Загальна інформація про Юпітер
Юпітер, п’яте небесне тіло після Сонця, може похвалитися відомою свитою з 79 супутників. Ця гігантська планета складається з ядра, численних стратифікованих шарів і щільної атмосфери. Його магнітне поле інтригує тим, що має конфігурацію плаского диска. Хоча Юпітер має кільця, вони залишаються невловимими, якщо не спостерігати їх з близької відстані.
Цей газовий гігант яскраво сяє в нічному небі, що свідчить про його відбивну поверхню. Низька густина Юпітера свідчить про його газовий склад, проте точна природа його ядра залишається загадкою.
Структурно Юпітер значно відрізняється від Землі. Його значний об’єм і низька густина відносять його до газових гігантів, що помітно відрізняє його від нашої планети.
Походження назви
Названа на честь римського божества Юпітера, ця планета ділить свою назву з богом неба, денного світла і грому, якого шанують як батька всіх богів.
Утворення Юпітера
Юпітер утворився з тієї ж первісної туманності, що й Сонце, про що свідчить схожий склад водню та гелію. Маючи масу майже в 1 000 разів меншу за Сонце, він не має достатньої ваги, щоб ініціювати термоядерні реакції.
Розмір і величина
Радіус Юпітера сягає приблизно 70 000 кілометрів, а його діаметр – 139 800 кілометрів. Такі колосальні розміри зумовлені його раннім формуванням поблизу Сонця, що дозволило йому накопичити величезну кількість газоподібної речовини.
Маса Юпітера більш ніж удвічі перевищує масу всіх інших тіл Сонячної системи разом узятих, за винятком Сонця, включаючи комети та астероїди. Площа його поверхні перевищує 62 мільярди квадратних кілометрів.
Планетарний вік
Вік Сонячної системи становить близько 4,6 мільярдів років. Ізотопний аналіз показав, що ядро Юпітера сформувалося приблизно через мільйон років після утворення Сонця.
Планетарне забарвлення
Зовнішність Юпітера – це динамічне полотно з плям і смуг білого, червоного, коричневого, оранжевого та жовтого кольорів. Ці кольори постійно змінюються через утворення атмосферних вихорів та швидку зміну погодних умов.
Під час штормових періодів такі речовини, як сірка, вуглеводні та фосфор, створюють різнокольорові плями, що полегшує детальне вивчення атмосфери.
Склад атмосфери
Атмосфера Юпітера – це складна стратифікація шарів.
Тропосфера
Тропосфера, товщиною приблизно 50 кілометрів, містить водяну пару, гідросульфід амонію та аміак, утворюючи чіткі білі та червоні смуги. Газ піднімається в білих зонах і опускається в червоних, а вітрові потоки розмежовують ці зони. Температура у верхній тропосфері може впасти до -160° за Цельсієм.
Стратосфера
Стратосфера, товщиною близько 320 кілометрів, складається з вуглеводневого туману. Температура тут може сягати -100°C під впливом як сонячних променів, так і внутрішнього планетарного тепла, що прискорює рух атмосфери.
Термосфера та екзосфера
У термосфері температура злітає до 725°C, породжуючи слабке світіння, яке запобігає повній нічній темряві. Полярні сяйва, більш інтенсивні, ніж на Землі, виникають на полюсах завдяки магнітному полю Юпітера, потужній радіації та вулканічній активності на його супутнику Іо.
В екзосфері молекули газу поступово вилітають у космос, і ця область не має чітких меж.
Складові атмосфери
Атмосфера Юпітера складається переважно з водню і гелію, з домішками метану, аміаку, сірки і водяної пари.
Радіаційні пояси
Величезний внутрішній тиск переводить водень Юпітера в рідкий стан, що сприяє ефективній електропровідності. У поєднанні зі швидким обертанням планети це створює потужне магнітне поле, яке притягує іонізовані сонячні частинки та частинки з її супутників. Ці частинки сприяють виникненню полярних сяйв і формують потужні радіаційні пояси.
Радіаційні пояси Юпітера є небезпечними, створюючи значні ризики для космічних апаратів, потенційно пошкоджуючи їхнє обладнання.
