Юпитер является быстрейшим в Солнечной системе. В связи с тем, что самая большая планета в Солнечной системе не имеет твёрдой поверхности, фактически представляя собой огромный газовый шар, экваториальные области верхних областей атмосферы вращаются на 5 мин 11 с быстрее полярных и на 4 мин 25 с быстрее вращения всей планеты. Из-за большой скорости вращения Юпитер сильно сжат: коэффициент сжатия больше 6 %. Таким образом планета имеет форму сжатого сфероида.

Ось вращения Юпитера наклонена под углом 3°5" к плоскости орбиты, из-за чего сезонные изменения на планете выражены весьма слабо.

Строение планеты Юпитер. Физические условия на Юпитере

Планета Юпитер не имеет твёрдой поверхности, поэтому, говоря о его размерах, указывают радиус верхней границы облаков, где давление порядка 10 КПа. Исходя из измерений получается, что радиус Юпитера на экваторе равен 71492 км (в 11,2 раза больше земного). Полярный радиус заметно меньше экваториального и равен 66854 км, т.е. сжатие планеты e = 1/16 (Земля у полюсов сжата примерно на 1/298 своего диаметра). Точность, с которой определен радиус Юпитера, невелика.

рис.8 Сравнение планет Солнечной системы. Credit: сайт

Масса Юпитера равняется 1,899 10 27 кг., в 317,8 раз превосходя массу Земли. По этому показателю Юпитер - планета-чемпион, содержащая в себе более 2/3 всех планет Солнечной системы. Несмотря на такую колоссальную массу плотность планеты невелика и составляет всего 1,33 г./см 3 , т.е. в 4 раза ниже плотности Земли и сравнимо с плотностью воды.

Столь низкая плотность - результат химического состава Юпитера, который отличен от земного. Если на Земле преобладающими химическими элементами являются железо, кислород, кремний и магний, то на Юпитере - водород и гелий, с небольшой примесью метана, молекул воды, аммиака, следами ацетилена, этана, угарного газа, синильной кислоты, гидрида германия, фосфина и пропана. Как видим - это всё газы, поэтому атмосфера как таковая у Юпитера отсутствует, а сама планета представляет собой гигантский газовый шар. По-видимому, элементный состав всей планеты в целом не отличается от солнечного (около 90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжёлых элементов).

рис.9 Внутреннее строение Юпитера. Credit: Lunar and Planetary Institute

В толще атмосферы водород и гелий находятся в сверхкритическом состоянии: плотность достигает 0,6-0,7 г/см 3 и свойства вещества скорее напоминают жидкость, способную проводить электрический ток (температура этой жидкости -140°C). Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 10000 км. Что лежит ниже этого слоя - точно неизвестно; на счёт внутреннего строения Юпитера существуют лишь гипотезы, которых на данный момент всего две.

По одной из них под слоем жидкого молекулярного водорода нет твёрдой массы: большая температура и давление в центре Юпитера сжимают небольшое жидкое ядро из расплавленных металлов и силикатов, окружённое водно-аммиачной жидкой оболочкой. Диаметр ядра ~25 000 км, температура - 23 000 К при давлении ~8000 ГПа.

По другой гипотезе на глубине 10000 км. давление достигает 300 ГПа, температура 11000 К, и водород переходит в вырожденное или металлическое состояние (электроны оторваны от протонов), т.е. становится подобным жидкому металлу. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину около 42000 км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твёрдое ядро радиусом 4000 км, с температурой близкой к 30000 К. Масса ядра около 13 масс земного шара.

Слой металлического водорода способен проводить электрический ток и по всей видимости является источником существования обширного магнитного поля планеты.

В отличие от простого газообразного водорода, жидкий металлический водород способен проводить электрический ток. Устойчивый радиошум и сильное магнитное поле Юпитера излучаются как раз этим слоем металлической жидкости.

