Юпитер (планета)

Юпитер, пятая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы, астрономический знак .

Общие сведения. Ю. ‒ самая крупная из планет-гигантов. Известен с древних времён. Движется вокруг Солнца на среднем расстоянии 5,203 а. е. (778 млн. км). Эксцентриситет орбиты 0,048, наклон плоскости орбиты к плоскости эклиптики 1,3°. Полный оборот вокруг Солнца Ю. совершает за 11,862 года, двигаясь со средней скоростью 13,06 км/сек. Средний синодический период обращения 399 сут. За 12 лет Ю. обходит всё небо вдоль эклиптики и в противостоянии виден как чуть желтоватая звезда ‒ 2,6 звёздной величины; уступает в блеске только Венере и Марсу во время великого противостояния. Видимый диск Ю. имеет форму эллипса, оси которого в среднем противостоянии видны под углом 45,5'' и 43,7''. В соединении с Солнцем Ю. имеет угловые размеры на 1/3 меньше, а блеск на 0,84 звёздной величины слабее, чем в противостояниях. Визуальное альбедо Ю. равно 0,67.

Экваториальный диаметр Ю. равен 142600 км, полярный ‒ 134140 км; сжатие Ю. (1: 15,9) обусловлено быстрым его осевым вращением. Период вращения близ экватора составляет 9 ч 50 мин 30 сек (PI), а на средних широтах ‒ 9 ч 55 мин 40 сек (PII). Объём Ю. превосходит объём Земли в 1315 раз, а масса ‒ в 318 раз. Масса Ю. составляет 1: 1047,39 долю Солнца. Средняя плотность (1,33 г/см3) мало отличается от средней плотности Солнца. Ускорение силы притяжения на полюсе Ю. равно 27,90 м/сек2, на экваторе ‒ 25,90 м/сек2: центробежное ускорение на экваторе ‒ 2,25 м/сек2. Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности. Ю. равна 61 км/сек. Все геометрические, механические и физические характеристики указаны по данным на 1974. Сведения о Ю. и его спутниках были значительно обогащены результатами измерений и наблюдений, полученными американскими автоматическими межпланетными станциями «Пионер-10» (1973) и «Пионер-11» (1974).

Атмосфера Ю. Наблюдаемая поверхность Ю. состоит из облаков и других атмосферных образований и пересечена многочисленными тёмными полосами (поясами), разделёнными светлыми зонами, расположенными параллельно экватору, который наклонен всего лишь на 3°04' к плоскости орбиты Ю. Полосы имеют разнообразную окраску и сложную структуру, которая постоянно изменяется. Особенно изменчив вид Южных и Северных экваториальных полос, которые временами исчезают, а затем восстанавливаются с намечающейся цикличностью около 4 лет. Очень узкая экваториальная полоса также нередко становится невидимой. Околополярные же области сравнительно устойчивы.

Количество тепла, приходящего от Солнца на единицу площади Ю., составляет 51.0 вт/м2, т. е. в 27 раз меньше, чем на единицу площади Земли. Такое количество тепла способно нагреть поверхность Ю. до температуры (равновесной) 110 К. Между тем прямые измерения как наземными средствами, так и с помощью космических зондов указывают на температуру до 145 К по измерениям инфракрасного излучения Ю. и на более высокие значения ‒ до 170 К в сантиметровом радиодиапазоне. В отдельных местах тёмных полос инфракрасное излучение в очень длинных волнах приводит к значениям температуры от 200 до 270 К. Рекордно высокая температура 310 К. была обнаружена в одном тёмном пятне (6 х 12 тыс. км) близ экватора. Такая температура может быть обусловлена только потоком тепла из недр планеты, превышающим поток, приходящий от Солнца, в 2 раза.

В облачной структуре Ю. существуют более или менее постоянные образования, примером которых служит Большое красное пятно (БКП), расположенное на широте около 22° в Южной тропической зоне. БКП имеет форму овала длиной до 40000 км и шириной около 13000 км. Цвет его ‒ красный, но бывают годы, когда оно лишь с трудом выделяется на белом фоне зоны. Эффекты вращения и вертикальные движения в атмосфере в сочетании с различными уровнями облаков обусловливают сложную зависимость видимых систематических движений на разных удалениях от экватора. Периоды вращения PI и PII лишь в среднем описывают вращение атмосферы Ю. В действительности же систематические направленные ветры, действующие в той или иной полосе или зоне, приводят к сильно отличающимся значениям периода вращения.

