Юпитер (планета) Википедия

Юпитер
Планета

Полномасштабная фотография Юпитера.
Сделана 21.04.2014 года камерой телескопа «Хаббл».
Перигелий 7,405736⋅108 км
(4,950429 а. е.)[1]
Афелий 8,165208⋅108 км
(5,458104 а. е.)[1]
Большая полуось (a) 7,785472⋅108 км
(5,204267 а. е.)[2]
Эксцентриситет орбиты (e) 0,048775[1]
Сидерический период обращения 4332,589 дня (11,8618 года)[1]
Синодический период обращения 398,88 дня[1]
Орбитальная скорость (v) 13,07 км/с (средн.)[1]
Наклонение (
i
)
1,304° (относительно эклиптики)
6,09° (относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла (Ω) 100,55615°[1]
Аргумент перицентра (ω) 275,066°
Чей спутник Солнце
Спутники 79
Полярное сжатие 0,06487[1]
Экваториальный радиус 71 492 ± 4 км[1]
Полярный радиус 66 854 ± 10 км[1]
Средний радиус 69 911 ± 6 км[3]
Площадь поверхности (S) 6,21796⋅1010 км²
121,9 земных
Объём (V) 1,43128⋅1015 км³
1321,3 земных
Масса (m) 1,8986⋅1027 кг
317,8 земных
Средняя плотность (ρ) 1,326 г/см³[1]
Ускорение свободного падения на экваторе (g) 24,79 м/с² (2,535 g)
Первая космическая скорость (v1) 42,58 км/с
Вторая космическая скорость (v2) 59,5 км/с[1]
Экваториальная скорость вращения 12,6 км/с или 45 300 км/ч
Период вращения (T) 9,925 часа[1]
Наклон оси 3,13°
Прямое восхождение северного полюса (α) 17 ч 52 мин 14 с
268,057°
Склонение северного полюса (δ) 64,496°
Альбедо 0,343 (Бонд)[1]
0,52 (геом. альбедо)[1]
Видимая звёздная величина от -1,61 до -2,94
Абсолютная звёздная величина -9,4
Угловой диаметр 29,8″—50,1″
Атмосферное давление 20—220 кПа[4]
Шкала высоты 27 км
Информация в Викиданных 

Юпи́тер — крупнейшая планета Солнечной системы, пятая по удалённости от Солнца. Наряду с Сатурном, Ураном и Нептуном, Юпитер классифицируется как газовый гигант.

Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца.

Ряд атмосферных явлений на Юпитере: штормы, молнии, полярные сияния, — имеет масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XVII века.

Юпитер имеет, по крайней мере, 79 спутников[5], самые крупные из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Исследования Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-х годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие.

Во время великих противостояний (одно из которых происходило в сентябре 2010 года) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры. Диск и спутники Юпитера являются популярными объектами наблюдения для астрономов-любителей, сделавших ряд открытий (например, кометы Шумейкеров-Леви, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году, или исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера в 2010 году).

Наблюдения и их особенности

Инфракрасный диапазон

В инфракрасной области спектра лежат линии молекул H2 и He, а также линии множества других элементов[6]. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных — о её внутренней эволюции.

Однако молекулы водорода и гелия не имеют дипольного момента, а значит, абсорбционные линии этих элементов незаметны до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. Это с одной стороны, с другой — эти линии образуются в самых верхних слоях атмосферы и не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере получены со спускаемого аппарата «Галилео»[6].

Что же касается остальных элементов, то при их анализе и интерпретации тоже возникают трудности. Пока что нельзя с полной уверенностью сказать, какие процессы происходят в атмосфере Юпитера и насколько сильно они влияют на химический состав — как во внутренних областях, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально изменить распределения вещества

[7].

Движение поверхности Юпитера

Также Юпитер излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца[8][9][10]. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год[11]. По мнению П. Боденхеймера (1974), когда планета только сформировалась, она была в 2 раза больше и её температура была значительно выше, чем в настоящее время[12].

Коротковолновый диапазон

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне по данным «Чандра»

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне связано с полярным сиянием, а также с излучением диска[13]. Впервые зарегистрировано в 1979 году космической лабораторией имени Эйнштейна.

