Планета Юпитер

 

Планета Юпитер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                           

 

 

 

 

Содержание

 

Введение_________________________________ стр. 2

Вращение и  орбита_________________________ стр. 3

Миссии на Юпитер_________________________  стр. 4

Внутреннее  строение_______________________  стр. 6

Атмосфера________________________________ стр. 9

Воздействие кометы Шумейкера – Леви 9_______стр. 15

Кольца____________________________________ стр. 17

Спутники__________________________________ стр. 18

Ио________________________________________ стр. 22

Европа____________________________________ стр. 29

Ганимед___________________________________ стр. 35

Каллисто___________________________________ стр. 38

Список литературы__________________________ стр. 42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                      Справочная таблица 1

Экваториальный  радиус	71 492 км
Масса (относительно массы Земли)	317,7
Плотность	1,33 г/см3
Поверхностное притяжение (относительно Земли)	2,36
Альбедо	0,42
Период вращения	9,93 часа
Осевое отклонение	3,1°
Расстояние  от Солнца	5,2 а.е. (778,3 млн. км)
Период обращения	11,86 года
Орбитальный эксцентриситет	0,048
Средняя скорость движения по орбите	13 км/с
Состав поверхности	Газ
Средняя температура  на поверхности	-150°С
Состав атмосферы	Водород (90%), гелий (10%), метан (0,3%), аммиак (0,03%)
Количество  спутников	16

 

Юпитер —  самая крупная и тяжелая планета  Солнечной системы. Её масса больше всех масс других планетарных тел, вместе взятых, в 2,5 раза. По объему Юпитер превосходит Землю почти в 1320 раз, а по массе — в 318 раз. Разность экваториального и полярного радиусов составляет 4400 км. Как и на Земле, на Юпитере наблюдаются полярные сияния, связанные с прорывом заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу, а также мощные электрические разряды в атмосфере (грозы).

Юпитер —  вторая по яркости после Венеры планета. Но если Венеру можно видеть только утром или вечером, то Юпитер иногда ярко сверкает всю ночь. Из-за медленного, величественного перемещения этой планеты среди звёзд древние греки дали ей имя своего верховного бога Зевса; в римском пантеоне ему соответствовал Юпитер.

Дважды Юпитер сыграл важную роль в истории астрономии. Он стал первой планетой, у которой были открыты спутники. В 1610 г. Галилей, направив телескоп на Юпитер, заметил рядом с планетой четыре звездочки, невидимые простым глазом. Уже на следующий день они изменили своё положение и относительно Юпитера, и относительно друг друга. Проследив за новооткрытыми «звездами» на протяжении нескольких ночей, Галилей заключил, что наблюдает спутники Юпитера, обращающиеся вокруг него как центрального светила. Это была уменьшенная модель Солнечной системы! Быстрое и хорошо заметное перемещение галилеевских спутников Юпитера — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто — делает их удобными «небесными часами», и моряки долгое время пользовались ими, чтобы определить положение корабля в открытом море.

В другой раз  Юпитер и его спутники помогли решить одну из древнейших загадок: распространяется свет мгновенно, или скорость его конечна? Регулярно наблюдая затмения спутников Юпитера и сравнивая эти данные с результатами предварительных расчетов, датский астроном Оле Рёмер в 1675 г. обнаружил, что наблюдения и вычисления расходятся, если Юпитер и Земля находятся по разные стороны от Солнца. В этом случае затмения спутников запаздывают примерно на 1000 сек. Рёмер пришел к правильному выводу, что 1000 секунд — это как раз то время, которое необходимо свету, чтобы пересечь орбиту Земли по диаметру. Поскольку диаметр земной орбиты составляет 300 млн. км., скорость света оказывается близкой к 300 000 км/с.

 

Вращение  и орбита

Скорость обращения  Юпитера составляет примерно 13 км/с, чуть больше половины скорости Марса. В результате этого Земля обгоняет Юпитер каждые 399 суток. Эксцентриситет у орбиты Юпитера чуть меньше, чем у Марса. Расстояние между этими планетами в противостоянии меняется от 590 до 670 млн. км. Огромные размеры и отражательная способность окружающих Юпитер облаков делают эту планету весьма заметным небесным телом. Минимальное расстояние Юпитера от Солнца 4,95 а. е., максимальное 5,45 а. е. 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 только Венере и Марсу во время великого противостояния последнего. Диск планеты достаточно велик для того, чтобы обладатели даже скромных телескопов смогли различать в его атмосфере простейшие структуры облаков. А Галилеевы спутники были бы видны невооруженным глазом, если бы их не затмевало сияние божественного хозяина.

