ЮПІТЕР (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ОРБІТА, РУХ, БУДОВА - АРТЕ - 2025

Юпітер - найбільша з планет Сонячної системи і одна з найяскравіших на нічному небі протягом року, саме тому його названо на честь царя римських богів. У римській міфології бог Юпітер є найбільшим із богів, рівнозначним богу Зевсу в грецькій міфології.

Спостерігаючи свою орбіту щодо Сонця, Юпітер є п’ятою планетою у Сонячній системі та має щонайменше 79 природних супутників. Його діаметр в 11 разів перевищує діаметр Землі, а після Сонця - це найбільший і найважчий об’єкт Сонячної системи.

Малюнок 1. Зображення Юпітера, зроблене космічним телескопом Хаббла, на якому можна спостерігати характерні смуги, велику червону пляму та полярну зору Джовіана. (джерело: NASA, ESA).

Людство спостерігало за Юпітером з давніх часів, але Галілео Галілей першим спостерігав планету за допомогою телескопа і виявив чотири його основні супутники в 1610 році.

Галілей спостерігав за характерними смугами Юпітера та чотирьох галілейських супутників, імена яких - Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. Висновки Галілея повністю змінили уявлення про місце Землі та людства у Всесвіті, оскільки вперше спостерігали небесні тіла, що обертаються навколо іншої зірки, яка не була нашою планетою.

Його спостереження підтримували кілька революційних ідей для свого часу: перше полягало в тому, що Земля не був центром Всесвіту, а друге, і не в останню чергу, що поза нею існували "інші світи", як Галілей називав супутники Юпітера.

Загальна характеристика Юпітера

Малюнок 2. Земля, порівняно з Юпітером, сильно вписується у Велику Червону пляму. (Джерело: NASA / JPL-CALTECH)

Розмір і маса

Юпітер - п’ята планета з урахуванням орбітального радіуса щодо Сонця. Четверта планета - Марс, але між ними є межа: пояс астероїда.

Планети з орбітою меншою, ніж у поясу астероїдів, є скелястими, тоді як планети з більшою орбітою - це газові або крижані гіганти. Юпітер - перший із них, а також той, що має найбільший об'єм і масу.

Маса Юпітера, еквівалентна 300 земних мас, настільки велика, що вдвічі більша за масу інших планет Сонячної системи. Що стосується його обсягу, то він еквівалент 1300 Землям.

Рухи

Юпітер крутиться навколо власної осі настільки швидко, що робить один повний оберт за 9 годин 50 хвилин. Це в 2,4 рази швидше, ніж швидкість обертання Землі, і жодна планета Сонячної системи не перевищує її.

Її орбітальний період, тобто час, необхідний для повного перевороту навколо Сонця, становить 12 років.

Спостереження

Незважаючи на те, що знаходиться в п’ять разів далі від Сонця, ніж наша планета, його великі розміри та характерні хмари змушують сонячне світло прекрасно відбиватися на його поверхні, саме тому вона є однією з найяскравіших зірок на нічному небі.

Коли його спостерігають за допомогою телескопа, помічаються лише його найвищі хмари, які мають деякі нерухомі ділянки та інші в русі, утворюючи візерунок смуг уздовж його екваторіальної лінії.

Найтемнішими смугами називають пояси та світліші ділянки. Вони відносно стійкі, хоча поступово змінюють форму і колір, обходячи планету в протилежних напрямках.

Білі хмари - результат надлишків, які охолоджуються, утворюючи кристали амонію. Потім ці течії згинаються набік, щоб спуститися знову, у більш темних поясах.

Червонуватого, жовтого і коричневого кольору

Різноманітність червонуватого, жовтуватого та коричневого кольорів, що спостерігається на Юпітері, є результатом різних молекул, наявних у хмарах Джовіана. Між смугами та поясами утворюються гігантські бурі та вихори, які можна розглядати як точки або як плями.

Ці бурі практично постійні, і серед них виділяється Велика Червона пляма, вперше спостерігана в 17 столітті Робертом Гуком, помітним сучасним фізиком і суперником Ісаака Ньютона.

Великій Червоній плямі принаймні 300 років, проте спостереження свідчать, що її колосальний розмір, більший за Землю, в останні десятиліття зменшувався.

Що стосується атмосфери Джовіана, то вона досить густа. Його глибина точно не відома, але вона оцінюється в сотні кілометрів.