Химический состав атмосферы Ю. определяется спектроскопически. По сильным полосам поглощения раньше всего в атмосфере Ю. были обнаружены метан CH4 и аммиак NH3. Позднее по слабым полосам в инфракрасной области спектра был обнаружен молекулярный водород H2, затем пары воды H2O, молекулы ацетилена C2H2, этана C2H6, фосфина PH3 и, наконец, окиси углерода CO.

Тёмные полосы Ю. имеют аэрозольную природу и состоят из частиц диаметром 0,2‒0,3 мкм. Над уровнем, где атмосферное давление составляет 1 атм (к нему относятся приведённые выше геометрические размеры Ю.), располагаются кристаллы аммиака. Несколько ниже этого уровня находятся твёрдые частицы полисульфидов, ещё ниже ‒ ледяные кристаллики воды и, наконец, на 60 км ниже этого уровня ‒ взвешенные капли раствора аммиака в воде.

Внутреннее строение Ю. Существуют несколько моделей строения Ю. при разных предположениях о его химическом составе. Вследствие большой силы тяжести на Ю. давление газов возрастает с глубиной очень быстро и уже на расстоянии 10 тыс. км от поверхности становится настолько большим, что преобладающий газ (водород) изменяет своё состояние и переходит из нормальной молекулярной фазы в металлическую. С ростом температуры по мере приближения к центру планеты металлический водород расплавляется (температура вблизи центра Ю. приближается к 20 000 К при давлении порядка 100 млн. атм и плотности 20‒30 г/см3). В некоторых моделях Ю. предполагается существование слоя льда (H2O) значительной толщины, но лишь вблизи поверхности, где температура невысока.

По-видимому, Ю. имеет твёрдую оболочку сравнительно недалеко от поверхности. Предположение о существовании такой оболочки могло бы объяснить магнитное поле, жестко вращающееся вместе с планетой, и неоднородности тепловых потоков, проявляющиеся в многочисленных деталях полос и особенно в длительно существующих БКП, вращающихся почти с тем же периодом, что и магнитное поле Ю.

Магнитное поле Ю. обнаруживается по сильному радиоизлучению, особенно интенсивному в дециметровом и декаметровом диапазонах. Дециметровые волны исходят из околопланетного пространства и представляют собой синхротронное излучение электронов, захваченных магнитосферой Ю. в радиационные пояса, подобные земным. Декаметровое излучение (на волне 7,5 м) имеет характер шумовых бурь, длящихся от нескольких часов до нескольких минут. Излучение направлено и исходит из определённых малых участков поверхности Ю. Из повторяемости радиовсплесков следует, что их источники вращаются с периодом PIII = 9 ч 55 мин 30 сек. С периодом PIII изменяется также дециметровое излучение. Именно этот период приписывают вращению твёрдого слоя, собственно образующего поверхность Ю. Природа твёрдого слоя Ю. пока ещё (70-е гг.) неясна. Его верхняя граница должна находиться вблизи видимой поверхности, нижняя же граница может быть расположена там, где металлический водород переходит от твёрдой фазы к жидкой. На этой границе и в глубине жидкого ядра возникают электрические токи, являющиеся причиной магнитного поля Ю. Напряжённость магнитного поля Ю. 4 э. Направление магнитной оси Ю. составляет угол около 10° с его осью вращения.

Магнитосфера Ю. имеет очень большие размеры. В ближайших к планете областях (до 20 радиусов) она имеет явно выраженный дипольный характер и содержит радиационные пояса, в которых движутся захваченные полем электроны, обладающие энергией свыше 6 Мэв. Их взаимодействие с полем порождает дециметровое синхротронное излучение, В более отдалённых областях средняя магнитосфера простирается до 60 планетных радиусов и деформирована вращением. Здесь возможны плазменные истечения и колебания, излучающие в декаметровом диапазоне. Ещё дальше, до 90‒100 планетных радиусов, находится внешняя магнитосфера, простирающаяся до магнито-паузы, размеры которой изменчивы. С ночной стороны она простирается за орбиту Сатурна. Все 5 ближайших к Ю. его спутников постоянно охвачены средней магнитосферой. Ближайший большой спутник ‒ Ио обладает, по-видимому, своим магнитным полем и существенно влияет на частоту радиовсплесков Ю.