На Земле области полярных сияний в рентгене и ультрафиолете практически совпадают, однако на Юпитере это не так. Область рентгеновских полярных сияний расположена гораздо ближе к полюсу, чем ультрафиолетовых. Ранние наблюдения выявили пульсацию излучения с периодом в 40 минут, однако в более поздних наблюдениях эта зависимость проявляется гораздо хуже.

Ожидалось, что рентгеновский спектр авроральных сияний на Юпитере схож с рентгеновским спектром комет, однако, как показали наблюдения на Chandra, это не так. Спектр состоит из эмиссионных линий с пиками у кислородных линий вблизи 650 эВ, у OVIII линий при 653 эВ и 774 эВ, а также у OVII на 561 эВ и 666 эВ. Существуют также линии излучения при более низких энергиях в спектральной области от 250 до 350 эВ, возможно, они принадлежат сере или углероду[14].

Гамма-излучение, не связанное с полярным сиянием, впервые было обнаружено при наблюдениях на ROSAT в 1997 году. Спектр схож со спектром полярных сияний, однако в районе 0,7—0,8 кэВ[13]. Особенности спектра хорошо описываются моделью корональной плазмы с температурой 0,4—0,5 кэВ с солнечной металличностью, с добавлением эмиссионных линий Mg

10+ и Si12+. Существование последних, возможно, связано с солнечной активностью в октябре-ноябре 2003 года[13].

Наблюдения космической обсерватории XMM-Newton показали, что излучение диска в гамма-спектре — это отражённое солнечное рентгеновское излучение. В отличие от полярных сияний, никакой периодичности изменения интенсивности излучения на масштабах от 10 до 100 мин обнаружено не было.

Радионаблюдения за планетой

Юпитер — самый мощный (после Солнца) радиоисточник Солнечной системы в дециметровом — метровом диапазонах длин волн. Радиоизлучение имеет спорадический характер и в максимуме всплеска достигает 106Янских[15].

Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц (чаще всего около 18 МГц), в среднем их ширина составляет примерно 1 МГц. Длительность всплеска невелика: от 0,1—1 с (иногда до 15 с). Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, степень поляризации достигает 100 %. Наблюдается модуляция излучения близким спутником Юпитера Ио, вращающимся внутри магнитосферы: вероятность появления всплеска больше, когда Ио находится вблизи элонгации по отношению к Юпитеру. Монохроматический характер излучения говорит о выделенной частоте, скорее всего гирочастоте. Высокая яркостная температура (иногда достигает 10

15 K) требует привлечения коллективных эффектов (типа мазеров)[15].

Радиоизлучение Юпитера в миллиметровом — короткосантиметровом диапазонах имеет чисто тепловой характер, хотя яркостная температура несколько выше равновесной, что предполагает поток тепла из недр. Начиная с волн ~9 см Tb (яркостная температура) возрастает — появляется нетепловая составляющая, связанная с синхротронным излучением релятивистских частиц со средней энергией ~30 МэВ в магнитном поле Юпитера; на волне 70 см Tb достигает значения ~5⋅10

4 K. Источник излучения расположен по обе стороны планеты в виде двух протяжённых лопастей, что указывает на магнитосферное происхождение излучения[15][16].

Вычисление гравитационного потенциала

Из наблюдений движения естественных спутников, а также из анализа траекторий космических аппаратов можно восстановить гравитационное поле Юпитера. Оно заметно отличается от сферически-симметричного из-за быстрого вращения планеты. Обычно гравитационный потенциал представляется в виде разложения по полиномам Лежандра[7]:

JnJ2J4J6
Значение1,4697⋅10−2−5,84⋅10−40,31⋅10−4

Vext(r,θ)=−GMr(1−∑i=1∞(Reqr)iJiPi(cos⁡θ)){\displaystyle V_{\mathrm {ext} }(r,\theta )=-{\frac {GM}{r}}\left(1-\sum _{i=1}^{\infty }\left({\frac {R_{\mathrm {eq} }}{r}}\right)^{i}J_{i}P_{i}(\cos \theta )\right)}

где G{\displaystyle G} — гравитационная постоянная, M{\displaystyle M} — масса планеты, r{\displaystyle r} — расстояние до центра планеты, Req{\displaystyle R_{\mathrm {eq} }} — экваториальный радиус, θ{\displaystyle \theta } — полярный угол, Pi{\displaystyle P_{i}} — полином Лежандра i{\displaystyle i}-го порядка, Ji{\displaystyle J_{i}} — коэффициенты разложения.

