ГИГАНТ ЮПИТЕР

Диаметр                                                      142 800 км

Масса                                                             1,9-1027 кг

Плотность                                                   1330кг/м³

Период вращения                                  9 ч 55 мин 29 с

Среднее расстояние от Солнца       5,20 а. е.

Период обращения                                 11,86 года

 Эксцентриситет орбиты                     0,048

Наклон орбиты                                         1,3°

          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 звезд 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 свое 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 галилеевых спутников Юпитера — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто — делает их удобными «небесными часами», и моряки долгое время пользовались ими, чтобы определять 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 Ремер 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 с. Ремер пришел к правильному выводу, что 1000 с — это как раз то время, которое необходимо свету, чтобы пересечь орбиту Земли по диаметру. Поскольку диаметр земной орбиты составляет 300 млн километров, скорость света оказывается близкой к 300 000 км/с.

ЗНАКОМЬТЕСЬ: ЮПИТЕР

          Юпитер — это планета-гигант, которая содержит в себе более 2/3 массы всей нашей планетной системы. Масса Юпитера равна 318 земным. Его объем в 1300 раз больше, чем у Земли. Средняя плотность Юпитера 1330 кг/м³, что сравнимо с плотностью воды и в четыре раза меньше, чем плотность Земли. Видимая поверхность планеты в 120 раз превосходит площадь Земли, но застроить Юпитер землянам не удастся: он представляет собой гигантский шар из водорода, практически его химический состав совпадает с солнечным. А вот температура на Юпитере ужасающе низкая: -140 "С.

         Юпитер быстро вращается. Из-за действия центробежных сил планета заметно расплющилась, и ее полярный радиус стал на 4400 км меньше экваториального, равного 71 400 км. Магнитное поле Юпитера в 12 раз сильнее земного — компас там будет работать отменно, только северный конец стрелки будет всегда направлен на юг.

          Возле Юпитера побывало пять американских космических аппаратов: в 1973 г. — «Пионер-10», в 1974 г. — «Пионер-11». В марте и в июле 1979 г. его посетили более крупные и «умные» аппараты — «Вояджер-1 и -2». В декабре 1995 г. до него долетела межпланетная станция «Галилео», которая стала первым искусственным спутником Юпитера и сбросила в его атмосферу зонд.

          Совершим и мы небольшое мысленное путешествие в глубь Юпитера.

АТМОСФЕРА

          Когда давление атмосферы Юпитера достигнет давления земной атмосферы, остановимся и осмотримся. Наверху видно обычное голубое небо, вокруг клубятся густые белые облака сконденсированного аммиака. Его запах неприятен для человека, поэтому проветривать наш пункт наблюдений не стоит; кроме того, снаружи морозно: -100 "С

          Красноватая окраска части юпитерианских облаков говорит о том, что здесь много сложных химических соединений. Разнообразные химические реакции в атмосфере инициируются солнечным ультрафиолетовым излучением, мощными разрядами молний (гроза на Юпитере должна быть впечатляющим зрелищем!), а также теплом, идущим из недр планеты. Кстати, планета излучает в пространство вдвое больше энергии, чем получает; именно поэтому долгое время считалось, что Юпитер — незасветившаяся звезда. На самом деле это не                Юпитер с космического     так: Юпитер не имеет своей «энергостанции» (т. е. в нем не протекают термоядерные реакции), он просто хороший          аппарата "Вояджер". Видны аккумулятор тепла и постепенно отдает свое «первородное» тепло, полученное еще при образовании (чем массивнее     спутники Европа и Ганимед утюг, тем дольше он остывает — это знает каждая хозяйка). Для того чтобы превратить Юпитер в самую маленькую звезду, в центре которой могут идти термоядерные реакции, нужно было бы увеличить его массу примерно в 100 раз...

          Атмосфера Юпитера кроме водорода (87%) и небольшой доли гелия (13%) содержит малые количества метана, аммиака и водяного пара. Ученые обнаружили также следы ацетилена, этана, угарного газа, синильной кислоты, гидрида германия, фосфина и пропана. Из этой химической «каши» трудно выбрать главных претендентов на роль оранжевого красителя атмосферы: это могут быть соединения фосфора, серы или органические соединения.