Склад

Хімічний склад її атмосфери дуже схожий на зірку: 80% водню, 17% гелію та невеликі пропорції водяної пари, метану та аміаку.

Атмосферний тиск зростає з глибиною, настільки, що газ водню зріджується, утворюючи океан рідкого водню, при такому високому тиску, що він поводиться як метал. Це була б нижня межа атмосфери Джовіана.

Океан металевого рідкого водню Юпітера є більш гарячим, ніж поверхня Соня, на порядок 10000 ° C, і досить яскравий.

Цілком ймовірно, що Юпітер має дуже щільне ядро, яке складається з важких металевих елементів, але для підтвердження цієї заяви потрібно більше даних.

Підсумок фізичних характеристик Юпітера

-Маса: 1,9 × 10 ²⁷ кг

-Екваторіальний радіус : 71 492 км, що в 11 разів перевищує радіус Землі.

- Полярний радіус: 66854 км.

Форма: сплюснута на полюсах в коефіцієнт 0,065.

-Радіо по орбіті: 7,78 × 10 ⁸ км, що еквівалентно 5,2 АС

- Нахил осі обертання : 3º12 відносно орбітальної площини.

-Температура: -130ºC (хмари)

-Гравітація: 24,8 м / с ²

-Власне магнітне поле: Так, 428 мкТ на екваторі.

-Атмосфера: щільна атмосфера водню та гелію.

-Щільність: 1336 кг / м ³

-Сателіти: 79 відомо.

-Кільця: Так, тьмяні і складаються з пилу.

Будова Юпітера

Зовнішній шар Юпітера складається з хмар і товщиною 50 км. Під цим шаром хмар є ще один шар, переважно водень та гелій, товщиною 20000 км.

Перехід між газовою фазою і рідкою фазою поступовий, оскільки тиск зростає з глибиною.

Під цим рідким шаром і внаслідок надзвичайних тисків електрони атомів водню та гелію відриваються від своїх ядер і стають вільними електронами, що рухаються в морі рідкого металевого водню.

На більш глибокій глибині могло бути тверде ядро ​​в 1,5 рази більше діаметра Землі, але в 30 разів важче нашої планети. А оскільки це планета, що складається з газу і рідини, завдяки величезній швидкості обертання планета приймає сплюснуту форму на своїх полюсах.

Коли і як спостерігати за Юпітером

Юпітер виглядає яскраво-білим і легко помітний у сутінках. Не плутати з Венерою, яка теж дуже яскрава.

Телескоп погляд Юпітера

На перший погляд, Юпітер світить на нічному небі яскравіше, ніж Сіріус, найяскравіша зірка, і завжди близький до якогось зодіакального сузір'я, яке може змінюватися залежно від року, в середовищі 30 градусів.

Малюнок 3. Нічний погляд Юпітера та чотирьох галілейських супутників, малим телескопом. Джерело: @Asismet_IF.

З хорошим біноклем з фіксованим кріпленням або невеликим телескопом Юпітер постає як білий диск з гладкими смугами.

Чотири галілейські супутники легко помітні за допомогою невеликого телескопа: Ганімед, Іо, Європа та Каллісто. Положення супутників змінюються від дня до другого, а іноді видно лише три, оскільки деякі з них знаходяться позаду або перед планетою.

Існує кілька мобільних додатків, які дозволяють ідентифікувати та шукати на небі планети та зірки. Серед них Sky Maps виділяється однією з перших. Таким чином положення Юпітера знаходиться в будь-який момент.

Малюнок 4. Положення Юпітера та інших планет на небі, видно на Sky Maps 20.02.20 о 23:14 з Каракасу, Венесуела.

Перекладацький рух

Орбіта Юпітера еліптична і має фокус поза центром Сонця завдяки величезній масі. Щоб подорожувати ним зі швидкістю 13,07 км / с, потрібно 11,86 років.

Зараз завжди стверджується, що планети обертаються навколо центру Сонця, що досить точно майже для всіх, крім Юпітера.

Переклад Юпітера. Джерело: Тодд К. Тімберлейк, автор Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Це тому, що Юпітер настільки масивний, що центр гірації, центр маси або центр маси системи Сонце-Юпітер рухається у напрямку Юпітера, опинившись поза сонячним тілом.

Згідно з розрахунками, центр ваги системи Сонце-Юпітер у 1,07 рази перевищує сонячний радіус, тобто поза Сонцем.