Юпитер вращается  вокруг своей оси всего за 10 часов. Период его вращения меньше, чем у какой бы то ни было другой планеты. Так быстро не вращается ни одна другая планета Солнечной системы. 9,93 часа, указанные в справочной таблице, это период вращения внутренней части планеты, что вычислено по вращению магнитного поля и связанным с ним периодическим изменением радиоизлучения. Вершины облаков, которые и представляются видимой поверхностью Юпитера, вращаются быстрее: период их вращения составляет 9,84 часа. Это обусловлено западным (то есть направленным на восток) ветром, дующим со скоростью около 150 м/с (540 км/ч)! Следствием столь стремительного вращения является то, что планета сплюснута у полюсов (рис. 1). Полярный радиус Юпитера составляет всего 66 584 км, что на 6,5% меньше экваториального радиуса.

 

Рис. 1. Снимок Юпитера, сделанные Voyager 1. Здесь виден почти весь диск планеты. Облака вращаются практически параллельно линиям широты. Заметно, что планета сплюснута у полюсов. Знаменитое Большое красное пятно виднеется чуть ниже центра диска. Небольшой объект в верхнем правом углу — это ближайший спутник, Ио.

 

 

Рис. 2. Снимки Юпитера.

 

Масса Юпитера составляет 1,9×10²⁷кг, 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.

Осевое отклонение Юпитера  невелико, поэтому плоскость экватора планеты очень близка к плоскости его орбиты. У Юпитера известны 16 спутников. Восемь ближайших к нему обращаются практически в экваториальной плоскости. Орбиты следующих четырех наклонены от 27° до 29°. Четыре внешних спутника имеют орбиты, наклоненные от 147° до 163°, благодаря чему их движение оказывается ретроградным. Диаметр Юпитера в 11 раз больше земного, а масса в 2,5 раза превышает суммарную массу всех остальных планет.

 

Миссии  на Юпитер

Внешние области  Солнечной системы изучены гораздо  хуже, чем регионы, соседствующие  с Землей. Однако сияние Юпитера  и его удивительная система спутников сумели привлечь внимание ученых. Первыми зондами, отправленными к Юпитеру, были Pioneer 10 и 11, запущенные в 1972 и 1973 годах. Они сумели преодолеть пояс астероидов, доказав, что данные регион космоса не настолько непроходим, как казалось ранее. Более того, с помощью измерения интенсивности радиации в областях заряженных частиц, захваченных магнитным полем Юпитера, зонды помогли разработать конструкцию и траекторию движения будущих миссий на эту планету.

Помимо составления карты  магнитного поля Юпитера, Pioneer'ы передали на Землю первые снимки самой планеты. Ещё более важными были измерения давления, плотности и температуры атмосферы с помощью инфракрасных детекторов и радиопокрытия, которое зависело от измерения поглощения радиосигналом Pioneer'ов в те моменты, когда корабли скрывались за планетой. Эти исследования показали, что атмосфера Юпитера преимущественно состоит из водорода, но в ней присутствует довольно значительное количество гелия, что подтверждает модель происхождения Юпитера с помощью захвата газов из солнечной туманности.

Юпитер и  его спутники изучены более подробно двумя зондами Voyager, запущенными в 1979 году. Ученые получили ряд снимков планеты и четырех её крупнейших спутников. На Ио были обнаружены активные вулканы. Открыты 3 внутренних спутника и незначительное главное кольцо Юпитера. Каждый Voyager использовал гравитационное поле планеты для того, чтобы изменить свою скорость и траекторию по пути к Сатурну. Это так называемый эффект «гравитационной пращи», иначе называемый траекторией, испытывающей гравитационное воздействие. Voyager 2 оказался наиболее продуктивным космическим зондом в истории человечества. Он сумел вырваться за пределы Сатурна, достичь Урана, а затем и Нептуна (рис. 3). В начале нового тысячелетия оба Voyager'а ещё функционировали, находясь, соответственно, в 76 и 60 а.е. от Солнца. Связь с Pioneer прекратилась ещё в 1997 году. Voyager'ы продолжали передавать информацию о межпланетной среде. Считается, что Voyager 1 будет первым объектом, сделанным человеком, который сможет проникнуть в межзвездное пространство (не испытывающее влияние солнечного ветра), и случится это в 2019 году.

 

Рис. 3. Траектории двух космических кораблей Voyager. Voyager 1 движется выше плоскости (севернее) Солнечной системы, в то время как Voyager 2 после Нептуна остается ниже (южнее) плоскости.