Фізичні характеристики Юпітера
Основні фізичні атрибути Юпітера включають:
- Полярне стиснення: 0.06487
- Екваторіальний радіус: 71 492 км
- Середній радіус: 69 911 км
- Площа поверхні: 62,2 млрд км²
- Об’єм: 1,430 трлн км³
- Маса: 1,89 × 10²⁴ тонн
- Щільність: 1,33 г/см³.
- Прискорення вільного падіння на екваторі: 24,8 м/с².
- Друга швидкість вильоту: 59,5 км/с
- Екваторіальна швидкість обертання: 45 300 км/год
- Період ротації: 9 годин 55 хвилин
- Осьовий нахил: 3,1°.
- Орбітальний період: 12 років
Цікавий факт: кільця Юпітера
Кільця Юпітера, хоч і тонкі, але довгий час залишалися невідомими. Вони складаються з внутрішнього кільця, головного кільця та зовнішніх кілець, що додає ще один шар інтриги до цієї колосальної планети.
Температура планети Юпітер
Шари атмосфери та коливання температури
Кожен шар атмосфери Юпітера має відмінні теплові характеристики. Через підвищений рівень радіації вчені можуть лише гіпотетично припускати температуру певних регіонів.
Ядро Юпітера – найгарячіша частина планети, де температура, за оцінками, в шість разів вища за земну. Ядро оточує металічний водень, що перебуває в такому стані через величезний тиск у центрі планети. Цей регіон залишається недоступним для астрономів. Припускають, що температура оболонки, яка оточує ядро, становить від 6 000 до 21 000 градусів за Цельсієм. Це припущення випливає з того, що фазовий перехід твердого водню в рідину вимагає надзвичайно високих температур. Проте, завдяки величезному тиску, металевий водень може підтримувати себе в цих умовах.
На поверхні Юпітера температура падає до холодних -170°C. Однак у глибших шарах атмосфери температура зростає на 20-25°C. Піднімаючись у стратосферу, температура зростає, досягаючи 600°C на висоті 1000 кілометрів.
Метеорологічні явища на Юпітері
Погоду на Юпітері можна влучно описати як екстремальну. Планету часто беруть в облогу сильні шторми та урагани, швидкість вітру досягає 600 км/год. Вихори виникають раптово в певних точках, і положення цих штормів може швидко змінюватись протягом кількох годин.
Значна частина Юпітера оповита білими і коричневими хмарами, що мають вигляд витягнутих смуг з різко окресленими краями. Кожна смуга рухається з різною швидкістю, так звані “тропічні області”. Ці хмари утворюються через хаотичні повітряні потоки на різних висотах.
Існують також регіони, де низхідні повітряні потоки створюють темно-коричневі смуги, відомі як пояси. Білі області називаються зонами, а їхнє забарвлення визначається складом газів у них.
Склад і будова Юпітера
Юпітер складається переважно з газоподібних і рідких речовин, що характерно для газових гігантів. Його зовнішній шар – це атмосфера, тоді як у надрах переважають водень, ядро та інші хімічні речовини. Вважається, що ядро є сумішшю твердого металевого водню і гелію. Знання про існування цього ядра з’явилися лише наприкінці 1990-х років, раніше астрономи припускали, що в глибині планети відбуваються процеси радіоактивного розпаду. Існує гіпотеза, що ядро Юпітера може перевищувати масу Землі в 12-45 разів, складаючи від 4 до 14% від загальної маси планети.
Внутрішня будова Юпітера
З наближенням до ядра тиск і температура зростають. Саме ядро може досягати температури 35 700°C, а центральний тиск злітає до вражаючих 4500 ГПа.
Орбіта Юпітера
Основні орбітальні характеристики Юпітера включають:
- Відстань до Сонця в перигелії: 740,5 млн км
- Відстань до Сонця в афелії: 816,5 млн км
- Велика піввісь: 778,5 млн км
- Ексцентриситет орбіти: 0,0487
- Середня орбітальна швидкість: 13 км/с
Період обертання Юпітера – найкоротший серед усіх планет Сонячної системи, він робить один оберт трохи менше ніж за 10 годин. Його орбіта більш витягнута порівняно з земною, що призводить до значних коливань відстані від Сонця.
