Юпитер
Юпитер — пятая по удалению от Солнца и самая большая планета Солнечной системы. Этот огромный газовый гигант первый в группе дальних планет, находящихся за Поясом астероидов. На земном небе Юпитер по свечению занимает четвертое место после Солнца, Луны и Венеры. Лишь Марс иногда, в дни предельного сближения с Землей, светится столь же сильно.
Среди планет Юпитер по своему блеску* занимает второе место, уступая Венере. Древние обладали живым и образным мышлением, что смогли по достоинству оценить свечение планеты. За блеск светило отождествили с верховным божеством. В римской мифологии Юпитером называли верховного бога, который вместе с богинями Юноной и Минервой правил прочими божествами римского пантеона. Юпитер отождествлялся с древнегреческим Зевсом — царем и отцом богов Олимпа, сыном Кроноса и Реи.
* блеск (звездная величина) — числовая характеристика яркости, обозначается буквой «m». Характеризует поток энергии от рассматриваемого светила (энергию всех фотонов в секунду) на единицу площади. Чем меньше значение блеска, тем ярче данный объект. Понятие звёздной величины используется при измерении потока энергии в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне.
Астрономия Юпитера
Видимый в земные телескопы диск Юпитера представляет собой не поверхность планеты, но газовую оболочку. Колосс Юпитер являет собой полную противоположность маленьким каменистым планетам земной группы. Его видимая поверхность подвержена непрерывным изменениям. Эта планета находится далеко от Солнца; когда Юпитер ближе всего к Земле, расстояние до него составляет около 630 млн км. Масса Юпитера более чем в 300 раз превосходит земную, а объем больше земного в 1000 раз. В телескоп Юпитер выглядит как золотистый диск, пересеченный темными и светлыми полосами, примерно параллельными друг другу. Глаз легко различает красноватые и коричневатые оттенки. На их фоне видны неправильные облакоподобные пятна. Диск кажется слегка сплюснутым перпендикулярно полосам, тщательные измерения подтверждают, что экваториальный диаметр больше полярного диаметра на 1/15, или 0,7 земного диаметра.
Расстояние от Земли до Юпитера равняется в минимуме 591 млн км, в максимуме 965 млн км. Среднее расстояние планеты от Солнца насчитывает 778,3 млн км, что составляет 5,2 а.е. Т.е. планета в 5 раз более удалена от Солнца, чем Земля.
Период обращения Юпитера вокруг Солнца занимает 11,9 земных лет, при этом скорость движения по орбите равна примерно 13 км/с. Хорошо заметно земному наблюдателю сжатие планеты у полюсов. Это сжатие характерно и для других планет и спутников, но в сравнении с Юпитером сплюснутость Луны, Меркурия или, например, Венеры много меньшая.
Юпитер сжат с полюсов за счет быстрого вращения вокруг собственной оси.
Сутки на Юпитере длятся от силы 9 ч 55 мин. в умеренных зонах, которые движутся медленнее. Экваториальные области обращаются за 9 ч 50 мин. Несложно подсчитать, что юпитерианский год длится 10 530 местных суток. Сплюснутость, причем значительная, позволяет различать радиусы полярный и экваториальный. Последний равен 71,4 тысячам км, т.е. в 11,2 раза превосходит земной.
У Юпитера все больше, чем у других планет, даже родственных ему гигантов. Начать с того, что его объем в 1320 раз превосходит земной и в 1,6 раза объем всех планет Солнечной системы вообще. Удивительно, что по массе Юпитер превосходит Землю лишь в 318 раз, достигая 1,9 септиллионов т. Столь существенное различие между объемом и массой объясняется низкой плотностью вещества планеты, равной 1,33 г/см3. Однако даже эта сравнительно малая масса в 2,45 раза превосходит суммарную массу всех прочих планет Солнечной системы.
Площадь Юпитера насчитывает 59 млрд кв. км. На поверхности планеты поместятся 115,6 земных поверхностей.