Малюнок 5. Центр ваги системи Сонце-Юпітер знаходиться поза Сонцем. Орбіта Юпітера - це еліпс із одним із його вогнищ у центрі тяжкості. (Джерело: spaceplace.nasa.gov)

Перигелій - це найкоротша відстань між орбітою Юпітера та фокусом еліпса, розташованим в центрі тяжіння системи Сонце-Юпітер. Його вартість - 816,62 мільйона кілометрів.

Навпаки, афеліон - найбільша відстань між фокусом і орбітою, яка у випадку Юпітера становить 740,52 мільйонів кілометрів.

Ексцентриситет орбіти свідчить про те, наскільки вона далека від круглої форми. Орбіта Юпітера має ексцентриситет 0,048775 і обчислюється діленням відстані від центру еліпса до фокусу на довжину напівмагістральної осі еліпса.

Обертальний рух

Період обертання Юпітера навколо власної осі становить 9 годин 55 хвилин і 27,3 секунди. Вісь обертання має нахил 3,13º щодо осі обертання орбіти.

Будучи таким громіздким, Юпітер має найкоротший період обертання всіх планет Сонячної системи.

Супутники Юпітера

Планети-гіганти характеризуються тим, що мають велику кількість супутників або супутників. На сьогоднішній день підраховано 79 супутників Юпітера, але найбільшими та найвідомішими є чотири супутники, відкриті Галілео Галілеєм у 1610 році, які за порядком:

-ІО, це ⅓ діаметр Землі

-Європа, з ¼ земного діаметра

-Ганімеде, ⅖ діаметр Землі

-Каллісто, трохи менше ⅖ частини діаметра землі

Ці чотири супутники разом складають 99,99% маси всіх супутників та кілець Джовіана.

Між Юпітером та Галілейськими супутниками є чотири невеликі внутрішні супутники, виявлені порівняно недавно (1979 р.).

Назустріч зовнішності галілейських супутників знаходиться група регулярних супутників, загалом 10 плюс група ретроградних супутників, з яких шістдесят один відомий на сьогоднішній день (61).

У порядку орбітального радіусу визначено чотири групи супутників:

1. Внутрішні супутники (4) з орбітами від 128 000 до 222 000 км.
2. Галілейські супутники (4) на орбітах знаходяться в межах від 422 000 км для Іо до 1,883 000 км за Каллісто. Разом вони мають 99,99% маси всіх супутників Jovian.
3. Регулярні супутники (10) між 7 284 000 км до 18 928 000 км.
4. Ретроградні супутники (61) від 17 582 000 км до 28 575 000 км.

Юпітер також має кільця. Вони знаходяться на нижній орбіті, ніж супутники Галілея та між орбітами внутрішніх супутників. Вважається, що ці кільця виникли в результаті впливу якогось внутрішнього супутника метеороїдом.

Галілейські супутники

Малюнок 6. Юпітер і чотири галілейські супутники: Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. (Джерело: wikimedia commons).

Чотири галілейські супутники складають дуже цікаву групу, оскільки експерти вважають, що вони відповідають умовам можливої ​​колонізації в майбутньому.

Іо

Він має інтенсивну вулканічну активність, поверхня постійно оновлюється розплавленою лавою, що надходить із її внутрішніх приміщень.

Енергія нагріву Іо надходить в основному від інтенсивної сили припливу, що виробляється величезною силою Юпітера.

Європа

Це другий із галілейських супутників за порядком відстані, але шостий із супутників Юпітера. Його назва походить від грецької міфології, в якій Європа - коханець Зевса (Юпітер у римській міфології).

Він лише трохи менший, ніж Місяць, і має міцну кірку замерзлої води. У ньому не дуже щільна атмосфера кисню та інших газів. Його гладкою смугастою поверхнею є найгладша із зірок Сонячної системи, лише кілька кратерів.

Під льодовою корою Європи, як вважають, океан, рух якого, зумовлений припливними силами гігантського Юпітера, викликає тектонічну активність на крижаній поверхні супутника. Таким чином на його гладкій поверхні з’являються тріщини і канавки.

Багато експертів вважають, що в Європі є умови провести якесь життя.

Ганімед

Це найбільший супутник Сонячної системи, він має скелясту та крижану мантію із залізним сердечником. Її розмір трохи більший, ніж у планети Меркурій, майже у половину його маси.

Є дані, що під її поверхнею може існувати океан солоної води. ЄКА (Європейське космічне агентство) розглядає можливість його відвідування на 2030 рік.