В атмосфере Юпитера отчётливо просматриваются параллельные экватору плоскости, слои, или зоны, вращающиеся вокруг оси планеты с различными угловыми скоростями. Быстрее всего вращается экваториальная зона - период её обращения 9 ч 50 мин 30 с, что на 5 мин 11 с меньше периода обращения полярных зон. Каждая точка экватора движется со скоростью 45 тысяч километров в час.

рис.10 Карта поверхности Юпитера составленная по фотоснимкам аппарата «Кассини-Гюгенс» сделанным 11-12 декабря 2000 г. Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

В связи с тем, что разные точки планеты вращаются с разной скоростью у Юпитера, в отличии, например, от Земли, 3 системы координат. Первая из них - система долгот для точек, лежащих в пределах от 10° с.ш. до 10° ю.ш. Вторая система долгот применяется для точек всех остальных широт, период обращения которых составляет 9 часов 55 минут 40,6 секунд. В принципе она соответствует скорости вращения самой заметной детали в атмосфере Юпитера - Большого Красного Пятна, однако же вращение последнего непостоянно и испытывает вековые смещения неправильного характера. Система долгот под номером три связана с периодичностью спорадического радиоизлучения Юпитера.

Диск Юпитера имеет полосатую структуру, являющуюся следствием преимущественно зонального (т.е. ориентированного вдоль параллелей) направления ветра в атмосфере Юпитера. Ветры, кстати, здесь очень сильные - до 500 км/ч. Изучение атмосферы позволило сказать, что ветры эти также существуют в более низких ее слоях, вплоть до тысячи километров от внешних облаков. Отсюда сделан вывод, что они управляются не энергией излучения Солнца, а внутренним теплом планеты, в то время как на Земле все происходит наоборот.

Разница в количестве тепла на полюсах и экваторе вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении силой Кориолиса. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые наиболее интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх красный фосфор, серу, и, возможно, органику, возникающие благодаря наличию конвективных движений в области, где давление порядка 100 КПа, а температура составляет около 160 К. В области тёмных полос конвективные движения наиболее сильны, и это объясняет их более интенсивную окраску. Тёмные полосы (коричневые и оранжевые) имеют аэрозольную природу и состоят из частиц диаметром 0,2-0,3 мкм. Белые же полосы - это высокие облака, состоящие из ледяных кристаллов, с температурой -130°C. Синеватые области, лежащие только к северу и к югу от экватора, являются зонами с малым покрытием облаками, что позволяет заглянуть в глубь атмосферы. Облака же в пределах синеватых структур самые высокие.

Облачный слой планеты Юпитер имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристалликов NН 3 (аммиака), ниже расположены кристаллы сероводорода аммония и метана, облака из кристаллов льда и капелек воды. Некоторые модели допускают наличие четвёртого яруса облаков из жидкого аммиака. Толщина всего облачного слоя Юпитера около 50 км. Кроме того у планеты имеется водородная и гелиевая короны, и ионосфера, протяжённость которой по высоте - порядка 3000 км.

рис.11 Большое Красное Пятно в атмосфере Юпитера. Credit: Voyager 1/NASA

В умеренных южных широтах Юпитера медленно перемещается овальное Большое Красное Пятно, поперечные размеры которого 15 на 25 тыс. км. Большое Красное Пятно, занимавшее по долготе 30°, было обнаружено в 1878 г. на широте -20°. Впоследствии оно уменьшало свою интенсивность, затем несколько увеличивало, но всегда оставалось более слабым, чем в момент открытия. Его можно видеть и сейчас, а просмотр старых зарисовок показал что его наблюдал ещё в 1664 году английский естествоиспытатель Роберт Гук, не обращая на него особого внимания. За сто лет оно совершает примерно 3 оборота, двигаясь в западном направлении. Природа этого феномена до конца неясна. По-видимому, это долгоживущий атмосферный вихрь - антициклон. По наблюдениям космической станции «Galileo» внешние области Большого Красного Пятна вращаются с большой скоростью против часовой стрелки, делая один оборот за 4-6 дней, в то время как внутренние медленно вращаются в противоположном направлении.

По краям Большого Красного Пятна располагаются облака, состоящие из аммиака. Облака эти также вращаются и порой исчезают: тогда вокруг Большого Красного Пятна образуется тёмная область.