Экваториальная область вращается гораздо быстрее, чем более высокоширотные области. Ее период вращения на 5 мин короче и равен приблизительно 9 ч 50 мин. Периоды от 9 ч 51 мин. до 9 ч 53 мин. наблюдаются редко; вращение с таким периодом, по-видимому, неустойчиво. Линейные скорости перемещения деталей на экваторе — около 40 ООО км/ч. Эти периоды вращения относятся только к высотам, на которых наблюдаются облака.
Наблюдения радиоизлучения Юпитера показывают, что ось его мощного магнитного поля наклонена на 10 градусов к оси вращения. Магнитное поле вращается весьма равномерно, с периодом 9 ч 55 мин. 29,37 сек., а это указывает на почти твердотельный характер вращения планеты под слоем облаков. Малая плотность вещества позволила ученым предположить, что Юпитер пребывает в полугазообразном состоянии. Согласно расчетам известного астрофизика, академика В. Г. Фесенкова (1951 г.), планета-гигант может состоять на 75% из водорода и на 25% из гелия. Долгое время пропорция оставалась гипотезой, поскольку обнаружить гелий в спектре Юпитера не удавалось. Лишь 20 лет спустя американские «Пионеры» обнаружили присутствие гелия в атмосфере Юпитера, доказав справедливость предположения Фесенкова.
Центробежная сила, возникающая вследствие вращения, достаточна для создания видимого сжатия, хотя сила тяжести на Юпитере в 2,6 раза больше, чем на поверхности Земли. Однако если бы внутреннее строение Юпитера было подобно строению Земли, то сжатие должно было бы быть еще больше. Значит, плотность с глубиной у Юпитера растет быстрее, чем у Земли. Поскольку средняя плотность равна всего 1,34 г/см3, можно сделать вывод, что Юпитер, подобно Солнцу, состоит в основном из легких газов, главным образом водорода и гелия. Присутствие очень протяженной атмосферы очевидно из данных прямых наблюдений.
Наиболее поразительной особенностью юпитерианской атмосферы является Большое Красное Пятно, впервые замеченное в 1830 г. Это овал кирпично-красного цвета, протянувшийся параллельно экватору приблизительно на 50 000 км (почти на четыре земных диаметра!). Временами оно более заметно, а временами почти исчезает, но больше никогда оно не было таким ярким, как в первые годы после открытия.
Большое Красное Пятно — скорость его вращения непостоянна, и оно заметно дрейфует по поверхности планеты. В результате этого дрейфа оно прошло путь, равный трем оборотам относительно своего среднего положения на планете, рассчитанного при постоянном значении периода. Такая подвижность показывает, что пятно — плавающее возмущение. По-видимому, оно постепенно затухает. Скорее всего, это ураган-антициклон, который не может успокоиться вот уже более трех с половиной столетий.
Подобные ураганы обнаружены и в других областях планеты, например Белое Пятно, поперечник которой равен 16 000 км. Судя по большой подвижности атмосферы и высокому уровню радиационного излучения, на Юпитере часты фантастические по своим масштабам грозы — самые грандиозные в Солнечной системе.
Потрясающие изображения системы Юпитера, переданные космическими аппаратами Пионер-16 и Вояджер-1 и 2, и физические измерения позволяют глубже понять сложную и грандиозную метеорологию атмосферы Юпитера. Темные полосы в спектрах планеты принадлежат аммиаку и метану. Метан преобладает и в спектрах других планет-гигантов.
Остальные темные линии в этих спектрах принадлежат газам внешнего слоя Солнца и земной атмосферы. Т. Данхем из обсерватории Маунт-Вилсон отождествил метан и аммиак, сжимая их раздельно в 20-метровой трубе: он обнаружил, что линии поглощения, возникшие в спектре светового пучка, дважды прошедшего через трубу, имеют такие же длины волн, как линии в спектре Юпитера. Слой газообразною аммиака толщиной 10 м при нормальном атмосферном давлении эквивалентен его количеству, содержащемуся в юпитерианской атмосфере до глубины, на которую проникает солнечный свет прежде, чем отразится по направлению к Земле.