Спутники. Известны 13 спутников Ю. Последний из них Юпитер XIII, открыт в 1974. Первые 4 самых больших спутника были открыты Г. Галилеем в 1610. Пятый спутник ‒ Юпитер V, открытый в 1892, почти три столетия спустя, ‒ самый близкий к планете, он удалён от планеты всего лишь на 2,54 экваториальных радиуса Ю. Все эти спутники движутся практически по круговым орбитам, плоскости которых совпадают с плоскостью экватора Ю. Их периоды обращения ‒ от 12 ч у Юпитера V до 16,8 сут у Юпитера IV. Все остальные спутники Ю., открытые в 20 в., удалены от планеты на большие расстояния. В 1976 были заново утверждены названия спутников. Почти все они взяты из мифологии среди персонажей, так или иначе связанных с деятельностью Юпитера (первые 4 спутника были названы ещё Галилеем). Ниже приведены назв. спутников; в скобках даны их радиусы в км и видимые звёздные величины в противостоянии (1976):

I ‒ Ио (1820; 4,9); II ‒ Европа (1530; 5,3); III ‒ Ганимед (2610: 4,6); IV ‒ Каллисто (2450; 5,6); V ‒ Амальтея (120; 13); VI ‒ Гамалия (~ 80; 14,2); VII ‒ Элара (~ 50; 17); VIII ‒ Пасифея (~12; 18); IX ‒ Синопа (~10; 18,6); Х ‒ Лизифоя (~8; 18,8); XI ‒ Карма (~9; 18,6); XII ‒ Ананке (~8; 18,7); XIII ‒ Леда (~5; 20).

Четыре галилеевых спутника по размерам своим приближаются к планетам (Ганимед и Каллисто больше Меркурия). Периоды их осевого вращения и обращения вокруг Ю. совпадают. Средние плотности больше, чем у Ю.: 2,89; 3,20; 2,07 и 1,54 г/см3. Все они имеют низкую температуру, близкую к равновесной. Их альбедо довольно высокое, но ниже, чем у Ю., что указывает скорее на особенности поверхности, чем на наличие мощной атмосферы. Действительно, радарные и инфракрасные наблюдения позволили установить, что поверхность их составлена из льда или смеси льда и скал, т. к. отмечаются значительные неровности. «Пионер-10» и «Пионер-11» сфотографировали Ганимеда с близкого расстояния, причём были обнаружены устойчивые тёмные и светлые образования. Ио имеет атмосферу и значительную ионосферу. По близкому совпадению плоскостей первых пяти спутников с плоскостью экватора Ю. можно полагать, что эти спутники образовались одновременно с планетой из одного сгустка первичного вещества. Что касается остальных спутников, то они скорее всего в прошлом являлись астероидами и были захвачены Ю.

Лит.: Мороз В. И., Физика планет, М., 1967; Физические характеристики планет-гигантов, А.-А., 1971; Жарков В. Н., Внутреннее строение Земли, Луны и планет, М., 1973; Долгинов Ш. Ш., Магнетизм планет, М., 1974; Мартынов Д. Я., Планеты. Решенные и нерешенные проблемы, М., 1970; «3емля и Вселенная», ст. и заметки о Ю. за. годы 1974‒77.

Д. Я. Мартынов.

ЮПИТЕР (планета)

ЮПИ́ТЕР (астрологический знак G), планета, среднее расстояние от Солнца 5,2 а. е. (778,3 млн. км), сидерический период обращения 11,9 года, период вращения (облачного слоя близ экватора) ок. 10 ч, эквивалент диаметра ок. 142 800 км, масса 1,90·10²⁷ кг. Состав атмосферы: H₂, CH₄, NH₃, He. Юпитер — мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Юпитер имеет 16 спутников (Адрастея, Метида, Амальтея, Фива, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе, Синопе), а также кольцо шириной ок. 6 тыс. км, почти вплотную примыкающее к планете.