Кроме Большого Красного в атмосфере Юпитера также обнаружены: белое пятно, размером более 10 тысяч км., которое образовалось в 30-х годах 20 века к югу от Большого Красного Пятна и множество других меньших атмосферных вихрей, которые по размерам превышают крупнейшие ураганы Земли в десятки раз. Иногда атмосферные вихри сталкиваются: так в 2002 году произошло столкновение Большого Красного и Большого Белого пятен, продолжавшееся целый месяц. Вращение Белого Пятна в результате столкновения замедлилось.

Магнитное поле планеты Юпитер. Магнитосфера Юпитера

На Юпитере имеется магнитное поле. Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит дипольный момент Земли, но так как напряжённость магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряжённость у поверхности Юпитера выше, по сравнению с Землей, только в 5-6 раз. Магнитная ось наклонена к оси вращения на 10,2 ± 0,6°. Дипольная структура магнитного поля доминирует до расстояний порядка 15 радиусов планеты, причём зона наиболее интенсивной радиации зарегистрирована на расстоянии 177 тысяч километров от поверхности Юпитера, где уровень радиации в 10 тыс. раз выше чем в радиационных поясах Земли.

Далее начинается недипольная магнитосфера, которая больше земной примерно в 100 раз. Простирается она на 750 миллионов километров (за орбиту Сатурна!). В направлении Солнца протяжённость магнитосферы в 200 раз меньше - до 100 радиусов планеты.

Некоторые из ионов в пределах магнитосферы присоединяют электроны, образуя нейтральные атомы, которые, развивая скорости в сотни тысяч километров в час, покидают магнитосферу, и вторгаются в межпланетное пространство.

рис.12 Потоки заряженных частиц от спутника Ио. Снимки получены Hubble Space Telescope. Credit: JPL/NASA/STScI

Генерацию мощного магнитного поля Юпитера связывают с быстрым вращением центральных областей планеты, содержащих металлический водород и проводящих ток. Магнитосфера же связана с действием солнечного ветра, под действием которого образуются радиационные пояса, и с потоками заряженных частиц, выносящихся под действием магнитного поля планеты из плазменного тора (поверхности вращения) спутника Юпитера - Ио. Источником этих частиц являются вулканы Ио, которые поставляют в пределы плазменного тора до 1 тонны материала в секунду.

Радиационные пояса Юпитера состоят из заряженных частиц - электронов, с огромной энергией, составляющей около 20 МэВ. Впервые радиоизлучение у планеты - одно из самых сильных в дециметровом диапазоне (l > 10 м), было обнаружено в 1955 году. Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, а степень поляризации достигает 100 %. Оно имеет спорадический характер, т.е. состоит из отдельных всплесков разной интенсивности.

Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц, в среднем - около 18 МГц. Ширина всплесков достигает 1 МГц. Как правило длительность всплесков составляет десятые доли секунды, лишь иногда доходя до 15 секунд.

В появлении кратковременных радиовсплесков наблюдается определённая периодичность. Период вращения, вычисленный из наблюдений спорадического радиоизлучения, равен 9 часов 55 минут 29 секунд. Он близок к периоду системы II (система долгот для средних широт Юпитера), но отличается от него вполне заметно. Для анализа радионаблюдений в связи с этим была предложена система долгот III, соответствующая периодичности спорадического радиоизлучения.

Природа спорадического радиоизлучения Юпитера остаётся пока не раскрытой. Высказывалось предположение, что источником его могут служить мощные грозовые разряды, однако спектр радиоизлучения земных грозовых разрядов не обрывается резко со стороны высоких частот. В качестве механизма генерации предлагаются плазменные колебания в ионосфере Юпитера (аналогично спорадическому радиоизлучению Солнца), но как они возбуждаются и почему источники локализованы на определённых долготах - не ясно.

Кольца Юпитера

Кроме обширной магнитосферы и стабильного радиоизлучения, у Юпитера установлено существование огромного плоского кольца из пыли и некрупных камней.