Велика червона пляма
Інтригуючою особливістю Юпітера є Велика червона пляма – масивний антициклон. Її темно-червоний відтінок пояснюється частинками сірки та аміаку з глибин атмосфери, які змінюють колір під впливом сонячного світла.
Залишається невизначеним, чи є Велика Червона Пляма постійним явищем. Вперше помічена астрономами у 1600-х роках, вона з часом зменшується, але не зникає. Прогнозується, що протягом 20 років пляма стане майже круглою і може врешті-решт зникнути.
Розташований у верхніх шарах атмосфери, край Великої Червоної плями обертається зі швидкістю приблизно 360 км/год. Сама пляма має розміри приблизно 12 000 км на 24 000 км, піднімаючись приблизно на 8 км над навколишніми хмарами.
Спутники Юпітера
Станом на 2019 рік навколо Юпітера обертається 79 супутників. Чотири з них, відомі як галілеєві супутники, були відкриті Галілео Галілеєм: Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. Відкриття цих супутників дало Галілею вирішальні докази на підтримку геліоцентричної моделі, що призвело до його переслідування католицькою церквою.
Ганімед
Ганімед, найбільший супутник Юпітера, має радіус 2 634 км і площу поверхні 87 млн км². Він у 40 разів менш масивний, ніж Земля, а його поверхневе тяжіння майже в сім разів слабше. Ганімед обертається навколо Юпітера на середній відстані 1 070 000 км, що робить його третім за віддаленістю від нього супутником Галілея. Примітно, що маса Ганімеда становить 45% маси Меркурія. Він завершує один оберт навколо Юпітера приблизно за тиждень.
Відкритий Галілеєм у 1610 році, Ганімед був названий на честь міфічного троянського принца, викраденого Зевсом, щоб служити виночерпієм богів на горі Олімп, даруючи йому вічну молодість і безсмертя.
Ганімед, ймовірно, утворився з акреційного диска або туманності з пилу і газу, яка колись огорнула Юпітер незабаром після його утворення. Супутник сформувався ближче до планети, де туманність була щільнішою.
Ганімед складається з суміші гірських порід і застиглої води. Лід може містити аміак. Точна природа твердої породи залишається неідентифікованою. Спектроскопічні дослідження виявили на Ганімеді такі речовини:
– Вуглекислий газ
– Діоксид сірки
– Диціаноацетилен
– Сірчана кислота
– Органічні сполуки
– Сульфат магнію та натрію
Існує гіпотеза, що Ганімед складається із залізного ядра, силікатної мантії та крижаного зовнішнього шару. Ядро, ймовірно, охоплює радіус від 700 до 900 кілометрів, тоді як крижаний шар має товщину від 800 до 1000 кілометрів. Решта структури складається з силікатної мантії. На поверхні є кратери, жолобчасті області та полярні шапки.
Дослідження вказують на наявність на супутнику слабкої атмосфери, поряд з екзосферою, що складається з кисню. Існування іоносфери на Ганімеді залишається предметом дискусій. Космічний апарат “Галілео” виявив магнітне поле поблизу Ганімеда, що робить його єдиним планетарним супутником у Сонячній системі з магнітосферою. Якби не інтенсивна радіація, Ганімед був би ідеальним кандидатом для тераформування.
Каллісто
Каллісто, другий за розміром і найвіддаленіший супутник Юпітера, посідає третє місце за розміром у всій Сонячній системі. Свою назву він отримав від імені супутниці Зевса в давньогрецькій міфології.
Період обертання Каллісто збігається з періодом її обертання навколо Юпітера, в результаті чого одна півкуля постійно звернена до планети. З радіусом 2 410 кілометрів Каллісто за розмірами конкурує з Меркурієм. Її поверхня охоплює 73 мільйони квадратних кілометрів, маса становить приблизно 1,02 x 10^23 кілограма, а об’єм – 59 мільярдів кубічних кілометрів. Гравітація на Каллісто становить приблизно одну восьму від земної, а осьовий нахил відсутній.
