Планета Юпитер: её масса, атмосфера, размеры, температура, магнитное поле, строение, орбита и период вращения вокруг Солнца

Юпитер – самая большая  планета Солнечной системы. Она относится к газовым гигантам. Этот космический объект привлекает внимание астрономов: к нему регулярно летают космические аппараты, присылающие на Землю все больше информации. Узнать больше об этой планете будет интересно каждому любителю звездного неба.

Общие сведения о Юпитере

Юпитер – это пятая планета от Солнца. В настоящее время известно 79 его спутников. Это небесное тело состоит из ядра, нескольких слоев и плотной атмосферы. Его магнитное поле напоминает плоский диск. Интересно, что у Юпитера есть кольца, их видно только с близкого расстояния.

Планета хорошо заметна на ночном небе. Она очень яркая из-за способности поверхности хорошо отражать солнечные лучи. Низкая плотность Юпитера подсказывает исследователям, что основную его массу составляют газы. Однако вопрос о составе ядра остается нерешенным.

Юпитер и Земля значительно отличаются друг от друга по своей структуре. Ввиду малой плотности и большого объема пятую от Солнца планету относят к газовым гигантам.

Происхождение названия

Название планеты происходит от имени римского бога Юпитера. Это бог неба, дневного света, грозы и одновременно отец всех богов.

Как образовался Юпитер

Планета образовалась из той же туманности, что и Солнце. Это подтверждает и ее состав: соотношение водорода и гелия почти такое же, как и на нашей дневной звезде. Масса Юпитера приблизительно в 1000 раз меньше солнечной, и этого явно недостаточно для того, чтобы «запустить» термоядерные реакции, вырабатывающие свет и тепло.

Размер

Радиус Юпитера – около 70 тыс. км. Диаметр Юпитера – около 139,8 тыс. км. Столь значительные размеры объясняются тем, что он первым начал формироваться вблизи Солнца. Из-за этого будущая планета сконцентрировала значительные количества газообразного вещества, находящегося вокруг главной звезды.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от Mission Juno (@nasajuno)

Масса Юпитера более чем в два раза превышает все остальные небесные тела Солнечной системы (без Солнца), включая кометы и астероиды. Площадь Юпитера превышает 62 млрд. км².

Возраст планеты

Возраст Солнечной системы – примерно 4,6 млрд. лет. Применение методов изотопного анализа позволило установить время возникновения планеты. Ядро Юпитера сформировалось примерно через миллион лет после того, как образовалось Солнце.

Цвет планеты

Фото показывают нам Юпитер с пятнами и полосами белого, красного, коричневого, оранжевого и желтого оттенков. Цвет планеты постоянно изменяется, поскольку здесь все время образуются атмосферные вихри, быстро меняются погодные условия.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от Mission Juno (@nasajuno)

Во время штормов происходит перенос серы, углеводорода, фосфора и других веществ. Этот процесс создает пятна разного цвета. Они помогают более подробно изучить атмосферные явления, происходящие на планете.

Атмосфера

Атмосфера Юпитера состоит из нескольких слоев.

Тропосфера

Тропосфера имеет толщину около 50 км. Водяной пар, гидросульфит аммония и аммиак образуют в ней белые и красные линии. В белых зонах газ поднимается, а в красных – опускается. Эти области могут разделяться потоками ветра. В верхних слоях тропосферы температура достигает –160° по Цельсию.

Стратосфера

Стратосфера имеет толщину около 320 км. Она состоит из углеводородной дымки. Температура в стратосфере достигает –100 °С. Эта область атмосферы нагревается как от солнечных лучей, так и от внутреннего тепла планеты. По мере повышения температуры возрастает скорость движения атмосферной оболочки.

Термосфера и экзосфера

Температура термосферы может достигать 725 °С. Она создает очень слабое свечение, благодаря которому планета ночью не погружается полностью во тьму. Источник тепла – Солнце и частички магнитосферы.

На северном и южном полюсе наблюдаются полярные сияния. Их интенсивность намного больше земных. Они формируются благодаря наличию магнитного поля планеты, мощного излучения, а также вулканическими выбросами на спутнике Ио.

