Юпитер (планета)
Юпи́тер, крупнейшая планета Солнечной системы, пятая по удалённости от Солнца, астрономический знак ♃. Относится к группе планет-гигантов. Юпитер – четвёртое по яркости светило земного неба (после Солнца, Луны и Венеры), визуальная звёздная величина изменяется от –1,61 до –2,94.
Общая характеристика
Масса Юпитера 1,9 ·1027 кг (318 масс Земли). Большая полуось орбиты 5,204 а. е. (0,7785 млрд км). Орбита наклонена к плоскости эклиптики под углом 1,3°, эксцентриситет орбиты 0,049. Сидерический период обращения вокруг Солнца 11,86 земного года, средняя орбитальная скорость 12,6 км/с. Средний поток солнечного излучения на орбите Юпитера 50 Вт/м2 (в 27 раз меньше, чем на Земле). Наклон экватора к орбите 3,13°. Экваториальный радиус Юпитера (по верхней границе облачного слоя) 71 492 ± 4 км (около 11,2 радиуса Земли), полярное сжатие около 0,06. Средняя плотность 1326 кг/м3. Юпитер имеет наименьший среди планет Солнечной системы сидерический период вращения вокруг оси; он зависит от широты и составляет у экватора 9 ч 50 мин 30 с, на средних широтах – 9 ч 55 мин 40 с. Ускорение свободного падения на экваторе 24,79 м/с2. Сферическое альбедо 0,50 (по Бонду). На Юпитер приходится 71 % совокупной массы планет Солнечной системы. Объём Юпитера в 1317 раз больше земного.
Юпитер излучает в пространство на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца (эффективная температура планеты превышает равновесное значение). Высокий тепловой поток из недр Юпитера образуется как за счёт чрезвычайно медленного (примерно на 2 см в год) сжатия планеты, так и за счёт запаса тепловой энергии, возникшей при её формировании.
Атмосфера и внутреннее строение
Юпитер обладает протяжённой и сложной атмосферой, в которой наряду с основными составляющими (около 90 % водорода и около 10 % гелия) присутствуют аэрозоли, образующие слои облаков на разных уровнях. На видимой облачной поверхности Юпитера заметны тёмные пояса и светлые зоны. Выделяют экваториальные, тропические, умеренные и полярные пояса и зоны. Их образование объясняется тем, что в глубине атмосферы возникают нагретые массы газов, создающие циркуляцию атмосферы, аналогичную земной. Предполагают, что светлые зоны отличаются повышенной концентрацией белых кристаллов аммиака, а тёмные пояса – красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония.
Снимок Юпитера, на котором виден гигантский атмосферный вихрь, получивший название «Большое красное пятно Юпитера». Фото: космический телескоп «Хаббл».Процессы, идущие в атмосфере Юпитера, имеют высокую интенсивность, наблюдаемые циклоны и молнии – огромную протяжённость. Более 300 лет астрономы наблюдают гигантский вихрь – Большое красное пятно, уникальный долгоживущий циклон, потоки в котором совершают полный оборот вокруг центра за 6 сут. Ныне его размеры составляют 15 × 30 тыс. км, 100 лет назад оно было вдвое больше.
Температура у поверхности Юпитера (на уровне, примерно соответствующем давлению у поверхности Земли, – около 100 кПа) составляет около 143 К. При движении в глубь атмосферы температура растёт, достигая 426 К на глубине 146 км (по данным космического аппарата «Галилео»), где давление составляет 2,2 МПа.
На глубине 5–25 тыс. км температура возрастает до 6–10 тыс. К и более, давление изменяется от 200 до 4000 ГПа. На этих глубинах происходит изменение фазового состояния водорода от газообразного к жидкому, причём резкая граница между фазами отсутствует. Поэтому Юпитер (как и Сатурн) иногда называют газожидкой планетой.
Циклоны и вихри в атмосфере Юпитера. Большое красное пятно (справа) – уникальный долгоживущий циклон, наблюдающийся на Юпитере более 300 лет. Фото: космический аппарат «Джуно».Твёрдой поверхности Юпитер не имеет. Внутреннее строение Юпитера определяется его огромной массой и характеризуется высокой концентрацией массы к центру планеты (безразмерный момент инерции близок к 0,2). Теория внутреннего строения Юпитера опирается на трёхслойную модель фигур газожидких тел. Расчётные модели основаны на том, что вращение изменяет структуру газожидкого тела и приводит к отклонению гравитационного потенциала от сферически симметричного. Согласно теоретическим моделям и измерениям, выполненным с космических аппаратов, под атмосферой должен находиться глубокий слой газожидкого водорода. Ниже, на уровне 0,88 радиуса планеты, водород переходит в жидкомолекулярное состояние с плотностью до 660 кг/м3. На уровне 0,77 радиуса Юпитера происходит переход водорода в жидкометаллическую фазу. Масса ядра планеты оценивается как 10 масс Земли, диаметр – 1,5 диаметра Земли. Температура ядра оценивается величиной около 23 000 К (но есть и другие оценки). Ядро планеты имеет, вероятно, силикатный состав. Давление в центре составляет (5–7) · 1012 Па.
Магнитное поле
В жидкометаллическом слое текут сильные электрические токи, создающие локальные и глобальное магнитные поля Юпитера. Ось дипольного магнитного поля планеты наклонена к оси вращения на 10°, причём у поля имеются также квадрупольные компоненты. Напряжённость магнитного поля на уровне видимой поверхности облаков равна 14 Э у северного полюса и 10,7 Э – у южного.
Полярные сияния (показаны красно-оранжевым цветом) и дымка (зелёным цветом) на Юпитере в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра. Фото: инструмент NIRCam, космический телескоп «Джеймс Уэбб».Юпитер окружён ионосферой протяжённостью около 3000 км. При взаимодействии солнечного ветра с магнитным полем Юпитера возникают самые большие в Солнечной системе полярные сияния. Протяжённые радиационные пояса Юпитера гораздо мощнее земных. Энергия электронов в радиационных поясах достигает 20 МэВ (что, в частности, приводит к необходимости дополнительной защиты космических аппаратов и их приборов при исследовании спутников Юпитера).
Юпитер обладает необычным импульсным радиоизлучением в полосе частот 5–40 МГц. Средняя частота такого излучения составляет около 20 МГц, причём характер излучения близок к монохроматическому, а его яркостная температура может достигать 1015 К.
Спутники и кольца
Система Юпитера включает 95 спутников (на 2023), причём крупнейшие из них – галилеевы спутники (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) – имеют размеры, сравнимые с планетой Меркурий и даже превышающие её. Кроме того, вокруг Юпитера обращается диффузное кольцо.
Самые крупные естественные спутники Юпитера. Сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Относительные размеры спутников и планеты не соблюдены.Благодаря своей огромной гравитации Юпитер играл важную роль при формировании Солнечной системы и продолжает оказывать влияние на движение тел Солнечной системы, особенно малых. Так, Юпитер захватывает кометы, создавая самое многочисленное семейство комет, движущихся между Юпитером и Солнцем. В 1994 г. комета Шумейкеров – Леви 9 была разорвана приливными силами в ближайшей окрестности планеты. Аналогичные силы оказывают существенное воздействие на спутники Юпитера, вынуждая их быть обращёнными к Юпитеру всегда одной стороной и вызывая самую высокую в Солнечной системе вулканическую активность на спутнике Ио. Юпитер влияет также и на движение астероидов из Главного пояса; например, у точек Лагранжа системы «Солнце – Юпитер» располагаются троянцы.