Як звичайно в Сонячній системі, орбіта Ганімеда знаходиться в резонансі з орбітами Європи та Іо: коли Ганімед завершує одну революцію, Європа завершує дві, а Іо - чотири повних обороту.

Рисунок 7. Орбітальний резонанс галілейських супутників Юпітера. (Джерело: wikimedia commons)

Каллісто

Це четвертий супутник Галілея за розміром, практично рівним розміру Меркурія, але з третиною його ваги. Він не має орбітального резонансу з іншими супутниками, але він знаходиться в синхронному обертанні з Юпітером, завжди показуючи одне обличчя до планети.

Поверхня має рясні древні кратери і складається переважно з скелі та льоду. Ймовірно, він має внутрішній океан, товщиною не менше 100 кілометрів.

Немає доказів тектонічної активності, тому її кратери, ймовірно, були викликані метеоритними ударами. Його атмосфера тонка, складається з молекулярного кисню та вуглекислого газу, з досить інтенсивною іоносферою.

Склад

Юпітер має густу атмосферу, що складається, головним чином, з водню на 87%, а з гелієм - 13%. Інші гази, присутні в пропорціях менше 0,1%, - це сірководень, водяна пара та аміак.

Хмари планети містять кристали аміаку, і їх червонуватий колір, ймовірно, походить від молекул, які містять сірку або фосфор. Нижні, невидимі хмари містять гідросульфід амонію.

Через наявність гроз у глибших шарах, велика ймовірність, що ці шари містять хмари, складені з водяної пари.

Внутрішня структура

Усередині Юпітера водень та гелій перебувають у рідкій формі, завдяки високому тиску, спричиненому його величезною силою тяжіння та густою атмосферою.

На глибинах, більших за 15 000 кілометрів під поверхнею рідини, атоми водню настільки стиснуті, а їх ядра настільки близькі один до одного, що електрони відриваються від атомів і переходять у зону провідності, утворюючи рідкий металевий водень.

Фізичні моделі припускають, що глибше є скелясте ядро, що складається з важких атомів. Спочатку вони оцінювали ядро ​​у 7 маси Землі, але в останніх моделях розглядається ядро ​​масою від 14 до 18 мас Землі.

Важливо бути певним, чи існує таке ядро, тому що від відповіді залежить, чи є теорія планетного утворення планет правдивою.

У цій теорії планети утворюються з ядер твердих частинок, породжуючи більш великі важкі тверді предмети, які виступали б ядрами гравітаційної конденсації, які протягом мільйонів років утворювали б планети.

Магнітосфера Юпітера

Завдяки інтенсивному магнітному полю Юпітера планета має розгалужену магнітосферу, настільки, що якби вона не була невидимою, її можна було б побачити на земному небі розміром, подібним до Місяця.

Жодна планета Сонячної системи не перевершує Юпітера за інтенсивністю та масштабом магнітного поля.

Заряджені частинки від сонячного вітру потрапляють у лінії магнітного поля і обертаються навколо них, але мають рух або рух по лініях поля.

Коли магнітні лінії виникають з одного полюса і приєднуються до іншого, заряджені частинки набувають кінетичної енергії і зосереджуються на полюсах, іонізуючи і збуджуючи гази полярної атмосфери Юпітера, з подальшим випромінюванням світлового випромінювання.

Місії до Юпітера

З 1973 року Юпітер відвідує різні місії NASA, американського космічного агентства, відповідального за програми космічних досліджень.

Місії, такі як Піонер 10 та 11, Галілео та Кассіні вивчили супутники Юпітера. Попередні дані свідчать про те, що деякі з них мають сприятливі умови для життя, а також для встановлення баз з людиною.

Північноамериканське космічне агентство NASA та європейське космічне агентство ESA мають серед своїх планів нові місії на Юпітер, головним чином для того, щоб детальніше вивчити супутник Європи.

Піонер

Перший космічний зонд "Піонер 10" пролетів над Юпітером у грудні 1973 р. Того ж року, у квітні, був запущений зонд "Піонер 11", який вийшов на орбіту Джовіана у грудні 1974 року.

На цих місіях були зроблені перші крупні фотографії Юпітера та Галілейських супутників. Також було виміряно магнітне поле планети та радіаційний пояс.

Вояджер

Також розпочата в 1973 році, місії "Вояджер 1" і "Вояджер 2" знову відвідали царя планет Сонячної системи.