Кольцо Юпитера впервые было обнаружено американским космическим кораблём «Voyager-1» в марте 1979 года, который был специально запрограммирован на поиск слабых планетных колец. Впоследствии к Юпитеру был направлен «Voyager-2», целью которого было детальное фотографирование кольца с выяснением его строения. И эта цель была достигнута. Выяснилось, что колец у Юпитера три: внутреннее гало, главное и внешнее паутинное.

рис.13 Строение системы колец Юпитера. Credit: NASA/JPL/Cornell University

Внутреннее кольцо Юпитера, лежащее выше 92000 километров от планеты, и имеющее ширину 30500 километров сформировано из мельчайших частиц пыли, которые, падая из внутреннего просвета главного кольца к поверхности планеты, подхватываются магнитными потоками.

Главное кольцо Юпитера, шириной 6400 км, имеет резко выраженную внешнюю границу на высоте 129200 км от планеты. Внутренняя же граница главного кольца постепенно сливается с внутренним кольцом, образуя ореол, шириной 22800 км. Масса главного кольца составляет 10 13 кг. Состоит главное кольцо из частиц пыли, меньше 10 микронов в диаметре (такой размер имеют частицы сигаретного дыма), что подтверждено наблюдениями прямого рассеяния излучения в оптическом диапазоне. Время существования отдельных пылинок в главном кольце Юпитера из-за сильных негравитационных возмущений, невелико - около одной тысячи лет, поэтому должен быть источник их постоянного пополнения. Им по-видимому являются 2 спутника планеты - Адрастея и Метис, орбиты которых лежат в пределах главного кольца. При столкновении с микрометеоритами с поверхности спутников поднимаются миллиарды микрочастиц, которые затем рассеиваются по орбите вокруг планеты.

Паутинное кольцо Юпитера, шириной более 85 тыс. км., простирается от верхней границы главного кольца и орбиты спутника Адрастеи, до орбиты другого спутника - Фивы. Оно очень слабое и широкое. Паутинное кольцо, как выяснилось после полёта космического корабля «Galileo», двойное, причём одно кольцо вложено в другое.

Внутреннее кольцо - паутинное Амальтея, простирается от орбиты Адрастеи до орбиты Амальтеи, т.е. на 52 тыс. км. Внешнее кольцо - паутинное Фивы, простирается от орбиты Амальтеи приблизительно до орбиты Фивы, лежащей в 221900 километрах от поверхности Юпитера. Источниками пополнения пылевых частиц, размер которых такой же как и для главного кольца, для внутреннего паутинного кольца является Амальтея, для внешнего - Фива.

Кольца Юпитера существуют в пределах интенсивного пояса электронов и ионов, "пойманных" в магнитном поле планеты. Кольца плоские (ширина в районе 10 км) и весьма разряженные. Альбедо колец невелико - 0,015. При наблюдении с Земли их можно заметить только при фазовых углах, близких к 180 градусам, при которых яркость колец возрастает в 100 раз, а тёмная ночная сторона Юпитера не оставляет засветки. Главное и паутинное кольца Юпитера в этом случае имеют красноватый цвет, а кольцо гало - нейтральный или синий.

Спутники Юпитера

Наряду с системой колец в настоящее время известно 63 спутника Юпитера.

Первые из них наблюдал в 1609 году немецкий астроном Симон Марий. Однако астроном не опубликовал результаты своих наблюдений, поэтому датой открытия первых спутников Юпитера считается 1610 г. а открывателем итальянский астроном Галилео Галилей. Направив свой телескоп на планету Юпитер 7 января, Галилей заметил «три слабых источника света», и поначалу принял их за звёзды. Однако же «звёзды» были выстроены на одной прямой линии с Юпитером и тем самым вызвали интерес астронома. Галилей продолжил свои наблюдения, и спустя 4 дня обнаружил ещё одну «звезду». После наблюдения открытых «звёзд» в течении нескольких недель, Галилео сделал вывод, что это вовсе не звёзды, а планеты, вращающиеся вокруг Юпитера. Свои результаты астроном опубликовал в книге «Звёздный вестник» («Siderius Nuncius»), вышедшей в марте того же года. Так были открыты 4 самых больших спутника самой большой планеты - Ио, Ганимед, Каллисто и Европа, которые, в честь своего первооткрывателя, были названы галилеевыми.