Для метана соответствующее значение составляет 160 м. Продолжающиеся наземные и космические наблюдения приносят все больше сведений о химическом составе атмосферы Юпитера. Как и ожидалось, преобладают водород и гелий. Хотя полосы поглощения метана и аммиака преобладают в инфракрасном спектре, их процентное содержание не намного больше, чем компонентов, находящихся на пределе обнаружимости. Вода вымерзла, сохранившись в газообразном состоянии в едва ощутимых количествах. Средняя молекулярная масса атмосферы Юпитера равна 2,2 атомной единицы массы.
Такое же значение было получено по наземным наблюдениям ослабления блеска звезд при их покрытии планетой. Над слоем облаков атмосферное давление падает вдвое на каждые 10-12 км. Легкие газы сжимаются вследствие большой силы тяжести. Температура с высотой падает быстро: от минус 113 °С при давлении 1,0 атм, до минус 160 °С при давлении 0,03 атм. На снимке, сделанном в темной полосе метана в ближней инфракрасной области спектра, самое яркое изображение дают самые верхние слои, где метана мало.
Темные области расположены глубже. Снимок, сделанный на длине волны непрерывного спектра вблизи темной полосы, позволяет видеть отдельные детали. Облака над Большим Красным Пятном и экваториальным поясом расположены высоко в атмосфере. На снимке выделяются полярные области, в которых происходит рассеяние от слоя дымки, образующейся очень высоко в этих холодных областях Юпитера. Чтобы понять метеорологию Юпитера, вспомним, что на Земле облака, ветры и циркуляционные течения обусловлены солнечным теплом, достигающим поверхности и нижней атмосферы.
Радиометрические измерения Юпитера указывают на генерацию тепла в недрах самой планеты, и его собственное тепловое излучение примерно вдвое превышает поток энергии, поступающей от Солнца. Кроме того, на Юпитере отсутствует твердая поверхность и какой-либо рельеф.
Тепло из недр выносится путем вертикальной конвекции, порождающей турбулентные вихри. На Земле нагрев происходит в основном в экваториальных областях, и здесь теплый воздух поднимается в атмосферу. Растекаясь затем в направлении к полюсам и опускаясь вниз на средних широтах, где линейная скорость вращения поверхности Земли ниже, чем на экваторе, эти воздушные потоки смещаются к востоку. Следовательно, на средних широтах преобладают западные ветры. Ближе к экватору дуют пассаты, питаемые энергией атмосферы более высоких широт и направленные с востока на запад, т.е. восточные пассаты. В областях циклонических возмущений воздух втягивается в область низкого давления. В северном полушарии циклон вращается против часовой стрелки, в южном — по часовой стрелке, поскольку воздушный поток, движущийся к экватору отклоняется к западу, а поток, удаляющийся от экватора — к востоку. Следовательно, при сближении воздушных масс создается типичное циклоническое вращение.
Это упрощенное описание картины земной циркуляции дает некоторое представление о сложной системе циркуляции на Юпитере.
В экваториальной зоне Юпитера до 9 градусов обоих полушарий течения направлены строго с запада на восток (западные ветры), скорость здесь приблизительно 100 м/с. Вблизи 20-х широт ветры дуют с востока на запад со скоростью около 50 м/с — своего рода слабые пассаты. Большое Красное Пятно увлекается на запад вместе с южной тропической зоной. Дальше от экватора на умеренных широтах снова видны узкие движущиеся с высокой скоростью на запад белые полосы.