При пролёте аппаратов Пионер-10, Пионер-11, Вояджер-1, Вояджер-2, Галилео и Кассини для вычисления гравитационного потенциала использовались: измерение эффекта Доплера аппаратов (для отслеживания их скорости), изображение, передаваемое аппаратами для определения их местоположения относительно Юпитера и его спутников, радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами[17]. Для Вояджера-1 и Пионера-11 пришлось учитывать и гравитационное влияние Большого красного пятна[18].

Кроме того, при обработке данных приходится постулировать верность теории о движении Галилеевых спутников вокруг центра Юпитера. Для точных вычислений большой проблемой является также учёт ускорения, имеющего негравитационный характер[18].

По характеру гравитационного поля также можно судить о внутреннем строении планеты[19].

Юпитер среди планет Солнечной системы

Масса

Масса Юпитера в 2,47 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы[20].

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км[21], что в 11,2 раза превышает радиус Земли[1] .

Юпитер — единственная планета, у которой центр масс с Солнцем находится вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса.

Масса Юпитера в 2,47 раза[22] превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых[23], в 317,8 раз — массу Земли[1] и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца[21]. Плотность (1326 кг/м³) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м³)[1]. При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 100 кг[24], будет весить столько же, сколько весит тело массой 240 кг[2] на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с² на Юпитере против 9,81 м/с² для Земли[1].

Большинство из известных на настоящее время экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (MJ) и радиус (RJ) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров[25].

Юпитер как «неудавшаяся звезда»
Сравнительные размеры Юпитера и Земли

Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие изменения массы не повлекли бы за собой каких-нибудь значительных изменений радиуса. Однако если бы масса Юпитера превышала его реальную массу в четыре раза, плотность планеты возросла бы до такой степени, что под действием возросшей гравитации размеры планеты сильно уменьшились. Таким образом, по всей видимости, Юпитер имеет максимальный диаметр, который могла бы иметь планета с аналогичным строением и историей. С дальнейшим увеличением массы сжатие продолжалось бы до тех пор, пока в процессе формирования звезды Юпитер не стал бы коричневым карликом с массой, превосходящей его нынешнюю примерно в 50 раз[26][27]. Это даёт астрономам основания считать Юпитер «неудавшейся звездой», хотя неясно, схожи ли процессы формирования таких планет, как Юпитер, с теми, что приводят к формированию двойных звёздных систем. Хотя для того, чтобы стать звездой, Юпитеру потребовалось бы быть в 75 раз массивнее, самый маленький из известных красных карликов всего лишь на 30 % больше в диаметре[28][29].

Орбита и вращение

Великие противостояния Юпитера
с 1951 по 2070 год
ГодДатаРасстояние, а. е.
19512 октября3,94
19638 октября3,95
197513 октября3,95
198718 октября3,96
199923 октября3,96
201021 сентября3,95
202226 сентября3,95
20341 октября3,95
20466 октября3,95
205811 октября3,95
207016 октября3,95

При наблюдениях с Земли во время противостояния Юпитер может достигать видимой звёздной величины в −2,94m, это делает его третьим по яркости объектом на ночном небе после Луны и Венеры. При наибольшем удалении видимая величина падает до −1,61m. Расстояние между Юпитером и Землёй меняется в пределах от 588 до 967 млн км[30].

Противостояния Юпитера происходят с периодом раз в 13 месяцев. В 2010 году противостояние планеты-гиганта пришлось на 21 сентября. Раз в 12 лет происходят великие противостояния Юпитера, когда планета находится около перигелия своей орбиты. В этот период времени его угловой размер для наблюдателя с Земли достигает 50 угловых секунд, а блеск — ярче −2,9m[31].

Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет 778,57 млн км (5,2 а. е.), а период обращения составляет 11,86 года[21][32]. Поскольку эксцентриситет орбиты Юпитера 0,0488, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 76 млн км.

Основной вклад в возмущения движения Юпитера вносит Сатурн. Первого рода возмущение — вековое, действующее на масштабе ~70 тысяч лет[33], меняет эксцентриситет орбиты Юпитера от 0,02 до 0,06, а наклон орбиты от ~1° — 2°. Возмущение второго рода — резонансное с соотношением, близким к 2:5 (с точностью до 5 знаков после запятой — 2:4,96666[34][35]).

Экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты (наклон оси вращения составляет 3,13° против 23,45° для Земли[1]), поэтому на Юпитере не бывает смены времён года[36][37].

Юпитер вращается вокруг своей оси быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы[38]. Период вращения у экватора — 9 ч 50 мин 30 с, а на средних широтах — 9 ч 55 мин 40 с[39]. Из-за быстрого вращения экваториальный радиус Юпитера (71492 км) больше полярного (66854 км) на 6,49 %; таким образом, сжатие планеты составляет (1:51,4)[1].

Гипотезы о существовании жизни в атмосфере

В настоящее время наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным: низкая концентрация воды в атмосфере, отсутствие твёрдой поверхности и т. д. Однако ещё в 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака[40]. Следует отметить, что даже на небольшой глубине в юпитерианской атмосфере температура и плотность достаточно высоки[2], и возможность, по крайней мере, химической эволюции исключать нельзя, поскольку скорость и вероятность протекания химических реакций благоприятствуют этому. Однако возможно существование на Юпитере и водно-углеводородной жизни: в слое атмосферы, содержащем облака из водяного пара, температура и давление также весьма благоприятны. Карл Саган совместно с Э. Э. Солпитером, проделав вычисления в рамках законов химии и физики, описали три воображаемые формы жизни, способные существовать в атмосфере Юпитера[41]:

  • Синкеры (англ. sinker — «грузило») — крошечные организмы, размножение которых происходит очень быстро и которые дают большое количество потомков. Это позволяет выжить части из них при наличии опасных конвекторных потоков, способных унести синкеров в горячие нижние слои атмосферы;
  • Флоатеры (англ. floater — «поплавок») — гигантские (величиной с земной город) организмы, подобные воздушным шарам. Флоатер откачивает из воздушного мешка гелий и оставляет водород, что позволяет ему держаться в верхних слоях атмосферы. Он может питаться органическими молекулами или вырабатывать их самостоятельно, подобно земным растениям;
  • Хантеры (англ. hunter — «охотник») — хищные организмы, охотники на флоатеров.

Внутреннее строение

Химический состав

Распространённость элементов в соотношении с водородом
на Юпитере и Солнце[42]
ЭлементСолнцеЮпитер/Солнце
He/H0,09750,807 ± 0,02
Ne/H1,23⋅10−40,10 ± 0,01
Ar/H3,62⋅10−62,5 ± 0,5
Kr/H1,61⋅10−92,7 ± 0,5
Xe/H1,68⋅10−102,6 ± 0,5
C/H3,62⋅10−42,9 ± 0,5
N/H1,12⋅10−43,6 ± 0,5 (8 бар)
3,2 ± 1,4 (9—12 бар)
O/H8,51⋅10−40,033 ± 0,015 (12 бар)
0,19—0,58 (19 бар)
P /H3,73⋅10−70,82
S/H1,62⋅10−452,5 ± 0,15

Химический состав внутренних слоёв Юпитера невозможно определить современными методами наблюдений, однако обилие элементов во внешних слоях атмосферы известно с относительно высокой точностью, поскольку внешние слои непосредственно исследовались спускаемым аппаратом «Галилео», который был спущен в атмосферу 7 декабря 1995 года[43]. Два основных компонента атмосферы Юпитера — молекулярный водород и гелий[42]. Атмосфера содержит также немало простых соединений, например, воду (H2O), метан (CH4), сероводород (H2S), аммиак (NH3) и фосфин (PH3)[42]. Их количество в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере подразумевает, что атмосфера Юпитера богата углеродом, азотом, серой и, возможно, кислородом по фактору 2—4 относительно Солнца[42].