          Продолжим наше путешествие. Следующий ярус облаков состоит из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония при температуре -10 °С. Водяной пар и кристаллы воды образуют более низкий ярус облаков при температуре 20 °С и давлении в несколько атмосфер — почти над самой поверхностью океана Юпитера. (Хотя некоторые модели допускают наличие и четвертого яруса облаков — из жидкого аммиака.)

          Толщина атмосферного слоя, в котором возникают все эти удивительные облачные структуры, — 1000 км.

          Темные полосы и светлые зоны, параллельные экватору, соответствуют атмосферным течениям разного направления (одни отстают от вращения планеты, другие его опережают). Скорости этих течений — до 100 м/с. На границе разнонаправленных течений образуются гигантские завихрения.

          Особенно впечатляет Большое Красное Пятно — колоссальный атмосферный вихрь эллиптической формы размером около 15x30 тыс. километров. Когда он возник — не­известно, но в наземные телескопы он наблюдается уже 300 лет. Этот антициклон иногда почти исчезает, а затем появляется вновь. Очевидно, он родственник земных антициклонов, но из-за своих размеров гораздо более долгоживущий. Время жизни Большого Красного Пятна оценивается в сотни и даже тысячи лет. Период круговорота вещества в этом вихре составляет неделю. В атмосфере Юпитера наблюдались подобные же вихри меньших размеров с небольшим (порядка двух лет) временем жизни

          «Вояджеры» зафиксировали очень сильные разряды молний, но никто пока не слышал юпитерианского грома. Возможно, когда-нибудь удастся запустить в атмосферу Юпитера долгоживущую научную станциюдирижабль и поближе познакомиться с его штормами, грозами и циклонами.

ОКЕАН

          Юпитерианский океан состоит из главного на планете элемента — водорода. При достаточно высоком давлении водород превращается в жидкость. Вся поверхность Юпитера под атмосферой — это огромный океан сжиженного молекулярного водорода.

          Какие волны возникают в океане жидкого водорода при сверхплотном ветре со скоростью 100 м/с? Вряд ли поверхность водородного моря имеет четкую границу: при больших давлениях на ней образуется газожидкая водородная смесь. Это выглядит как непрерывное «кипение» всей поверхности юпитерианского океана. Падение в него кометы в 1994 г. Вызвало исполинское цунами многокилометровой высоты.

          По мере погружения в океан Юпитера на протяжении 20 тыс. километров быстро увеличиваются давление и температура. Когда же это закончится? На расстоянии 46 тыс. километров от центра Юпитера давление достигает 3 млн атмосфер, темпера­тура — 11 тыс. градусов. (Напомним, что температура поверхности Солнца около 6 тыс. градусов.) Водород не выдерживает высокого давления и переходит в жидкое металлическое состояние.

          Всем хорошо знаком такой жидкий металл, как ртуть. А что представляет собой жидкий металлический водород? Сказать трудно, ведь он не наблюдался в лабораторных условиях. Металлический водород должен быть щелочным металлом. Молекулы водорода распадаются на атомы, электроны отщепляются, и жидкость становится электропроводящей. Буйство магнитогидродинамических, электрических и конвекционных процессов, протекающих во втором, нижнем океане Юпитера представить непросто — уравнения получаются сверхсложные даже для современных компьютеров. Но результат их действия налицо: они генерируют мощное магнитное поле планеты. Если бы можно было увидеть свечение магнитосферы Юпитера, взаимодействующей с солнечным ветром из электронов и протонов, то на нашем небе вокруг Юпитера появилась бы медузообразная структура крупнее Луны.

ЯДРО

           Погрузимся еще на 30 тыс. километров, во второй океан Юпитера. Ближе к центру температура достигает 30 тыс. градусов, а давление — 100 млн атмосфер: здесь располагается небольшое («всего» в 15 масс Земли!) ядро планеты, которое в отличие от океана состоит из камня и металлов. Ничего удивительного в этом нет — ведь и Солнце содержит примеси тяжелых элементов. Ядро сформировалось в результате слипания частиц, состоящих из тяжелых химических элементов. Именно с него и началось образование планеты.