На изображениях, переданных «Вояджером», северная умеренная зона шире, более однородна и движется быстрее, чем южная. Со временем ситуация меняется и может стать обратной. Между основными течениями заметны вихри и струи. Большое Красное Пятно не связано с глубокими слоями планеты. В нем наблюдается подъем вещества из верхних областей и растекание его от центра. Этим и объясняется низкая температура пятна и антициклоническое вращение в нем, т.е. против часовой стрелки в южном полушарии, с периодом около 7 суток.
Белые овалы представляют собой подобные возмущения; они появились в 1939 г. и в настоящее время сжимаются. Большое Красное пятно также сжимается, но его возраст не известен; возможно, оно образовалось гораздо раньше, чем было обнаружено.
Большое Красное Пятно и белые овалы — не следствие катастрофических явлений, как думали когда-то. Они существуют за счет конвективных ячеек, которые выносят внутреннее тепло Юпитера из недр к видимой поверхности, откуда оно излучается наружу. Полученные с помощью телекамер «Вояджеров» последовательные серии снимков позволяют исследовать структуру движения. Они показывают, что вокруг Большого Красного Пятна существуют вихри, вероятно, пробивающие себе путь сквозь примыкающие к нему облачные образования. Некоторые вихри сталкиваются, другие закручиваются в жгуты и исчезают.
Облака на Юпитере, которыми занят нижний этаж атмосферы планеты-гиганта, т.н. тропосфера, имеют сложный химический состав. Самые высокие облака состоят из кристаллов аммиачного льда. Ниже следуют облака из гидросульфида аммония, которых подстилают облака из кристаллов водяного льда. Остальные облака состоят в основном из аммиака, причем температура лежит в подходящих пределах, от минус 100 до минус 160 °С. При давлении 1 атм аммиак кипит при минус 33 °С и плавится при минус 78 °С, так что он легко вымерзает в атмосфере Юпитера, но при малом давлении паров его достаточно для появления спектральных полос.
Метан кипит при минус 161 С и плавится при минус 184 С, поэтому существование жидкого или кристаллического метана почти полностью исключается.
Облака на Юпитере простираются в интервале высот примерно 12 км, почти так же, как и земные облака. Изредка в умеренных зонах мы проникаем до глубин, соответствующих более чем двум земным атмосферам. Т.о. диапазон давлений для облаков на Юпитере также сравним с диапазоном для земных облаков. Устойчивые атмосферные составляющие не могут придать Юпитеру такую окраску. Окрашивающие вещества должны появляться, принимать участие в циркуляции и исчезать, иначе планета была бы окрашена постоянно одинаково. Возможно, из глубины с помощью механизма, напоминающего извержения вулканов, поступают окрашенные металлические соединения, а затем оседают или подвергаются химическим реакциям в атмосфере. Существует предположение, что в таких облачных протяженных турбулентных атмосферах электрические разряды приводят к образованию быстро распадающихся окрашенных соединений.
Космические аппараты «Вояджер-1 и 2» зарегистрировали мощные вспышки молний на Юпитере, сравнимые с сильнейшими грозовыми разрядами на Земле. Никакой зависимости между молниями и цветом пока не найдено.
Обнаружение на Юпитере фосфина указывает на возможное окрашивание Большого Красного Пятна кристаллами красного фосфора, образующегося при разложении фосфина под действием солнечного излучения. Во всяком случае, присутствие фосфина, германа и окиси углерода указывает на сильное вертикальное перемешивание вследствие конвекции и вихрей, возникающих на больших глубинах.
Астрофизика Юпитера
Этот раздел посвящен физическим характеристикам Юпитера и отдельных его оболочек. Данные, приведенные ниже, добыты преимущественно американскими межпланетными аппаратами «Пионер-10» и «Пионер-11», исследовавшими планету в период с 1973 по 1974 гг., а также «Вояджерами». Планеты-гиганты существенно отличаются от других больших планет Солнечной системы, но отличия Юпитера весьма специфичны. Магнитосфера этой планеты считается самой протяженной в Солнечной системе. Высота границы магнитного поля насчитывает 8 млн км от поверхности планеты. Т.е. оно в 6 раз больше солнечного диаметра. Здесь поле сталкивается с потоком солнечного ветра и межпланетным магнитным полем. При этом образуется пограничная ударная волна, на которой скорость солнечного ветра снижается с 450 до 200 км/с.