рис.14 Галилеевы спутники Юпитера. Слева направо: Ганимед, Каллисто, Ио, Европа. Credit: NASA/JPL/DLR

Ио - самый вулканически активный космический объект в Солнечной системе. Каждую секунду действующие вулканы спутника выбрасывают более 100 тыс. тонн породы со скоростью до одного километра в секунду, состав которой до конца неизвестен. Порода растекается по поверхности, заполняя все неровности и пустоты: котлованы, некоторые из которых более километра в глубину, трещины, метеоритные кратеры. Т.е. поверхность Ио - очень изменчива, и, вероятно, является самой молодой в Солнечной системе (моложе 1 млн. лет).

Шлейфа от вулканических извержений протягиваются на сотни километров от спутника и являются источником частиц, которые затем заряжаются магнитным полем Юпитера, формируя протяжённые радиационные пояса.

В настоящее время учёные считают, что высокая вулканическая активность спутника Юпитера Ио связана с воздействием 2-ух ближайших спутников Европы и Ганимеда, с которыми Ио находится в орбитальном резонансе - их орбитальные периоды относятся как 1:2:4. Приливное воздействие, формирующее выпуклости на поверхности спутника до 100 метров высотой (данный механизм сходен с земными приливами) разогревает его недра, результат которого в виде сверх интенсивного вулканизма и наблюдают космические аппараты.

Ганимед - самый большой спутник в Солнечной системе, превышающий по размерам Меркурий и Плутон и к тому же единственный спутник планеты у которого установлено наличие собственного магнитного поля. В отличии от только что рассмотренной Ио спутник Юпитера Ганимед в тектоническом отношении спутник спокойный. Хотя в прошлом здесь также извергались вулканы и текли потоки лавы, случались землетрясения. Следами тех далёких катаклизмов являются горные хребты, тянущиеся на тысячи километров и лавовые плато. Установлено на Ганимеде и наличие воды: в виде льда, лежащего на поверхности, и в виде жидкого солёного океана, который, как предполагают специалисты из Калифорнийского университета, существует на глубине 150-200 км., между двумя слоями водяного льда.

В этом отношении на Ганимед похож другой спутник Юпитера - Европа, поверхность которой также покрыта слоем водяного льда, под поверхностью которого предполагается наличие водяного океана с глубинами до 50 км.. На наличие океана указывают трещины в ледяной коре и незначительные - менее сотен метров - перепады высот на Европе. По предположению ряда учёных есть все основания предполагать наличие жизни в этом огромном водном океане, по объёму превосходящем Мировой океан на Земле в 2 раза.

Четвёртый из галилеевых спутников, и самый дальний от Юпитера - Каллисто. Поверхность этого спутника чрезвычайно плотно покрыта ударными кратерами, в то же время вулканические кратеры отсутствуют, как и следы какой-либо тектонической деятельности. Поэтому неудивительно, что именно поверхность Каллисто считается самой древней в пределах Солнечной системы с возрастом 4 млрд. лет..

Галилеевы спутники имеют слоистую структуру, подобную земной; здесь также выделяются ядро, мантия и кора, состав которых, однако, сильно различается. Так ядра Ио, Европы и Ганимеда состоят из железа, ядро Каллисто - из скальных пород, с небольшой примесью водяного льда. Над поверхностью металлических ядер Ио и Европы лежит мантия из силикатных пород, ядер Ганимеда и Каллисто - мантия из водяного льда. Кору же Ио образует смесь серы и её солей, остальных галилеевых спутников - водный лёд с примесью скальных пород на Ганимеде...

Несмотря на то, что по размерам галилеевы спутники примерно такие же, как Луна, вследствие большого расстояния от нас их диски (порядка 1") различаются лишь на пределе, являясь объектами 5-6m.