Спектроскопія виявила наявність льоду, вуглекислого газу, сполук кремнію та органічних матеріалів на поверхні Каллісто. Ландшафт складний, з кратерами та кільцевими структурами, відомими як “цирки”. Каллісто огорнута тонкою атмосферою вуглекислого газу та іоносферою.
Припускають, що Каллісто утворився шляхом акреції з пилогазової хмари. Під його поверхнею лежить підземний океан товщиною приблизно 100 кілометрів, який потенційно може бути притулком для позаземного життя. Каллісто може слугувати стратегічною космічною базою для дослідження планет-гігантів, враховуючи її розташування за межами радіаційних поясів Юпітера.
Європа
Європа, найменший з галілеєвих супутників, відкритий у 1610 році, має радіус близько 1 560 кілометрів і площу поверхні понад 30 мільйонів квадратних кілометрів. Об’єм супутника становить близько 16 мільярдів кубічних кілометрів. Гравітація на екваторі становить приблизно 1,3 м/с². Як і Каллісто, Європа повернута однією півкулею до Юпітера. Вона обертається на середній відстані приблизно 665 000 кілометрів від планети.
Поверхня Європи вкрита переважно льодом і є найгладшою в Сонячній системі. Хоча на ній мало кратерів, вона позначена численними тріщинами. Лід виглядає відносно молодим. Температура поверхні може опускатися до -190°C. Рівні радіації на Європі надзвичайно високі, перевищують 5 зіверт на добу – цього достатньо, щоб викликати гостру променеву хворобу у людини протягом кількох годин.
Під крижаною корою Європи, ймовірно, існує океан. Астрономи припускають, що цей океан підтримується приливним теплом, а не радіоактивним розпадом, якого було б недостатньо для такого потепління.
Спектрографічні спостереження виявили на Європі тонку атмосферу, що складається з молекул кисню. Цей кисень утворюється внаслідок дисоціації молекул води на водень і кисень під впливом сонячної та радіаційної енергії. Через низьку гравітацію водень швидко вивітрюється в космос. Атмосферний тиск на Європі становить менше однієї мільйонної частки Паскаля.
Європа вважається першочерговим місцем для потенційного позаземного життя в Сонячній системі, яке, можливо, мешкає в підземному океані. Хоча на сьогоднішній день не було виявлено жодних ознак життя, супутник знаходиться в межах інтенсивних радіаційних поясів Юпітера. Будь-який астронавт, що наважиться ступити на поверхню Європи, отримає смертельну дозу радіації протягом кількох годин.
Іо: Вулканічно активний супутник Юпітера
Іо – найближчий супутник Юпітера, що знаходиться на середній відстані приблизно 420 000 кілометрів від планети. Маса цього супутника становить близько 9 × 10¹⁹ тонн, а об’єм – близько 25 мільярдів кубічних кілометрів. З поверхневою силою тяжіння приблизно 1,8 м/с², Іо, як і її небесні сестри Каллісто та Європа, завжди повертається до Юпітера одним і тим же обличчям, завершуючи свій оберт навколо нього приблизно за 1,75 дня. Названий на честь міфологічної постаті Іо, жриці Гери, цей супутник має діаметр 3 642 кілометри, що робить його четвертим за розміром супутником у Сонячній системі.
Іо відома своєю надзвичайною вулканічною активністю, на ній налічується понад 400 діючих вулканів. Це вулканічне явище є результатом інтенсивного внутрішнього нагрівання, спричиненого приливним тертям від гравітаційного тяжіння Юпітера, а також впливом Ганімеда та Європи. Деякі вулкани Іо здатні викидати сірку та її діоксид на сотні кілометрів у космос.
Геологічний склад та внутрішня будова
У складі Іо переважають сполуки на основі кремнію, що оточують розплавлене ядро, яке, ймовірно, складається із заліза або сульфату заліза. Поверхня характеризується великими рівнинами, вкритими сіркою або замерзлим діоксидом сірки. Припускають, що під ними ховається підземний океан магми, температура якого сягає 1200°C.
Трансформація вулканічного ландшафту
Вулканічні виверження на Іо безперервно змінюють форму його поверхні попелом і відкладеннями сірки, забарвлюючи її в різноманітні відтінки. Потоки лави на Іо величезні, іноді сягають 500 кілометрів. Ці виверження також сприяють утворенню розрідженої атмосфери, щільність і висота якої коливаються залежно від часу доби, вулканічної активності та рівня поверхневого морозу. Атмосферний тиск на Іо коливається від 3 × 10-⁵ до 3 × 10-⁴ Па.