КОЛЬЦО ЮПИТЕРА

          Юпитер преподносит много сюрпризов: он генерирует мощные полярные сияния, сильные радиошумы; возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури — потоки мелких твердых частиц, выброшенных в результате электромагнитных процессов в магнитосфере Юпитера. Мелкие частицы, которые получают электрический заряд при облучении солнечным ветром, обладают очень интересной динамикой: являясь промежуточным случаем между макро- и микротелами, они примерно одинаково реагируют и на гравитационные, и на электромагнитные поля. Именно из таких мелких каменных частиц в основном состоит кольцо Юпитера, открытое в марте 1979 г. (косвенное обнаружение кольца в 1974 г. по данным «Пионера» осталось непризнанным). Его главная часть имеет радиус 123—129 тыс. километров. Это плоское кольцо            При наблюдении с Земля кольцо около 30 км толщиной и очень разреженное — оно отражает лишь несколько тысячных долей процента                         не заметно, т.к оно очень тонкое падающего света. Более слабые пылевые структуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и         и всегда повернуто к нам ребром образуют над кольцом толстое гало, простирающееся до ближайших спутников. Увидеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повернуто к наблюдателю ребром из-за малого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты.

СПУТНИКИ

          У Юпитера обнаружено 16 лун. Две из них — Ио и Европа — размером с нашу Луну, а другие две — Ганимед и Каллисто — превзошли ее по диаметру примерно в полтора раза. Кал­листо равна по размерам Меркурию, а Ганимед его обогнал. Правда, они находятся дальше от своей планеты, чем Луна от Земли. Только Ио видна в небе Юпитера как яркий красноватый диск (или полумесяц) лунных размеров; Европа, Ганимед и Каллисто выглядят в несколько раз меньше Луны.

          Владения Юпитера довольно обширны: восемь внешних спутников настолько удалены от него, что их нельзя было бы наблюдать с самой планеты невооруженным глазом. Происхождение спутников загадочно: половина из них движется вокруг Юпитера в обратную сторону (по сравнению с обращением других 12 спутников и направлением суточного вращения самой планеты). Самый внешний спутник Юпитера в 200 раз дальше от него, чем самый близкий. Например, если высадиться на один из ближайших спутников, то оранжевый диск планеты займет полнеба. А с орбиты самого дальнего спутника диск гиганта Юпитера будет выглядеть почти в два раза меньше лунного.

          Спутники Юпитера — это интереснейшие миры, каждый со своим «лицом» и историей, которые открылись нам только в космическую эру.

ИО

          Это самый близкий к Юпитеру галилеев спутник, он удален от центра планеты на 422 тыс. километров, т. е. чуть дальше, чем Луна от Земли. Благодаря огромной массе Юпитера период обращения Ио гораздо короче лунного месяца и составляет всего 42,5 ч. Для наблюдателя в телескоп это самый непоседливый спутник: практически каждый день Ио видна на новом месте, перебегая с одной стороны Юпитера на другую.

          По массе и радиусу (1815 км) Ио похожа на Луну. Самая сенсационная особенность Ио заключается в том, что она вулканически активна! На ее желто-оранжевой поверхности «Во­яджеры» обнаружили 12 действующих вулканов, извергающих султаны высотой до 300 км. Основной выбрасываемый газ — диоксид серы, замерзающий потом на поверхности в виде твердого белого вещества. Доминирующим оранжевым цветом спутник обязан соединениям серы. Вулканически активные области Ио нагреты до 300 °С.

          Это, должно быть, величественное зрелище — фонтан газа высотой 300 км. Мощный подземный гул сотрясает почву, из жерла вулкана с огромной скоростью (до 1 км/с) выле­тают вместе с газом камни и после свободного безатмосферного падения с огромной высоты врезаются в поверхность во многих сотнях километров от вулкана. Из некоторых вулканических кальдер (так называются котлообразные впадины, образовавшиеся вследствие провала вершины вулкана) выплескивается расплавленная черная сера и растекается горячими реками. На фотографиях «Вояджеров» видны черные озера и даже целые моря расплавленной серы.

          Крупнейшее лавовое море возле вулкана Локи имеет размер 200 км в поперечнике. В центре его расположен потрескавшийся оранжевый остров из твердой серы. Черные моря Ио медленно колышутся в оранжевых берегах, а в небе над ними нависает громада Юпитера... Существование таких пейзажей вдохновило многих художников.