В экзосфере молекулы газов постепенно уходят в космическое пространство. Четких границ этой части атмосферы нет.

Состав

В основном атмосферная оболочка гиганта состоит из водорода и гелия. В незначительном количестве присутствует метан, аммиак, сера и водяной пар.

Радиационные пояса

Из-за огромного давления внутри Юпитера водород находится в жидком состоянии. Электроны хорошо проводят электричество, а дополнительное воздействие быстрого вращения планеты порождает очень мощное магнитное поле. Оно притягивает ионизированные частицы, содержащиеся в солнечном ветре и генерируемые спутниками. Часть из них является причиной возникновения полярных сияний, а часть формирует радиационные пояса планеты.

Радиационные пояса Юпитера очень мощные. Поток электронов опасен для космических аппаратов, так как он может серьезно повредить аппаратуру.

Физические характеристики Юпитера

Главные физические характеристики планеты:

• полярное сжатие – 0,06487;
• радиус по экватору – 71,492 тыс. км;
• средний радиус – 69,911 тыс. км;
• площадь поверхности – 62,2 млрд. км²;
• объем – 1430 трлн. км³;
• масса – 1,89∙10²⁴ т;
• плотность – 1,33 г/см;
• ускорение свободного падения (на экваторе) – 24,8 м/с²;
• вторая космическая скорость – 59,5 км/с;
• скорость вращения на экваторе 45300 км/ч
• период вращения вокруг оси (продолжительность суток) 9 ч 55 мин;
• наклон оси вращения относительно плоскости эклиптики 3,1°;
• продолжительность года – 12 лет.

Интересный факт: у Юпитера есть кольца. Они достаточно тонкие, поэтому ученые долго не могли их обнаружить. Выделяют внутреннее кольцо, главное кольцо и внешние кольца.

Температура планеты Юпитер

Каждый слой имеет различную температуру воздуха. В связи с повышенным уровнем радиации ученые могут только предполагать, насколько нагреты те или иные участки.

Наиболее нагрето ядро – примерно в 6 раз больше, чем у Земли. Вокруг него находится металлический водород. В таком состоянии это вещество из-за высочайшего давления в центре планеты. Для астрономов это пока недоступная область. Возможная температура оболочки вокруг ядра – от 6 до 21 тыс. градусов. Это предположение строилось на том, что для перехода твердого водорода в жидкий требуются высокие температурные показатели. Однако из-за чрезвычайно высокого давления металлический водород может существовать и при указанных выше условиях.

Температура на Юпитере отрицательная и достигает -170°C. В нижних слоях она выше на 20 – 25°. В стратосфере температурные показатели повышаются и на высоте 1000 км достигают уже 600 °С.

Погода на Юпитере

Погоду на Юпитере можно назвать экстремальной. Здесь постоянно образуются сильные штормы, ураганы. Скорость ветра может достигать 600 км/ч. Вихри появляются в конкретной точке внезапно. Положение штормов изменяется также очень быстро, в течение нескольких часов.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от NASA (@nasa)

Значительная часть планеты покрыта облаками белого и коричневого цвета. Они выглядят как длинные полосы с резко очерченными границами. Каждая из них движется с различной скоростью. Эти области называются «тропическими районами». Облака появляются из-за потоков воздуха, дующих на разной высоте в хаотичном направлении.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от Mission Juno (@nasajuno)

Существуют также участки, в которых потоки воздуха опускаются. Они окрашены в темно-коричневый цвет и именуются поясами. Белые участки называются зонами. Их цвет обусловлен особенностями состава газов.

Состав и строение поверхности

Юпитер состоит главным образом из газообразного и жидкого вещества. Строение Юпитера типично для газовых гигантов.

Внешний слой – это атмосфера. Внутренняя часть состоит из водорода, ядра и других химических веществ. Ядро, по-видимому, это смесь из твердого металлического водорода с гелием. О наличии этой части планеты стало известно только в конце 1990-х годов. До этого астрономы иначе представляли себе внутреннее строение планеты: они допускали, что в недрах происходят процессы радиоактивного распада. Предполагается, что ядро может быть тяжелее Земли в 12 – 45 раз и составлять от 4 до 14% всей планетарной массы.