* * *

ЮПИ́ТЕР, пятая от Солнца большая планета Солнечной системы(см. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА), самая крупная из планет-гигантов.

Движение, размеры, форма

Юпитер движется вокруг Солнца по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики(см. ЭКЛИПТИКА) под углом 1°18,3". Минимальное расстояние Юпитера от Солнца 4,95 а. е., максимальное — 5,45 а. е., среднее — 5,2 а. е. (1 а. е. = 149,6 млн. км).

Экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 3°5"; из-за малости этого угла сезонные изменения на Юпитере выражены весьма слабо. Юпитер, двигаясь вокруг Солнца со средней скоростью 13,06 км/с, совершает один оборот за 11, 862 земных года. Расстояние Юпитера от Земли меняется в пределах от 188 до 967 млн. км. В противостоянии Юпитер виден как чуть желтоватая звезда -2,6 звездной величины; из всех планет уступает в блеске(см. БЛЕСК (в астрономии))только Венере и Марсу во время великого противостояния(см. ВЕЛИКОЕ ПРОТИВОСТОЯНИЕ Марса) последнего.

Юпитер не имеет твердой поверхности, поэтому, говоря о его размерах, указывают радиус верхней границы облаков, где давление порядка 10 КПа; радиус Юпитера на экваторе равен 71400км.

В атмосфере Юпитера отчетливо просматриваются параллельные плоскости его экватора слои, или зоны, вращающиеся вокруг оси планеты с различными угловыми скоростями. Быстрее всего вращается экваториальная зона — период ее обращения 9 ч 50 мин 30 с, что на 5 мин 11 с меньше периода обращения полярных зон. Так быстро не вращается ни одна другая планета Солнечной системы.

Масса Юпитера составляет 1,899Ч1027кг, что в 317,8 раз превосходит массу Земли, но при этом средняя плотность равна 1,33 г/см³, то есть в 4 раза меньше, чем у Земли. Ускорение свободного падения на экваторе 23,5 м/с².

В умеренных южных широтах Юпитера медленно перемещается овальное Большое Красное Пятно, поперечные размеры которого 30—40 тыс. км. За сто лет оно совершает примерно 3 оборота. Природа этого феномена до конца неясна.

Строение и состав Юпитера

Как и другие планеты-гиганты, Юпитер существенно отличается по химическому составу от планет земной группы. Абсолютно доминирующими здесь являются водород и гелий в «солнечной» пропорции 3,4: 1, но в центре планеты согласно существующим моделям имеется жидкое ядро из расплавленных металлов и силикатов, окруженное водно-аммиачной жидкой оболочкой. Радиус этого ядра порядка 1/10 радиуса планеты, масса ЮПИТЕР (планета) 0,3—0,4 ее массы, температура около 2500 К при давлении ЮПИТЕР (планета) 8000ГПа.

Поток тепла из недр Юпитера вдвое превышает энергию, получаемую им от Солнца.

Ввиду отсутствия твердой поверхности атмосфера как таковая у Юпитера отсутствует. Его газовая оболочка состоит в основном из водорода и гелия, но имеется и небольшая примесь метана, молекул воды, аммиака и др.

Физические и химические параметры

Красноватый оттенок планеты приписывают главным образом присутствию в атмосфере красного фосфора и, возможно, органике, возникающей благодаря электрическим разрядам. В области, где давление порядка 100 КПа, температура составляет около 160 К. Замечены интенсивные атмосферные потоки, в том числе вертикальная циркуляция. Установлено наличие облаков, высота которых в различных поясах различна. Светлые полосы и Большое Красное Пятно связаны с восходящими потоками; облака здесь выше, а температура ниже, чем в остальных областях. Исследователи обращают внимание на необычную устойчивость вихрей.

В атмосфере Юпитера замечены грозы. Установлено также наличие ионосферы(см. ИОНОСФЕРА), протяженность которой по высоте — порядка 3000 км.