Порівняльний аналіз із земними планетами
Іо має більше спільного з земними планетами, про що свідчить його густина, яка перевищує 3,5 г/см³ – значно вища, ніж у інших галілеєвих супутників. Така значна щільність робить Іо найщільнішим супутником у Сонячній системі.
Порівняльні виміри: Юпітер і Земля
| Параметр | Юпітер | Земля |
|---|---|---|
| Екваторіальний радіус | 71,492 км | 6,387 км |
| Полярний радіус | 66,854 км | 6,356 км |
| Площа поверхні | 62.179 мільярдів км² | 510.65 мільйонів км² |
| Обсяг | 1,431.431 трильйонів км³ | 1.83 трильйонів км³ |
| Маса | 1.8986 × 10²⁴ тонн | about 6 × 10²¹ тонн |
| Екваторіальна окружність | 448,984 км | 40,075 км |
Близькість до Сонця та Землі
Юпітер обертається навколо Сонця на відстані 740,5736 мільйона кілометрів у перигелії та 816,5208 мільйона кілометрів в афелії. Відстань між Землею і Юпітером коливається від 588 до 987 мільйонів кілометрів. Найближче до Землі видима зоряна величина Юпітера становить -2,94, хоча в найвіддаленішій точці він все ще світить яскраво з видимою зоряною величиною -1,61.
Небесні зіткнення з Юпітером
Юпітер, будучи другим за величиною небесним тілом у Сонячній системі, чинить значну гравітаційну силу, притягуючи до себе численні малі космічні об’єкти, особливо з сусіднього поясу астероїдів.
Зіткнення з кометою Шумейкерів-Леві 9
Відкрита в березні 1993 року комета Шумейкеров-Леві 9 стала першим небесним об’єктом, зіткнення якого з Юпітером спостерігали астрономи. Приблизно за 10 місяців до відкриття комета наблизилася до Юпітера на 15 000 кілометрів, в результаті чого під дією приливних сил вона розпалася на 21 шматок. На відміну від типових комет, що обертаються навколо Сонця, Шумейкер-Леві 9 обертається навколо Юпітера з ексцентриситетом, що наближається до одиниці.
У липні 1994 року ці фрагменти зіткнулися з атмосферою Юпітера на приголомшливій швидкості 64 км/с, спричинивши масивні збурення хмар. Тижневе зіткнення (16-22 липня 1994 року) можна було спостерігати як із Землі, так і з космосу. Космічний апарат “Галілео” зробив знімки цих зіткнень, які було видно у вигляді темних плям у південній півкулі Юпітера. Зіткнення вивільнили енергію, еквівалентну 2 мільйонам мегатонн тротилу, спричинивши радіаційні спалахи, викиди газу, зміни в радіаційних поясах і полярні сяйва.
Фрагменти Шумейкера-Леві зрештою впали на південну півкулю Юпітера. Ця катастрофічна подія була ретельно задокументована космічним кораблем «Галілей». Небесний зрив, спричинений знищенням комети, був помітний навіть із Землі.
Удар вивільнив вражаючу енергію, еквівалентну 2 мільйонам мегатонн тротилу. Наступне падіння фрагментів та комети супроводжувалися яскравими спалахами радіації, сплесками газових викидів, змінами в радіаційних поясах і заворожуючою появою полярних сяйв.
Інші зіткнення
Удари астероїдів по Юпітеру
У липні 2009 року Юпітер зазнав драматичного зіткнення з кам’янистим астероїдом, в результаті чого в його атмосфері утворилася темна пляма, яку можна порівняти за розмірами з Тихим океаном. Розрахунки показали, що діаметр астероїда становив приблизно 500 метрів, а зіткнення вивільнило енергію, еквівалентну 5 000 мегатонн тротилу.
Наступною подією в червні 2010 року став значний спалах над атмосферою Юпітера, пов’язаний з падінням іншого космічного тіла. Однак цей інцидент не залишив жодних помітних темних плям в атмосфері.
Пізніше, в серпні того ж року, астрономи-аматори спостерігали спалах над хмарами Юпітера, ймовірно, викликаний зіткненням астероїда або комети.
У березні 2016 року астроном-любитель Г. Кернбауер зняв на відео ще одне зіткнення Юпітера з астероїдом або кометою, в результаті якого вивільнилося приблизно 12,5 мегатонн енергії.
Полярне сяйво на планеті
Юпітер відомий своїми яскравими і постійними полярними сяйвами, які відрізняються від земних своєю постійністю. Коливається лише інтенсивність цих полярних сяйв, на яку сильно впливає обертання супутників Юпітера.
Дослідження Юпітера
Виняткова видимість Юпітера зробила його об’єктом людських спостережень з давніх-давен, а записи про нього датуються 7-8 століттями до нашої ери у Стародавньому Вавилоні. Використання телескопа Галілео Галілеєм у 1610 році призвело до відкриття чотирьох супутників Юпітера, кинувши виклик геоцентричній моделі Всесвіту.
У 1660-х роках астроном Джованні Кассіні визначив, що Юпітер є косим сфероїдом, і вивчив обертання його атмосфери. До 1831 року Г. Швабе мав детальні спостереження Великої Червоної плями.
Радіотелескопи в середині 20-го століття дозволили астрономам точніше вимірювати швидкість обертання Юпітера. На сьогоднішній день систему Юпітера відвідали дев’ять космічних апаратів.
Астрономи-аматори знаходять найкращі умови для спостережень під час щорічного протистояння Юпітера, а зима є найсприятливішою порою року.
Розрахунок тривалості дня на Юпітері
Визначення тривалості дня Юпітера є складним завданням через відсутність у нього твердої поверхні. Для цього застосовуються різні методи:
1. Відстеження штормів: Спроби визначити центри штормів показали, що їхні швидкі рухи роблять їх ненадійними для визначення періодів обертання.
2. Вивчення радіовипромінювання: Постійна швидкість радіовипромінювання магнітного поля Юпітера виявилася корисною для обчислення тривалості дня.
Чи є життя на планеті?
Середовище Юпітера вкрай несприятливе для життя, яке ми знаємо, з низькими температурами, відсутністю твердої поверхні та мінімальним вмістом води в атмосфері. Однак можливість існування життя в глибинах його атмосферної оболонки, де тиск і атмосферні умови відрізняються, не можна повністю відкидати.
Цікаві факти про Юпітер
Юпітер вирізняється не лише своїми розмірами, а й кількома інтригуючими характеристиками:
– Яскравість: Це третій за яскравістю об’єкт у нічному небі Землі після Місяця та Венери.
– Потенційна зоря: Якби маса Юпітера була у 80 разів більшою під час його формування, він міг би стати коричневим карликовим світилом.
– Гравітаційний щит: Потужне гравітаційне поле Юпітера захищає Землю, захоплюючи та відхиляючи астероїди.
– Атмосферні кристали: Атмосфера гіганта містить кристали аміаку та сірки.
– Велика червона пляма: Цей потужний шторм вирує вже 350 років, він достатньо великий, щоб вмістити три Землі.
– Тонкі кільця: Товщина кілець Юпітера коливається від 2 до 12,5 тисяч кілометрів.
– Ретроградні супутники: Кілька його супутників обертаються в напрямку, протилежному обертанню Юпітера, і мають назви, що закінчуються на “е”, наприклад, Карме, Сінопа і Пасіфая.
– Радіохвилі: Юпітер випромінює потужні радіохвилі, які можна виявити за допомогою короткохвильових антен, створюючи незвичайний звук.
– Гравітаційне тяжіння: Людина на Юпітері важила б у 2,4 рази більше, ніж на Землі; 70-кілограмова людина важила б 168 кг, що робить такі прості завдання, як підйом по сходах, досить важкими.
Юпітер, найбільша планета нашої Сонячної системи, з давніх часів зачаровує людство своїм блиском на нічному небі. Постійні дослідження продовжують розкривати його таємниці, обіцяючи захоплюючі відкриття в найближчому майбутньому.