 

После запуска Voyager прошло более 12 лет, прежде чем Юпитер посетили новые гости с Земли. Это был зонд Ulysses, созданный для изучения Солнца. Однако, чтобы вывести Ulysses на орбиту высокого отклонения, его сначала послали на Юпитер. Эффект «гравитационной пращи» над северным полюсом планеты должен был направить Ulysses к югу от плоскости эклиптики на орбиту, проходящую над северным и южным полюсами Солнца. Это дало возможность составить карту магнитосферы Юпитера в областях высоких широт. К сожалению, Ulysses не был снабжен системой фотосъемки.

Новых снимков  Юпитера пришлось дожидаться довольно долго. В 1995 году был запущен Galileo, получивший свое название в честь Галилео Галилея, открывшего четыре крупных спутника Юпитера. Это первый зонд, который должен был быть выведен на орбиту гигантской планеты. Galileo несколько раз прошел возле каждого из крупных спутников Юпитера, чтобы сделать более подробные снимки, чем это удалось Voyager. Он сумел также запустить зонд в атмосферу Юпитера. Спускаемому аппарату удалось просуществовать более 1 часа и опуститься на 160 км ниже вершин облаков. Температура там составляла 153°С, а давление в 22 раза превышало имеющееся на уровне моря на Земле. Войдя в атмосферу на 6,5° к северу от экватора, зонд показал, что западный ветер продолжает дуть и под вершинами облаков, а скорость его увеличилась до 190 м/с. После этого контакт с аппаратом был потерян.

Следующая миссия на Юпитер будет сосредоточена на спутнике Европа. Корабль «Европа  Орбитер», как видно из табл. 2, должен выйти на орбиту Юпитера в августе 2006 года. Однако вследствие множественных пролетов мимо Европы и других спутников этот корабль сможет перейти на орбиту высокого отклонения относительно Европы, и произойдет это двумя годами позже.

 

Табл. 2. Успешные и предполагаемые миссии на Юпитер (все осуществляет НАСА, за исключением Ulysses — совместного проекта с Европейским космическим агентством)

Название	Описание	Дата  пролета или период функционирования
Pioneer 10	Пролет, первые снимки поверхности, первое определение магнитного поля и заряженных частиц, атмосферные исследования	Декабрь 1973
Pioneer 11	Пролет, функции, аналогичные Pioneer 11	Декабрь 1974
Voyager 1	Пролет, первые детальные снимки спутников Юпитера, обнаружение активных вулканов на Ио	Май 1979
Voyager 2	Пролет, функции, аналогичные Voyager 1	Август 1979
Ulysses	Пролет, выход  на полярную орбиту относительно Солнца, магнитосферические измерения	Декабрь 1992
Galileo	Орбитальный и  спускаемый аппараты, атмосферные измерения, длительная детальная фотосъемка спутников	Декабрь 1995 — 2000
Europa Orbiter	Орбитальная станция, фотосъемка, радарное исследование подо льдами, поверхностная альтиметрия	2007 — 2009 (?)

 

Внутреннее  строение

Спускаемый  аппарат с Galileo сумел проделать менее трети пути до центра Юпитера. Наше представление о внутреннем строении планеты основывается на теоретических соображениях относительно того, как должна себя вести планета подобной массы, а также на известных нам данных о гравитационном и магнитном полях. Внешний слой Юпитера состоит преимущественно из молекулярного водорода (смешанного с гелием). Он простирается на 10 000 км под вершинами облаков. Было бы чрезмерным упрощением считать этот слой «атмосферой», поскольку в его нижней части (где давление в сотни тысяч раз превосходит атмосферное давление на Земле) водород ведет себя скорее как жидкость, чем как газ. Однако основное изменение свойств происходит на глубине около 10 000 км, где давление превосходит земное давление на уровне моря в 1 млн. раз, а температура составляет около 6000°С.

В таких условиях внутренние связи молекул водорода — а каждая состоит из двух атомов — могут разрушаться. Тогда атомы водорода оказываются несвязанными, и электроны начинают блуждать между атомами, а не формируют химических связей, как происходит при меньшем давлении. Это свойство расплавленного металла, поэтому слой водорода в этих условиях называют металлическим. Под этим слоем на Юпитере должна располагаться кора льда высокого давления (состоящего преимущественно из воды), окружающая ядро из камня и внутреннее железистое ядро. Давление в ядре должно примерно в 40 миллионов раз превышать атмосферное давление Земли, а температура составлять около 17 000°С.