          Вулканическая активность Ио обусловлена гравитационным влиянием на нее других тел системы Юпитера. Прежде всего сама гигантская планета своим мощным тяготением создала два приливных горба на поверхности спутника, которые затормозили вращение Ио, так что она всегда обращена к Юпитеру одной стороной — как Луна   Спутник Юпитера Европа. Ее  к Земле. Поскольку орбита Ио не точный круг, горбы слегка перемещаются по ее поверхности, что приводит к        поверхность покрыта ледяной разогреву недр. В еще большей степени этот эффект вызывается приливным воздействием других массивных                  коркой      спутников Юпитера, в первую очередь ближайшей к Ио Европы (кстати, периоды обращения этих спутников находятся в резонансе 1 : 2, на один оборот Европы приходится два оборота Ио). Колебания приливных горбов так разогрели недра Ио, что сейчас она является самым вулканически активным телом Солнечной системы.

          В отличие от земных вулканов, у которых мощные извержения эпизодичны, вулканы на Ио «работают» практически не переставая, хотя активность их может меняться. Вулканы и гейзеры выбрасывают часть вещества даже в космос. Поэтому вдоль орбиты Ио тянется плазменный шлейф из ионизованных атомов кислорода и серы и нейтральных облаков атомарных натрия и калия, образуя похожее на бублик пространственное тело, называемое в математике тором.

          Ударные кратеры на Ио отсутствуют из-за интенсивной вулканической переработки поверхности. На ней есть каменные массивы высотой до 9 км. Плотность Ио довольно высо­ка — 3000 кг/м³. Под частично расплавленной оболочкой из силикатов в центре спутника расположено ядро с большим содержанием железа и его соединений.

ЕВРОПА

          Европа чуть меньше (радиус 1569 км), чем Ио, и совсем не по­хожа на свою бурную соседку. Из галилеевых спутников у Европы самая светлая поверхность с явными признаками водяного льда. Видимо, под ледяной корой в несколько десятков километров существует водный океан, а в центре — массивное силикатное ядро. Плотность спутника высока — 3500 кг/м³. Разница в составе Ио и Европы связана с большей удаленностью последней от Юпитера — на расстояние 671 тыс. километров.

          Геологическая история Европы не имеет ничего общего с историей соседних спутников. Это одно из самых гладких твердых тел в Солнечной системе. На Европе нет возвышенностей более 100 м высотой. Вся ее молодая ледяная поверхность покрыта сетью светлых и темных узких полос огромной протяженности. Темные полосы длиной в тысячи километров — это следы глобальной системы трещин. Ледяная кора довольно подвижна и неоднократно раскалывалась от внутренних напряжений и крупномасштабных тектонических процессов.

          Из-за того что поверхность молодая («всего» 100 млн лет), на ней поч­ти не заметно ударных метеоритных кратеров, которые в большом количестве возникали 4,5 млрд. лет назад. Ученые нашли на Европе только пять кратеров диаметрами 10—30 км.

ГАНИМЕД

          Ганимед — крупнейший спутник планеты в Солнечной системе, его радиус 2631 км. Он вращается на расстоянии 1,07 млн километров от Юпитера. 40% поверхности Ганимеда представляют собой древнюю мощную ледяную кору, покрытую многочисленными метеоритными кратерами. Эта кора была частично разломана и обновлена активными геологическими процессами примерно 3,5 млрд лет назад. Те же процессы породили странные области, покрытые бороздами; они занимают остальные 60% площади Ганимеда.

          С точки зрения космического геолога Ганимед — самое привлекательное тело среди спутников Юпитера. Он имеет смешанный силикатноледяной состав: мантию из водяного льда и каменное ядро. Его плотность 1930 кг/м³. Понятие «водяной лед» применительно к Ганимеду и другим шутникам Юпитера имеет непривычное для нас значение. В условиях низких температур и высоких внутренних давлений водяной лед может существовать в нескольких модификациях с различными типами кристаллической решетки. Богатая геология Ганимеда во многом определяется сложными переходами между этими разновидностями льда. Поверхность спутника припорошена слоем рыхлой каменно-ледяной пыли толщиной от нескольких метров до нескольких десятков метров.

КАЛЛИСТО

          Это второй по величине спутник в системе Юпитера, его радиус 2400 км. Среди галилеевых это самый дальний спутник: расстояние от Юпитера 1,88 млн километров, период орбитального вращения 16,7 суток. Если представить Юпитер 10-сантиметровым шаром (яблоком), то Каллисто будет 3-миллиметровой булавочной головкой на расстоянии 130 см от него. Плотность силикатно-ледяной Каллисто низка — 1830 кг/м³. В отличие от Ганимеда вся древняя ледяная поверхность Каллисто предельно насыщена метеоритными кратерами. А ее темный цвет — результат силикатных и других примесей.

Вероятно, Каллисто — самое кратерированное тело Солнечной системы. Космическим геологам там не скучнее, чем на Ганимеде. Огромной силы удар метеорита вызвал образование гигантской структуры, окруженной кольцевыми волнами, — Вальхаллы. В центре ее находится кратер диаметром 350 км, а в радиусе 2000 км от него концентрическими кругами располагаются горные хребты.

ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ СПУТНИКИ ЮПИТЕРА

          У Юпитера внутри орбиты Ио открыты несколько маленьких спутников. Три из них — Метила, Адрасгея и Теба — обнаружены с помощью межпланетных станций, и о них известно немного. Метила и Адрастея (их диаметры около 40 и 20 км соответственно) движутся по краю главного кольца Юпитера, по одной орбите радиусом 128 тыс. километров. Эти самые быстрые спутники делают оборот вокруг гиганта Юпитера за 7 ч со скоростью свыше 100 000 км/ч.

          Более удаленный спутник Теба расположен посередине между Ио и Юпитером — на расстоянии 222 тыс. километров от планеты; его диаметр около 100 км.

          Наиболее крупный внутренний спутник — Амальтея — имеет неправильную форму (размеры 270 х 165 х 150 км) и покрыт кратерами; он состоит из тугоплавких пород темно-красного цвета. Амальтея обнаружена американским астрономом Эдуардом Барнардом в 1892 г. и стала пятым по счету открытым спутником Юпитера. Врашается она по орбите радиусом 181 тыс. километров.

          Внутренние спутники Юпитера и его четыре главные луны расположены вблизи плоскости экватора планеты на почти круговых орбитах. У орбит этих восьми спутников эксцентриситеты и наклонения настолько малы, что ни один из них не отклоняется от «идеальной» круговой траектории более чем на 1%. Напомним, что такие спутники называются регулярными.

          Остальные восемь спутников Юпитера относятся к нерегулярным и отличаются значительными эксцентриситетами и наклонениями орбит. В своем движении они могут менять удаленность от планеты в 1,5—2 раза, отклоняясь при этом от ее экваториальной плоскости на многие миллионы километров. Эти восемь внешних спутников Юпитера сгруппированы в две «команды», которые были названы по наиболее крупным телам: группа Гималии, куда также входят Леда, Лиситея и Элара; и группа Пасифе с Ананке, Карме и Синопе. Эти спутники открывались с помощью наземных телескопов в течение 70 лет (1904— 1974 гг.).

          Если уменьшить Юпитер до размеров вишни, то внешняя из галилеевых лун, Каллисто, будет двигаться в 13 см от него; вдали, на радиусах 80—85 см, расположится группа Гималии, а на расстоянии 150—170 см — группа Пасифе. В реальности средние радиусы орбит группы Гималии соответствуют 11,1—11,7 млн километров, а               Большое Красное Пятно. группы Пасифе — 21,2—23,7 млн километров. Спутники группы Гималии совершают оборот вокруг Юпитера за               Изображение Земли дано 240—260 су­ток, а группы Пасифе — за 630—760 суток, т. е. более чем за два года! Собственные радиусы спутников                     для масштаба          очень малы: в группе Гималия — от 8 км у Леды до 90 км у Гималии; в группе Пасифе — от 15 до 35 км. Они черны и неровны. Внешние спутники, входящие в группу Пасифе, вращаются вокруг Юпитера в обратную сторону.

          Ученые еще не пришли к единому мнению о происхождении нерегулярных спутников. (Считается, что регулярные внутренние спутники сформировались из околопланетного газопылевого диска в результате слипания многих мелких частиц.) Ясно только, что важную роль в формировании внешних спутников играл захват Юпитером астероидов. Компьютерные расчеты показывают, что, возможно, группа Пасифе возникла в результате систематического захвата планетой мелких частиц и астероидов на обратные орбиты во внешней области околоюпитерианского диска.