Это снижение скорости позволяет Юпитеру захватывать протоны, электроны и прочие частицы ветра своей магнитосферой.
Магнитное поле имеет сложную внутреннюю структуру, его силовым линиям характерна некоторая слоистость в распределении над планетой. «Пионер-10» четырежды регистрировал исчезновение с повторным возникновением магнитного поля. Другой странностью в строении юпитерианской магнитосферы является то, что магнитное поле гиганта двойное. Оно слагается двумя соседствующими полями, дипольным и недипольным. Первое занимает пространство вокруг планеты с границами до 1,4 млн км. Полярность диполя противоположна земной.
Второе поле, недипольное, распространяется от границ дипольного — 1,4 млн км — до ударной волны на расстоянии 8 млн км от Юпитера. Отсутствие второго полюса объясняется тем, что он попросту уничтожен огромной величиной внешнего поля, которое очень слабо. В магнитосфере находятся в большом количестве ионы водорода, а также кислорода и серы, выбрасываемой в космос вулканами спутника Юпитера Ио. На орбите Ио магнитное поле гигантской планеты создает плазменный тор радиоизлучения и ультрафиолетовой эмиссии. У планегы имеются мощные радиационные пояса, которые по интенсивности радиоизлучения превосходят земной пояс в 40 000 раз и уступают только солнечным.
Наиболее сильное радиоизлучение приходится на область в 428 000 км от планеты. Хотя радиоизлучение регистрируется не при каждом обороте Юпитера, на определенных долготах систематически генерируются всплески, указывающие на вращение источников как твердого тела с периодом 9 ч 55 мин 29,37 сек. Энергия всплесков радиоизлучения Юпитера соответствуег энергии миллиарда одновременных вспышек молний на Земле; всплески, по-видимому, очень кратковременны — малые доли секунды. Они почти никогда не наблюдаются с Земли на длинах волн свыше 20 м из-за поглощения в земной ионосфере.
Не удивительно, что «Вояджеры» зарегистрировали длинноволновое излучение и шумовые бури в диапазоне длин волн от 3 до 30 км, или в диапазоне частот от 100 до 10 кГц. Их источник, очевидно, связан с внутренней частью магнитосферы, начинающейся, по-видимому, от верхней границы ионосферы Юпитера, и возможно, с движением внутреннего спутника Ио.
В микроволновом диапазоне температура Юпитера близка к ожидаемому из инфракрасных наблюдений значению -143 С, но с увеличением длины волны вычисленная эффективная температура становится гораздо выше и указывает на то, что Юпитер, подобно Земле, имеет магнитное поле и радиационный пояс, в котором непрерывно генерируется очень высокочастотное радиоизлучение.
Напряженность магнитного поля на порядок больше, чем геомагнитного поля, а магнитная ось наклонена на угол около 10 градусов относительно оси вращения. Этим частично объясняется полупериодический характер радиовсплесков на длинных волнах. Излучение в дециметровом диапазоне, несколько выше и несколько ниже 3000 мГц, очевидно, создается релятивистскими электронами, движущимися по винтовым траекториям вдоль магнитных силовых линий в магнитосфере. Они сильнее всего излучают вблизи плоскости магнитного экватора, позволяя определить наклон и направление оси магнитного поля относительно оси вращения.