Другие химические соединения,

wikiredia.ru

Справочник астронома-любителя: Юпитер



       Самой большой планетой Солнечной системы является Юпитер. Масса планеты-гиганта больше земной в 318 раз и в 1050 раз меньше массы Солнца. Экваториальный радиус Юпитера в 11,2 раза больше земного и составляет 71 400 км. Однако точность, с которой был определен радиус Юпитера, недостаточно велика — ошибка может достигать до нескольких сотен километров. Полярный радиус заметно меньше экваториального и равен 66 900 км. Гравитационное ускорение около 2500 см/сек
2
. Средняя плотность 1,3 г/см3. На диске видно множество деталей, но среди них нет ни одной постоянной. Есть некоторое число деталей, которые наблюдаются в течение столетий, но их положение и вид изменяются. Это означает, что видимая поверхность Юпитера представляет собой облачный покров. Наиболее заметны темные красноватые полосы, вытянутые параллельно экватору. Светлые промежутки между ними называются зонами. Зоны и полосы расчленяются на отдельные пятна различного вида и формы. В 1878 г. на широте -20° было обнаружено образование, названное позднее Красным пятном, занимавшее по долготе 30°. Впоследствии оно уменьшало свою интенсивность, затем несколько увеличивало, но всегда оставалось более слабым, чем в момент открытия. Его можно видеть и сейчас, а просмотр старых зарисовок показал что его наблюдали еще в XVII в., не обращая на него особого внимания.

       По движению видимых деталей на поверхности Юпитера был определен его период обращения. Оказалось, что период вращения на разных широтах является различным, аналогично тому, как это имеет место на Солнце. Период вращения увеличивается с ростом широты. На широте Красного пятна он на 5m 10s больше, чем на экваторе. Разные образования расположены, по-видимому, на различных высотах, и бывают случаи, когда наблюдается прохождение одного объекта над другим. Полосатая структура диска Юпитера является следствием преимущественно зонального (т.е. ориентированного вдоль параллелей) направления ветра в атмосфере Юпитера. Механизм, который приводит в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же, как на Земле. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые наиболее интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость.

рис. Большое красное пятно на Юпитере


       В атмосфере Юпитера, так же как и на Земле, могут формироваться циклоны. По различным оценкам, крупные циклоны, образующиеся в атмосфере Юпитера, могут быть достаточно устойчивыми (время жизни до 105 лет). Вероятно, Большое Красное пятно является примером такого циклона. Изображения Юпитера, полученные при помощи аппаратуры, установленной на американских космических аппаратах «Пионер-10» и «Пионер-11», показали, что Большое Красное пятно не является единственным образованием такого типа: имеется несколько устойчивых красных пятен меньшего размера. Спектроскопическими наблюдениями установлено присутствие в атмосфере Юпитера молекулярного водорода Н2, гелия Не, метана СН4, аммиака МН3, этана С2Н6, ацетилена С2Н2 и водяного пара Н2О. По-видимому, элементный состав атмосферы (и всей планеты в целом) не отличается от солнечного (около 90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжелых элементов).
Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 1 атм. Облачный слой имеет сложную структуру.

       Полное излучение Юпитера почти в 3 раза больше, чем энергия, получаемая от Солнца, при этом большая часть этой энергии обусловлена внутренним источником тепла. В этом смысле Юпитер ближе к звездам, чем к планетам земного типа. Однако доказано, что источником внутренней энергии Юпитера не являются ядерные реакции. По-видимому, излучается запас энергии, накопленной при гравитационном сжатии планеты (в процессе формирования планеты из протопланетной туманности гравитационная энергия пыли и газа, образующих планету, должна была переходить в кинетическую и затем в тепловую энергию. Наличие большого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстро растет с глубиной. Согласно наиболее вероятным теоретическим моделям она достигает 400 К на глубине 100 км ниже уровня верхней границы облаков, а на глубине 500 км — около 1200 К. Расчеты внутреннего строения показывают, что атмосфера Юпитера является очень глубокой (около 104 км), а основная масса планеты (ниже этой границы) находится в жидкой фазе. В толще атмосферы водород и гелий, строго говоря, находятся не в газообразном, а в сверхкритическом состоянии: плотность в нижних слоях атмосферы достигает 0,6-0,7 г/см3 и свойства вещества скорее напоминают жидкость, чем газ. В самом центре планеты, возможно, существует твердое ядро из тяжелых элементов.


       Юпитер имеет 63 естественных спутника. Первые четыре спутника открыл Галилей — это Ио (I), Европа (II), Ганимед (III) и Каллисто (IV) (они приведены в порядке возрастающих расстояний). Их размеры примерно такие же, как размер Луны, но вследствие большого расстояния от нас их диски (порядка 1″) различаются лишь на пределе. В очень хороших атмосферных условиях опытные наблюдатели видели отдельные пятна па дисках галилеевых спутников, и удалось составить карты основных деталей на их поверхности. Установлено, что галилеевы спутники вращаются вокруг оси синхронно с движением вокруг Юпитера и обращены к нему все время одной стороной. Галилеевы спутники являются объектами 5-6 звездной величины, и их можно наблюдать в любой телескоп или бинокль. Остальные спутники гораздо слабее. Спутник V (Амальтея), открытый Барнардом в 1892 г., является самым близким к планете и находится от нее на расстоянии в 2,56 радиуса планеты. Спутники VI-XIII были открыты уже в ХХ веке по фотографическим наблюдениям. Все они слабые, от 13m до 18m, имеют небольшие размеры и удалены на большие расстояния от Юпитера (от 160 до 332 радиусов планеты). Спутники VIII, IX, XI и XII обращаются вокруг Юпитера в обратном направлении, остальные — в прямом.