Дані, зібрані цими місіями, надавали надзвичайну та досі невідому інформацію про планету та її супутники. Наприклад, вперше було виявлено кільцеву систему Юпітера, а також відомо, що супутник Іо має інтенсивну вулканічну активність.

Галілей

Він був запущений у 1995 році для семирічної розвідки, але зонд мав серйозні проблеми з основною антеною. Незважаючи на це, він зміг надіслати цінну інформацію про супутники Юпітера.

Малюнок 9. Зонд Галілея навколо Юпітера. Джерело: Wikimedia Commons. jihemD / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/),

Місія виявила підземні океани в Європі та надала більше інформації про діючі вулкани Іо.

Галілей закінчився, коли дослідний зонд впав на Юпітер, щоб уникнути зіткнення та наслідків забруднення крижаної поверхні Європи.

Кассіні

У грудні 2000 року місія Кассіні / Гюйгенса, пов'язана з Сатурном, отримала дані, порівнянні за інтересами з місіями "Вояджер", але завдяки технологічним удосконаленням вони були набагато кращої якості.

Нові горизонти

На шляху до Плутона космічний зонд "Нові горизонти" відвідав планету Юпітер у 2007 році.

Юнона

Найсвіжішою з місій на Юпітер є космічний зонд Юнона, який вийшов на орбіту з планетою 5 липня 2016 року. Місією Юнони є вивчення атмосфери Джовіана, а також її магнітосфери та полярних зон.

Очікується, що ця місія надасть дані, необхідні для визначення, які моделі ядер сумісні з існуючими даними Юпітера, і таким чином порівняти з моделями, які стверджують, що такого ядра не існує.

Веселі факти про Юпітера

- Це найбільший в діаметрі чотири планети-гіганти: Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун.

-У обсягах, зайнятих Юпітером, поміщається 1300 планет розміром Землі.

-Юпітер має величезну масу, це в два з половиною рази більше, ніж сума мас семи планет, що залишилися в Сонячній системі.

-Вважається, що його тверде ядро ​​утворилося лише мільйон років після первинного диска газу і пилу, що породив Сонячну систему, 4,5 мільярда років тому.

-Юпітер - це планета Сонячної системи, яка має найкоротший день: період її обертання складає всього 9 годин 55 хвилин.

-Це найбільш радіоактивна планета Сонячної системи, крім сонячного світла, відбитого її атмосферою, вона також вносить своє власне випромінювання, головним чином в інфрачервоний діапазон.

-У Юпітера є найбільший супутник у Сонячній системі: Ганімед, радіус якого в 1,5 рази перевищує Місяць і в 0,4 рази перевищує радіус Землі.

-80% його атмосфери складається з водню, далі йде гелій, який сприяє 17%. Решта - це інші гази, такі як водяна пара, метан, аміак та етан.

-Хмари Юпітера складаються з кристалів амонію, які утворюють тонкий шар товщиною близько 50 км. Але сукупність її атмосфери складає близько 20000 км, є найбільш товстою з усіх планет Сонячної системи.

-Це планета, яка має найбільший і найдовший відомий антициклонічний вихор у Сонячній системі: Велика Червона пляма. Маючи понад 300 років свого існування, його розмір перевищує два діаметри Землі.

-У ньому надзвичайно щільне ядро ​​із заліза, нікелю та рідкого металевого водню.

-У ньому є інтенсивне магнітне поле, здатне виробляти постійні полярні полярні покрови.

-Це сонячна планета з найбільшим прискоренням сили тяжіння, яка оцінюється в 2,5 рази від сили тяжіння Землі на межі її атмосфери.

- Дуже недавні дослідження показують велику кількість води в екваторіальній зоні на основі аналізу даних космічної місії Юнона. У звіті NASA від 10 лютого 2020 року в журналі Nature Astronomy вказується, що 0,25% екваторіальної атмосфери планети складається з молекул води.

Список літератури

1. Астрофізика та фізика. Відновлено з: astrofisicayfisica.com
2. Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.
3. Космос. Найбільша планета нашої Сонячної системи. Відновлено з: space.com
4. Вікіпедія. Супутники Юпітера. Відновлено з: es.wikipedia.org.
5. Вікіпедія. Юпітер (планета). Відновлено з: es.wikipedia.org.
6. Вікіпедія. Юпітер (планета). Відновлено з: en.wikipedia.org.