Ближе к ядру возрастает давление и температура. В самом ядре она может достигать 35700 °С. Давление в самом центре планеты достигает невероятных 4500 ГПа.

Орбита Юпитера

Главнейшие орбитальные характеристики Юпитера:

• расстояние до Солнца в перигелии – 740,5 млн. км;
• расстояние до Солнца в афелии – 816,5 млн. км;
• большая полуось Юпитера составляет 778,5 млн. км;
• эксцентриситет – 0,0487;
• средняя скорость вращения по орбите – 13 км/с.

Поскольку у Юпитера наименьший период вращения вокруг оси из всех планет Солнечной системы, за полный «юпитерианский» год пройдет 10475 таких же суток. Орбита Юпитера более вытянута, чем земная, поэтому расстояние до Солнца меняется в больших пределах.

Большое красное пятно

Это интересная особенность планеты. Пятно является мощным антициклоном. Темно-красный цвет происходит от частиц серы и аммиака, которые, в свою очередь, поступают из глубин атмосферы. От контакта с лучами Солнца они то темнеют, то светлеют.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от Mission Juno (@nasajuno)

В настоящий момент неизвестно, постоянное ли это пятно или временное. Известно, что впервые его открыли астрономы в 1600-х гг. Оно сокращается в размере, хотя и не исчезает. Предположительно, что через 20 лет оно станет практически круглым, а в один день, возможно, просто исчезнет.

Красное пятно располагается в верхних слоях атмосферы. Его край обращается со скоростью примерно 360 км/ч. Размеры пятна – 12 тыс. км х 24 тыс. км. Оно возвышается примерно на 8 км над облаками.

Спутники Юпитера

По состоянию на 2019 год вокруг Юпитера обращалось 79 спутников. 4 из них – «галилеевы», потому что были открыты Галилео Галилеем. Это Ио, Европа, Ганимед, Каллисто. Открытие спутников позволило ученому подтвердить гелиоцентрическую систему, за что он был гоним католической церковью.

Ганимед

Ганимед – крупнейший спутник Юпитера. Его радиус составляет 2634 км, а площадь поверхности – 87 млн. км². Весит он в 40 раз меньше Земли. Сила притяжения на его поверхности почти в 7 раз меньше земной. Спутник вращается вокруг Юпитера в среднем на расстоянии 1 млн. 70 тыс. км (третий по удаленности). Примечательно, что масса Ганимеда составляет 45% такого же показателя Меркурия. Один оборот вокруг Юпитера спутник совершает примерно за неделю.

Ганимед был открыт Галилеем в 1610 г. Назван в честь мифического сына троянского царя Троса – Ганимеда, который, будучи похищенным орлом Зевса, сделался на Олимпе виночерпием. За это ему была дарована вечная молодость и бессмертие.

Вероятно, этот спутник был сформирован из аккреционного диска либо из туманности, состоявшей из пыли и газа. Она некоторое время окружала Юпитер после образования гиганта. Спутник образовался ближе к планете: в этом месте туманность была более плотной.

Ганимед состоит из скальных пород и замерзшей воды. В составе льда может находиться аммиак. Точный состав твердых пород неизвестен. Спектральный анализ показал наличие на Ганимеде таких веществ:

• двуокиси углерода;
• двуокиси серы;
• дициана;
• серной кислоты;
• органических соединений;
• сульфата магния и натрия.

Предполагается, что спутник состоит из железистого ядра, мантии и слоя льда. Ядро, вероятно, имеет радиус от 700 до 900 км, внешний слой льда – 800 – 1000 км. Остальная часть приходится на силикатную мантию. На поверхности обнаруживаются кратеры, канавчатые участки, полярные шапки.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от NASA (@nasa)

Исследования показали наличие на спутнике тонкой атмосферы, а также экзосферы из кислорода. Спорным остается вопрос о наличие на Ганимеде ионосферы. Космический аппарат «Галилео» обнаружил у спутника магнитное поле. Это единственный спутник планеты в Солнечной системе, имеющий магнитосферу. Если бы не мощнейшее радиационное излучение, Ганимед был бы отличным кандидатом для терраформирования.