рис. Сравнительные размеры спутников Юпитера


astroinformer.com

Масса Юпитера Википедия

Юпитер
Планета

Полномасштабная фотография Юпитера.
Сделана 21.04.2014 года камерой телескопа «Хаббл».
Перигелий 7,405736⋅108 км
(4,950429 а. е.)[1]
Афелий 8,165208⋅108 км
(5,458104 а. е.)[1]
Большая полуось (a) 7,785472⋅108 км
(5,204267 а. е.)[2]
Эксцентриситет орбиты (e) 0,048775[1]
Сидерический период обращения 4332,589 дня (11,8618 года)[1]
Синодический период обращения 398,88 дня[1]
Орбитальная скорость (v) 13,07 км/с (средн.)[1]
Наклонение (i) 1,304° (относительно эклиптики)
6,09° (относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла (Ω) 100,55615°[1]
Аргумент перицентра (ω) 275,066°
Чей спутник Солнце
Спутники 79
Полярное сжатие 0,06487[1]
Экваториальный радиус 71 492 ± 4 км[1]
Полярный радиус 66 854 ± 10 км[1]
Средний радиус 69 911 ± 6 км[3]
Площадь поверхности (S) 6,21796⋅1010 км²
121,9 земных
Объём (V) 1,43128⋅1015 км³
1321,3 земных
Масса (m) 1,8986⋅1027 кг
317,8 земных
Средняя плотность (ρ) 1,326 г/см³[1]
Ускорение свободного падения на экваторе (g) 24,79 м/с² (2,535 g)
Первая космическая скорость (v1) 42,58 км/с
Вторая космическая скорость (v2) 59,5 км/с[1]
Экваториальная скорость вращения 12,6 км/с или 45 300 км/ч
Период вращения (T) 9,925 часа[1]
Наклон оси 3,13°
Прямое восхождение северного полюса (α) 17 ч 52 мин 14 с
268,057°
Склонение северного полюса (δ) 64,496°
Альбедо 0,343 (Бонд)[1]
0,52 (геом. альбедо)[1]
Видимая звёздная величина от -1,61 до -2,94
Абсолютная звёздная величина -9,4
Угловой диаметр 29,8″—50,1″
Атмосферное давление 20—220 кПа[4]
Шкала высоты 27 км
Информация в Викиданных 

Юпи́тер — крупнейшая планета Солнечной системы, пятая по удалённости от Солнца. Наряду с Сатурном, Ураном и Нептуном, Юпитер классифицируется как газовый гигант.

Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца.

Ряд атмосферных явлений на Юпитере: штормы, молнии, полярные сияния, — имеет масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XVII века.

Юпитер имеет, по крайней мере, 79 спутников[5], самые крупные из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Исследования Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-х годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие.

Во время великих противостояний (одно из которых происходило в сентябре 2010 года) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры. Диск и спутники Юпитера являются популярными объектами наблюдения для астрономов-любителей, сделавших ряд открытий (например, кометы Шумейкеров-Леви, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году, или исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера в 2010 году).

Наблюдения и их особенности

Инфракрасный диапазон

В инфракрасной области спектра лежат линии молекул H2 и He, а также линии множества других элементов[6]. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных — о её внутренней эволюции.

Однако молекулы водорода и гелия не имеют дипольного момента, а значит, абсорбционные линии этих элементов незаметны до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. Это с одной стороны, с другой — эти линии образуются в самых верхних слоях атмосферы и не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере получены со спускаемого аппарата «Галилео»[6].

Что же касается остальных элементов, то при их анализе и интерпретации тоже возникают трудности. Пока что нельзя с полной уверенностью сказать, какие процессы происходят в атмосфере Юпитера и насколько сильно они влияют на химический состав — как во внутренних областях, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально изменить распределения вещества[7].