В очень хороших атмосферных условиях опытные наблюдатели видели отдельные пятна па дисках галилеевых спутников, и им удалось составить карты основных деталей на их поверхности. На основании этих наблюдений было также установлено, что галилеевы спутники вращаются вокруг оси синхронно с движением вокруг Юпитера и обращены к нему всё время одной стороной.

Каждый день они расположены по-разному: то два справа, два слева; то три с одной стороны, а один - с другой; то все четыре станут цепочкой по одну сторону от Юпитера. А бывает и так, что какой- нибудь из них спрячется за шар Юпитера или станет перед ним и исчезнет на его фоне, либо же попадёт в тень от Юпитера. Во всех этих случаях спутник становится невидим.

Галилеевы спутники относятся к так называемым регулярным спутникам Юпитера, вместе с Метисом, Адрастеей, Амальтеей и Тебой. Регулярные спутники имеют маленькие орбиты, близкие к круговым и лежат в экваториальной плоскости Юпитера. Сформировались они, вероятно, в раннем протопланетном диске газа и пыли вокруг Юпитера на ранних этапах его формирования.

Остальные спутники Юпитера называются иррегулярными и их большинство. Они гораздо слабее чем регулярные: от 13m до 18m, имеют небольшие размеры и большие орбиты. Примерно четверть из них обращаются вокруг Юпитера в направлениях, обратных направлению его собственного вращения. Полагают, что это захваченные планетой астероиды.

Однако, непосредственно захватить проходящие астероиды с гелиоцентрической орбиты - не легко. Часть начальной энергии объектов должна быть рассеяна так, чтобы Юпитер «мог держаться за них». В настоящее же время не имеется никакого видимого источника, способного рассеивать энергию для захвата спутников с гелиоцентрических орбит. Однако на ранних этапах своего развития Юпитер, по- видимому, имел обширную атмосферу, которая простиралась гораздо выше чем сегодняшняя. Трение с этой атмосферой могло приводить к захвату астероидов, и превращению их в иррегулярные спутники. В качестве подтверждения этой гипотезы можно привести следующий факт: большинство иррегулярных спутников объединены в динамические группы или «семейства» с похожими полуглавными осями и углами наклона. Возможно эти семейства были сформированы, когда некие массивные небесные тела разбились на захвате из- за давления, проявленного воздействием с расширенной атмосферой.

Семейств иррегулярных спутников пока выделено всего четыре. Первое из них, расположенное ближе всего к планете - семейство Гималии, включающее 5 иррегулярных спутников с орбитальным радиусом в 150 радиусов Юпитера (11 млн. км) и углом наклона 30°.

Второе из семейств - семейство Ананке, образуют сразу 11 спутников с орбитальным радиусом в 300 радиусов Юпитера (20 млн. км.) и углом наклона от 145° до 152°.

Следом за ними - в 23 млн. км. от поверхности Юпитера вращаются спутники семейства Карме, которых известно 12. Они имеют значительный угол наклона - 165°, малые размеры - 2- 5 км. (лишь у Карме, по имени которого названо семейство диаметр достигает 46 км.) и вытянутые орбиты.

Примерно на таком же расстоянии от Юпитера вращаются спутники другого семейства - семейства Пасифе. Орбиты их ещё более вытянутые, хотя углы наклона меньше - до 158,5°.

Следует отметить, что семейств или групп иррегулярных спутников, видимо гораздо больше. Если просмотреть предварительные обзоры, составленные с использованием современных CCD датчиков, оказывается, что вокруг Юпитера вращаются сотни (!) иррегулярных спутников с диаметром более 1 км.. Так, в 2003 году, астрономы обнаружили сразу 23 новых спутника, используя самые современные телескопы, расположенные на вершине вулкана Мауна-Кеа (Гавайи). Техника постоянно совершенствуется, поэтому неудивительно, если в этом году откроют ещё несколько десятков маленьких спутников, расстояние от которых до планеты Юпитер измеряется десятками миллионов километров...