Каллисто

Это второй по размеру спутник Юпитера, наиболее удаленный от него и третий по размерам среди спутников во всей Солнечной системе. Назван в честь любовницы Зевса – персонажа древнегреческой мифологии.

Период обращения Каллисто вокруг оси равен времени, за которое спутник делает оборот вокруг Юпитера. Следовательно, он всегда обращен к планете одной стороной. Радиус 2410 км почти равен такому же показателю у Меркурия. Площадь поверхности – 73 млн. км². Масса спутника – примерно 10²⁰ тонн, а объем – 59 млрд. км³. На Каллисто сила притяжения в 8 раз меньше земной. Наклона оси нет.

По данным спектроскопии, на поверхности Каллисто обнаружены лед, углекислота, соединения кремния, органические вещества. Рельеф сложный: здесь есть кратеры, «цирки» – кольцевые структуры. Спутник окружен разреженной атмосферой из углекислоты и ионосферой.

Предположительно, Каллисто образовался в результате аккреции из облака пыли и газа. Под поверхностью находится океан из жидкой воды толщиной приблизительно в 100 км. Вероятно, здесь может присутствовать внеземная жизнь. Каллисто может служить для человечества удобной космической базой для изучения планет-гигантов, поскольку этот спутник находится вне зоны действия радиационных поясов.

Интересный факт: количество спутников Юпитера может меняться. Некоторые кометы, притягиваемые планетой, могут становиться ее временными лунами.

Европа

Это наименьший из галилеевых спутников, обнаруженных в 1610 г. Радиус Европы около 1560 км, площадь поверхности – свыше 30 млн. км². Объем спутника – около 16 млрд. км³. Ускорение свободного падения в экваториальной области составляет примерно 1,3 м/с². Как и Каллисто, повернут к Юпитеру одной стороной. Среднее расстояние до планеты – примерно 665 тыс. км.

Поверхность спутника ледяная и является самой гладкой во всей Солнечной системе. И хотя на Европе мало кратеров, зато здесь можно увидеть большое количество трещин. Лед на поверхности сравнительно молодой. Температура поверхности достигает –190 °С. Уровень радиации на Европе очень высок – свыше 5 Зв в сутки. Такая доза за это время способна вызвать у человека тяжелую лучевую болезнь.

Под поверхностью спутника может существовать океан. Многие астрономы считают, что водоем мог бы сформироваться под воздействием тепла, вырабатываемого приливами. Версия о радиоактивном распаде как источнике тепла не выдерживает критики, так как нагрев вследствие этого явно недостаточный.

Спектрографические наблюдения обнаружили на Европе наличие разреженной атмосферы, состоящей из молекул кислорода. Источником кислорода является разложение молекулы воды на атомы водорода и кислорода под воздействием солнечного излучения и радиации. Водород в условиях низкого тяготения быстро улетучивается в межпланетное пространство. Атмосферное давление на Европе не больше одной миллионной доли паскаля.

Спутник рассматривается как одно из мест в Солнечной системе, где может быть внеземная жизнь. Вероятно, что она может существовать в океане, находящемся под поверхностью. В настоящее время признаков жизни на Европе не обнаружено. Спутник находится в зоне воздействия мощных радиационных поясов Юпитера. Космонавт, который рискнет прогуляться по поверхности Европы, получит смертельную дозу радиации в течение нескольких часов.

Ио

Это самый близкий к Юпитеру спутник со средним расстоянием от планеты примерно в 420 тыс. км.  Масса его около 9∙10¹⁹ тонн, а объем – приблизительно 25 млрд. км³. Сила тяжести на поверхности равна приблизительно 1,8 м/с². Как Каллисто или Европа, повернут к Юпитеру всегда одной стороной. Его период обращения вокруг планеты – примерно 1,75 дня. Название спутник получил в честь мифологического персонажа Ио – жрицы Геры. С диаметром в 3 тыс. 642 км является четвертым по величине спутником в Солнечной системе.

 

Посмотреть эту публикацию в Instagram

 

Публикация от Mission Juno (@nasajuno)

На фото тень Ио на поверхности Юпитера. Фотография сделана космическим аппаратом Juno.