Движение поверхности Юпитера

Также Юпитер излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца[8][9][10]. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год[11]. По мнению П. Боденхеймера (1974), когда планета только сформировалась, она была в 2 раза больше и её температура была значительно выше, чем в настоящее время[12].

Коротковолновый диапазон

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне по данным «Чандра»

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне связано с полярным сиянием, а также с излучением диска[13]. Впервые зарегистрировано в 1979 году космической лабораторией имени Эйнштейна.

На Земле области полярных сияний в рентгене и ультрафиолете практически совпадают, однако на Юпитере это не так. Область рентгеновских полярных сияний расположена гораздо ближе к полюсу, чем ультрафиолетовых. Ранние наблюдения выявили пульсацию излучения с периодом в 40 минут, однако в более поздних наблюдениях эта зависимость проявляется гораздо хуже.

Ожидалось, что рентгеновский спектр авроральных сияний на Юпитере схож с рентгеновским спектром комет, однако, как показали наблюдения на Chandra, это не так. Спектр состоит из эмиссионных линий с пиками у кислородных линий вблизи 650 эВ, у OVIII линий при 653 эВ и 774 эВ, а также у OVII на 561 эВ и 666 эВ. Существуют также линии излучения при более низких энергиях в спектральной области от 250 до 350 эВ, возможно, они принадлежат сере или углероду[14].

Гамма-излучение, не связанное с полярным сиянием, впервые было обнаружено при наблюдениях на ROSAT в 1997 году. Спектр схож со спектром полярных сияний, однако в районе 0,7—0,8 кэВ[13]. Особенности спектра хорошо описываются моделью корональной плазмы с температурой 0,4—0,5 кэВ с солнечной металличностью, с добавлением эмиссионных линий Mg10+ и Si12+. Существование последних, возможно, связано с солнечной активностью в октябре-ноябре 2003 года[13].

Наблюдения космической обсерватории XMM-Newton показали, что излучение диска в гамма-спектре — это отражённое солнечное рентгеновское излучение. В отличие от полярных сияний, никакой периодичности изменения интенсивности излучения на масштабах от 10 до 100 мин обнаружено не было.

Радионаблюдения за планетой

Юпитер — самый мощный (после Солнца) радиоисточник Солнечной системы в дециметровом — метровом диапазонах длин волн. Радиоизлучение имеет спорадический характер и в максимуме всплеска достигает 106Янских[15].

Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц (чаще всего около 18 МГц), в среднем их ширина составляет примерно 1 МГц. Длительность всплеска невелика: от 0,1—1 с (иногда до 15 с). Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, степень поляризации достигает 100 %. Наблюдается модуляция излучения близким спутником Юпитера Ио, вращающимся внутри магнитосферы: вероятность появления всплеска больше, когда Ио находится вблизи элонгации по отношению к Юпитеру. Монохроматический характер излучения говорит о выделенной частоте, скорее всего гирочастоте. Высокая яркостная температура (иногда достигает 1015 K) требует привлечения коллективных эффектов (типа мазеров)[15].

Радиоизлучение Юпитера в миллиметровом — короткосантиметровом диапазонах имеет чисто тепловой характер, хотя яркостная температура несколько выше равновесной, что предполагает поток тепла из недр. Начиная с волн ~9 см Tb (яркостная температура) возрастает — появляется нетепловая составляющая, связанная с синхротронным излучением релятивистских частиц со средней энергией ~30 МэВ в магнитном поле Юпитера; на волне 70 см Tb достигает значения ~5⋅104 K. Источник излучения расположен по обе стороны планеты в виде двух протяжённых лопастей, что указывает на магнитосферное происхождение излучения[15][16].