Радиоизлучение достигает максимума, когда Земля проходит через плоскость магнитного экватора Юпитера. Загадочная и сложная структура магнитосферы начала проясняться в 1964, когда Е. Бигг открыл, что излучение в диапазоне 10 м наблюдается только при определенном положении внутреннего галилеева спутника Ио. Была показана удивительная связь между долготами на Юпитере, на которых происходит излучение из определенных областей, когда Ио находится в одном из двух интервалов долгот.
Всплески радиоизлучения происходят редко, исключая случаи, когда Ио пересекает плоскость «магнитного диска» Юпитера по одну сторону планеты, при наблюдении с Земли. Другие спутники, по-видимому, редко, если это вообще случается, создают аналогичный эффект. Загадка Ио начала раскрываться в 1973, когда в ее спектре были обнаружены эмиссионные линии натрия. На основании наблюдений «Пионера-10» был сделан вывод, что Ио заключена в тороидальное водородное облако, окружающее Юпитер.
Наземные наблюдения подтвердили, что натриевое облако существует и яркость его меняется с положением на орбите, поскольку излучение атомов натрия пропорционально приходящему солнечному излучению. При движении атомов натрия с высокой скоростью вокруг Юпитера их линии поглощения смещаются относительно линий натрия в спектре Солнца вследствие эффекта Доплера. Поданным «Вояджера-2» установлено, что в торе концентрация плазмы приблизительно на 1000 электрон/см3, выше, чем в его окрестностях. Следовательно, связанное с Ио радиоизлучение вызывается электронами, движущимися ио винтовым траекториям в возмущенных Ио и сопутствующей плазмой магнитных полях в магнитосфере Юпитера.
Юпитер не имеет твердой поверхности, у планеты отсутствует литосферная кора. Оболочки Юпитера очень своеобразны. Самой верхней является плотный газообразный слой, подобный атмосфере. Он состоит преимущественно из молекулярного водорода. 27% газовой смеси занимает гелий, доли процента приходятся на метан, аммиак, цианид и водяные пары. Толщина атмосферы составляет порядка 6000 км, что равняется 0,08 от радиуса планеты.
Нижний слой атмосферы является по своим физическим качествам океаном, плотность вещества здесь составляет 0,2 г/ см3. На большей глубине (0,15-0,2 радиуса) происходит переход водорода из молекулярной формы в атомарную. Толщина слоя достигает 0,55 радиуса Юпитера. Водород здесь под чудовищным давлением свыше 700 000 атм. образует совокупность атомов и свободных электронов. Такое состояние условно называется металлической фазой водорода.
С повышением глубины давление возрастает, увеличивается и плотность вещества. В недрах планеты, на глубине 50 000 км давление достигает пороговой отметки в 20 млн атм. При таком сжатии плотность вещества составляет 2,8 г/см3. Происходит очередное качественное перерождение вещества планеты. Здесь начинается новый слой, называемый ядром. Полужидкое, оно сложено водородом, гелием с небольшой примесью железа, никеля и силикатов. Давление в центре ядра превышает 80 млн атм., а температура насчитывает плюс 200 000 °С, хотя, согласно иным версиям, она на два порядка ниже.
В атмосфере, единственной относительно хорошо изученной оболочке Юпитера, существуют потоки газового вещества, сродни конвекционным. Их активное движение объясняется температурным режимом. Планета получает от Солнца тепла в 27 раз меньше, чем Земля, однако, за счет внутреннего тепла разогревается на поверхности на 30 °С (от -160 «С до -130 «С). Юпитер излучает в пространство в 2 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Восходящие сплошной стеной разогретые потоки газа по достижении верхних уровней атмосферы распадаются на два ниспадающих потока. В этом месте с вершины такой стены восходящих газов низвергаются по обе стороны от этой стены обратно вниз два течения. Сверху поднимающаяся и раздваивающаяся стена газов, а также обрушивающиеся вниз каскады выглядят светлой зоной облачности. Промежуточные темные области отмечают зоны атмосферы в которых, словно в бездонных пропастях, исчезают потоки опус-ка-ющихся газов. Так на поверхности Юпитера возник полосатый узор.
Вращением планеты эти зоны-полосы увлекаются во встречное движение друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Причем движение течений, ниспадающих с двух разных газовых стен в одну темную зону, всегда сонаправлено. Потоки же, расходящиеся из единого по обе стороны «своей» стены, движутся по горизонтали противоположно. По своему строению полосы представляют собой облачные пояса.
Кольца Юпитера
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.
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 1013 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 два 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. все они представляют собой твердые тела, подобные земной Луне или, некоторые из них, астероидам. Первые четыре спутника открыл в 1610 году итальянский астроном Галилео Галилей. Это самые большие из сателлитов планеты, их еще называют галилеевскими. Эти тела получили римскую порядковую нумерацию по удалению от Юпитера: I — Ио, II — Европа, III — Ганимед и IV — Каллисто.
Диаметры их находятся в диапазоне 3,6-5,3 тыс. км. Последующие из открытых спутников Юпитера, вне зависимости от их удаленности от планеты, обозначались в прежней системе нумерации. Размеры их колебались в пределах 10-280 км, каждому сателлиту свойственна неправильная форма.
Галилеевы спутники относятся к так называемым регулярным спутникам Юпитера, вместе с Метисом, Адрастеей, Амальтеей и Тебой. Их орбиты почти круговые и располагаются приближенно в одной плоскости — экваториальной плоскости Юпитера. Каждая последующая орбита лежит в среднем в 1,7 раза дальше предыдущей. Сформировались они, вероятно, в раннем протопланетном диске газа и пыли вокруг Юпитера на ранних этапах его формирования.
Два ближайших спутника Юпитера — это XIV Адрастея и XVI Метис, обращающиеся на расстоянии 128 000 км от планеты. Полный оборот по орбите они совершают за 7 ч.
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 — нелегко. 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. Видимо на ранних этапах своего развития Юпитер имел обширную атмосферу, которая простиралась гораздо выше сегодняшней. 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 пять 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 градусов), малые размеры (2- 5 км) и вытянутые орбиты. Лишь у Карме, по имени которого названо семейство диаметр достигает 46 км.
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 около 1 км.
Юпитер — новая информация
5 июля 2016 года, спустя 4 года и 9 месяцев после запуска, автоматическая межпланетная станция NASA Юнона вышла на орбиту Юпитера. Полет длиною в 2800 миллионов километров обошелся NASA в 1 миллиард долларов. Орбитальная миссия аппарата продлится до февраля 2018. Основными задачами Юноны являются: сбор данных об атмосфере, структуре и магнитосфере планеты, измерение теплового излучения, наблюдение за Юпитером и его спутниками в микроволновом и инфракрасном диапазонах.
Следующей утвержденной миссией по изучению Юпитера и его спутников будет Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE). В цели миссии JUICE входит исследование Ганимеда как богатого водой мира, что имеет важнейшее значение для определения потенциальной обитаемости Солнечной системы вне Земли. Подготовительные этапы JUICE подходят к концу. Предположительно аппарат достигнет Юпитера в октябре 2029 года.
Юпитер — интересные факты
— Парадокс, но температура в местах на поверхности планеты, куда падают тени от спутников выше, чем на освещенной части.
— У Юпитера имеются кольца как и у Сатурна, однако их толщина гораздо меньше и они почти не заметны.
— С 1973 года Юпитер изучали с помощью 9 космических аппаратов: 2 Пионера, 2 Вояджера, Улисс, Кассини, Новых горизонтов, Галилео и Юноны. Примечательно, что все они американские. Пилотируемое изучение планеты и спутников Юпитера планируется не ранее 2040 года.
— У Юпитера больше общего с Солнцем, чем вы думаете, планета и звезда схожи по химическому составу. Для того, чтобы зажечь термоядерный синтез и стать звездой, Юпитеру нужно увеличить массу как минимум в 80 раз.