На Юпитере имеется магнитное поле(см. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ). Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит дипольный момент Земли, но так как напряженность магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряженность 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. Юпитер обладает обширной магнитосферой(см. МАГНИТОСФЕРА), которая подобна земной, но увеличена примерно в 100 раз. Имеются радиационные пояса(см. РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА).

Спутники Юпитера

Первые четыре спутника были открыты Г. Галилеем(см. ГАЛИЛЕЙ Галилео)еще в 1610. Это открытие послужило мощным толчком к утверждению гелиоцентрической системы мира(см. ГЕЛИОЦЕНТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МИРА)Коперника, явившись яркой моделью этой системы. В настоящее время известно 16 спутников Юпитера. Это (в порядке их удаленности от планеты) — Адрастея, Метис, Амальтея (по имени нимфы, вскормившей Юпитера), Фива; затем четыре галилеевых спутника — Ио, Европа, Ганимед, Каллисто; далее — Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе, Синопе. Спутники внешней группы названы по именам возлюбленных Юпитера. Примерно четверть спутников обращаются вокруг Юпитера в направлениях, обратных направлению его собственного вращения. Полагают, что это захваченные планетой астероиды(см. АСТЕРОИДЫ).

Открытие значительного числа спутников Юпитера, в том числе первых двух ближайших к нему, стало возможным только после пролета космических кораблей, начиная с автоматических межпланетных станций «Пионер» (1973—74), а несколько позже (1977) — «Вояджеров».

Первый из галилеевских спутников, Ио, по размерам превосходит Луну. Имеет атмосферу и ионосферу, состоящую, в основном, из ионов серы и натрия. Весьма активна его вулканическая деятельность (больше, чем на Земле). Размеры вулканических кратеров достигают сотни километров, превосходя земные в десятки и даже сотни раз, хотя высота вулканов сравнительна невелика. Только в полярных областях Ио есть вулканы высотой около 10 км. Выбросы серы из вулканов вздымаются на высоту до 250 км. По мнению ряда исследователей, под тонкой твердой поверхностной коркой спутника, засыпанной слоем серы и ее диоксида, может находиться жидкая сера. Температура у поверхности Ио около -120° С на экваторе (кроме вулканических областей) и еще на 50° ниже у полюсов. Относительная немногочисленность ударных кратеров крупнее 1—2 км позволяет считать поверхность Ио сравнительно молодой (менее 1млн. лет).

Еще меньше кратеров, превышающих 5 км в диаметре, на поверхности Европы. Плотности спутников Юпитера убывают по мере увеличения радиусов их орбит. В отличие от Ио, поверхности других спутников покрыты льдом, в том числе водяным, пропорциональная доля которого чем дальше от Юпитера, тем делается все выше. Предположение о ледяной корке, под которой находится сравнительно рыхлый слой «губчатого» льда, пропитанного водой, может объяснить ряд наблюдаемых особенностей некоторых спутников, например, сравнительную гладкость поверхностей и высокую отражательную способность. Так, у Европы отражательная способность велика, а перепад высот на ней составляет всего лишь около 10 м. Кроме того, на Европе нет кратеров более 10 км в диаметре, но имеется много длинных (200—300 км) неглубоких борозд, что связано с особенностями приповерхностного покрова. Следует отметить, что перепады высот на Ганимеде (радиус которого превосходит радиус Меркурия на 500 км) и Каллисто на порядок выше, чем на Европе.

Однако далеко не все спутники Юпитера имеют гладкие поверхности. Так, плотность кратеров в некоторых районах Каллисто, уступающему по размерам Ганимеду, близка к предельной. В отдельных участках края кратеров смыкаются. Одной из причин такого распределения кратеров может быть легкоплавкость пород поверхности (в частности, льда).

Кольцо Юпитера

У Юпитера установлено существование огромного плоского кольца из пыли и некрупных камней, которое при ширине в 6 км и толщине в 1 км простирается до десятков тыс. км от верхней границы облаков.

Изучение Юпитера и его спутников, уже давшее много существенно новых результатов, привело и к постановке ряда новых проблем. В частности, еще только в процессе становления находятся исследования, касающиеся физической природы интенсивных электрических полей у ближайших к Юпитеру спутников.