На Ио находится и действует свыше 400 активных вулканов. Их наличие можно объяснить нагревом недр этого космического тела в результате трения, образующегося из-за гравитационных сил со стороны Юпитера, крупнейшего спутника Ганимеда, а также Европы. Интересно, что некоторые вулканы могут выбрасывать серу и ее диоксид на высоту нескольких сотен километров.

Спутник состоит в основном из соединений кремния, которые окружают расплавленное ядро (предположительно из железа или сульфата железа). Значительная часть поверхности – равнины, покрытые серой или замерзшим сернистым газом. Предположительно, что Ио имеет внутренний океан из магмы. Температура в нем достигает 1200 °С.

Пепел и сера, выбрасываемые из вулканов, постоянно преобразуют поверхность Ио. Они окрашивают ее в разные цвета. Лавовые потоки очень мощные, длиной до 500 км. Эти же выбросы формируют тонкую атмосферу. Ее плотность и высота зависят от времени суток, активности вулканов и количества инея на поверхности. Атмосферное давление – в пределах от 3∙10^–5 до 3∙10^–4 Па.

Ио ближе по составу к планетам земной группы. На это указывает плотность – свыше 3,5 г/см³. Это намного больше, чем у других галилеевых спутников. Более того, этот показатель ставит Ио на первое место по плотности среди всех других планетарных спутников.

Сравнение Юпитера и Земли

Размеры Юпитера и Земли удобно сравнить в виде таблицы.

Параметр	Юпитер	Земля
Экваториальный радиус	71492 км	6387 км
Полярный радиус	66854 км	6356 км
Площадь поверхности	62,179 млрд. км2	510,65 млн. км2
Объем	1431,431 трлн. км3	1,83 трлн. км3
Масса	1,8986∙1024 тонн	около 6∙1021 тонн
Длина окружности на экваторе	448984 км	40075 км

Расстояние до Солнца и Земли

Расстояние от Юпитера до Солнца в перигелии равно 740 млн. 573,6 тыс. км, удаленность в афелии – 816 млн 520,8 млн. км. Расстояние от Земли до Юпитера меняется от 588 до 987 млн. км. В ближайшей к Земле точке его видимая звездная величина составляет –2,94. Однако, находясь в наиболее удаленной от Земли точке, Юпитер также светит достаточно ярко с видимой звездной величиной –1,61.

Столкновения небесных тел с Юпитером

Юпитер – второе по размерам космическое тело в Солнечной системе. Своей гравитацией планета притягивает большое количество мелких космических объектов. Находясь близко от пояса астероидов, она становится своего рода мишенью для мелких космических тел.

Комета Шумейкеров – Леви

Комета Шумейкеров – Леви 9 была открыта в марте 1993 г. До 2009 г. это было первое небесное тело, чье столкновение с Юпитером наблюдалось астрономами.

Согласно расчетам, примерно за 10 месяцев до открытия эта комета приблизилась к облакам Юпитера на 15 тыс. км. Из-за приливных сил это небесное тело раздробилось на 21 мелкий фрагмент. Комета вращалась вокруг Юпитера, в отличие от других аналогичных небесных тел, которые вращаются вокруг Солнца. До столкновения эксцентриситет орбиты Шумейкеров – Леви приближался к единице.

В июле 1994 г. все фрагменты кометы приблизились к Юпитеру и с огромной скоростью – 64 км/с врезались в атмосферу. При этом произошли мощные возмущения облаков. Падение обломков кометы длилось неделю (16 – 22 июля 1994 г.). Наблюдать за этим явлением можно было и с Земли, и из космоса.

Фрагменты Шумейкеров – Леви оказались на южном полушарии. Момент падения наблюдался космическим аппаратом «Галилео». Возмущения от разрушения кометы были заметны с Земли. При падении образовалась огромная энергия в 2 млн. мегатонн в тротиловом эквиваленте. Также при падении фрагментов кометы наблюдались вспышки излучения, газовые выбросы, изменения радиационных поясов, появлялись полярные сияния.

Другие столкновения

В июле 2009 г. произошло еще одно столкновение Юпитера с каменным астероидом. В результате этого события в атмосфере образовалось темное пятно, по площади сопоставимое с Тихим океаном. Диаметр объекта, по расчетам, достигал 500 м. При ударе выделилась энергия в 5 тыс. мегатонн.

В июне 2010 г. над атмосферой Юпитера была зафиксирована мощная вспышка. Она была связана с падением космического тела. Однако после этого события не были обнаружены темные пятна в атмосфере.

В августе того же года астрономами-любителями была обнаружена вспышка над облаками Юпитера. Предположительно, вспышка была следствием падения на планету астероида или же кометы.

В марте 2016 г. астроном-любитель Г. Кернбауэр снял момент столкновения Юпитера с астероидом или кометой. Считается, что это столкновение вызвало выброс энергии в 12,5 мегатонн.

Полярные сияния на планете

На Юпитере образуются яркие и устойчивые полярные сияния. Они, в отличие от земных, являются постоянными. Меняется только интенсивность свечения. Их положение сильно зависит от вращения спутников.

Исследования Юпитера

Благодаря отличной видимости люди знали о существовании Юпитера с давних времен. Первые упоминания о планете датируются 7 – 8 в. до н. э. в Древнем Вавилоне. В 1610 г. Галилео Галилею с помощью телескопа удалось рассмотреть поверхность Юпитера и открыть 4 спутника, вращающихся вокруг планеты. Это дало возможность окончательно опровергнуть геоцентрическую модель.

Астроному Кассини в 1660-х гг. удалось установить, что Юпитер является приплюснутым сфероидом, а также изучить вращение воздушной оболочки. В 1831 г. астроном Г. Швабе подробно рассмотрел детали Большого красного пятна.

В середине ХХ века астрономы начали исследовать крупнейший газовый гигант с помощью радиотелескопов. Они позволили вычислить скорость вращения планеты. Всего планетную систему посещали 9 космических аппаратов.

Оптимальный период для исследования планеты Юпитер астрономами-любителями наступает ежегодно в момент противостояний. Лучшие условия для наблюдений – зимой.

Как вычислили продолжительность дня

Вычислить этот показатель достаточно сложно, так как газовый гигант не имеет твердой поверхности. Астрономы использовали различные способы для установления длительности дня.

1. Отслеживание штормов. В попытках установить их центр выяснилось, что они очень стремительные и не могут правильно отображать время обращения.
2. Исследование радиоизлучения магнитного поля Юпитера. Скорость магнитосферы оказалась постоянной и поэтому пригодной для определения продолжительности дня.

Есть ли жизнь на планете

На Юпитере крайне неблагоприятные условия для возникновения и поддержания жизни: низкая температура, отсутствие твердой поверхности и малое количество воды в атмосфере. Однако не следует исключать эволюции жизни в глубине атмосферной оболочки, так как здесь достаточно высокие атмосфера и давление. Возможно существование жизни в облаках из водяного пара.

Интересные факты о Юпитере

Юпитер примечателен не только своими размерами. Вот некоторые его интересные особенности.

1. По своей яркости на земном ночном небе это светило уступает только Луне и Венере.
2. Если бы на момент формирования масса Юпитера была бы в 80 раз больше, в Солнечной системе была бы вторая звезда – коричневый карлик.
3. Юпитер имеет настолько мощное гравитационное поле, что защищает им Землю от падения астероидов.
4. В атмосфере гиганта находятся кристаллы аммиака и серы.
5. Большое Пятно – это гигантский шторм, который длится 350 лет. В нем свободно могут поместиться три таких планеты, как Земля.
6. Кольца Юпитера очень тонкие – от 2 до 12,5 тыс. км.
7. Существуют спутники, которые обращаются ретроградно. Все они заканчиваются на «е»: Карме, Синопе, Пасифе и проч.
8. Юпитер излучает мощнейшие радиоволны, которые можно уловить обычными коротковолновыми антеннами. Они имеют необычное звучание.
9. Человек на поверхности Юпитера будет весить в 2,4 раза больше. Например, 70-килограммовый мужчина весил бы 168 кг. Подниматься вверх по ступенькам ему было бы тяжело.

Юпитер – крупнейшая планета Солнечной системы. Он известен человечеству с древних времен и привлекает внимание наблюдателей своей яркостью на ночном небе. Исследования этого небесного тела не прекращаются. Возможно, в скором будущем нам будут известны многие его тайны.