Вычисление гравитационного потенциала

Из наблюдений движения естественных спутников, а также из анализа траекторий космических аппаратов можно восстановить гравитационное поле Юпитера. Оно заметно отличается от сферически-симметричного из-за быстрого вращения планеты. Обычно гравитационный потенциал представляется в виде разложения по полиномам Лежандра[7]:

JnJ2J4J6
Значение1,4697⋅10−2−5,84⋅10−40,31⋅10−4

Vext(r,θ)=−GMr(1−∑i=1∞(Reqr)iJiPi(cos⁡θ)){\displaystyle V_{\mathrm {ext} }(r,\theta )=-{\frac {GM}{r}}\left(1-\sum _{i=1}^{\infty }\left({\frac {R_{\mathrm {eq} }}{r}}\right)^{i}J_{i}P_{i}(\cos \theta )\right)}

где G{\displaystyle G} — гравитационная постоянная, M{\displaystyle M} — масса планеты, r{\displaystyle r} — расстояние до центра планеты, Req{\displaystyle R_{\mathrm {eq} }} — экваториальный радиус, θ{\displaystyle \theta } — полярный угол, Pi{\displaystyle P_{i}} — полином Лежандра i{\displaystyle i}-го порядка, Ji{\displaystyle J_{i}} — коэффициенты разложения.

При пролёте аппаратов Пионер-10, Пионер-11, Вояджер-1, Вояджер-2, Галилео и Кассини для вычисления гравитационного потенциала использовались: измерение эффекта Доплера аппаратов (для отслеживания их скорости), изображение, передаваемое аппаратами для определения их местоположения относительно Юпитера и его спутников, радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами[17]. Для Вояджера-1 и Пионера-11 пришлось учитывать и гравитационное влияние Большого красного пятна[18].

Кроме того, при обработке данных приходится постулировать верность теории о движении Галилеевых спутников вокруг центра Юпитера. Для точных вычислений большой проблемой является также учёт ускорения, имеющего негравитационный характер[18].

По характеру гравитационного поля также можно судить о внутреннем строении планеты[19].

Юпитер среди планет Солнечной системы

Масса

Масса Юпитера в 2,47 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы[20].

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км[21], что в 11,2 раза превышает радиус Земли[1] .

Юпитер — единственная планета, у которой центр масс с Солнцем находится вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса.

Масса Юпитера в 2,47 раза[22] превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых[23], в 317,8 раз — массу Земли[1] и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца[21]. Плотность (1326 кг/м³) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м³)[1]. При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 100 кг[24], будет весить столько же, сколько весит тело массой 240 кг[2] на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с² на Юпитере против 9,81 м/с² для Земли[1].

Большинство из известных на настоящее время экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (MJ) и радиус (RJ) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров[25].

Юпитер как «неудавшаяся звезда»
Сравнительные размеры Юпитера и Земли

Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие изменения массы не повлекли бы за собой каких-нибудь значительных изменений радиуса. Однако если бы масса Юпитера превышала его реальную массу в четыре раза, плотность планеты возросла бы до такой степени, что под действием возросшей гравитации размеры планеты сильно уменьшились. Таким образом, по всей видимости, Юпитер имеет максимальный диаметр, который могла бы иметь планета с аналогичным строением и историей. С дальнейшим увеличением массы сжатие продолжалось бы до тех пор, пока в процессе формирования звезды Юпитер не стал бы коричневым карликом с массой, превосходящей его нынешнюю примерно в 50 раз[26][27]. Это даёт астрономам основания считать Юпитер «неудавшейся звездой», хотя неясно, схожи ли процессы формирования таких планет, как Юпитер, с теми, что приводят к формированию двойных звёздных систем. Хотя для того, чтобы стать звездой, Юпитеру потребовалось бы быть в 75 раз массивнее, самый маленький из известных красных карликов всего лишь на 30 % больше в диаметре[28][29].

Орбита и вращение

Великие противостояния Юпитера
с 1951 по 2070 год
ГодДатаРасстояние, а. е.
19512 октября3,94
19638 октября3,95
197513 октября3,95
198718 октября3,96
199923 октября3,96
201021 сентября3,95
202226 сентября3,95
20341 октября3,95
20466 октября3,95
205811 октября3,95
207016 октября3,95

При наблюдениях с Земли во время противостояния Юпитер может достигать видимой звёздной величины в −2,94m, это делает его третьим по яркости объектом на ночном небе после Луны и Венеры. При наибольшем удалении видимая величина падает до −1,61m. Расстояние между Юпитером и Землёй меняется в пределах от 588 до 967 млн км[30].

Противостояния Юпитера происходят с периодом раз в 13 месяцев. В 2010 году противостояние планеты-гиганта пришлось на 21 сентября. Раз в 12 лет происходят великие противостояния Юпитера, когда планета находится около перигелия своей орбиты. В этот период времени его угловой размер для наблюдателя с Земли достигает 50

wikiredia.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *