Размещено на http://www.allbest.ru/

План

• 1. Знакомьтесь: Юпитер
• 2. Гигант Юпитер
• 3. Новые данные о Юпитере
• Литература

1. Знакомьтесь: Юпитер

Планетарные характеристики

Юпитер, тысячи лет назад названный в честь царя римских богов, господствует и среди девяти планет нашей Солнечной системы, соперничая с Солнцем в своем великолепии. Планета находится далеко за основным поясом астероидов.

Большая полуось орбиты Юпитера равна 5,2 а. е., (расстояние от Солнца). Период обращения по орбите - 11,867 лет. Средняя скорость движения по орбите 13,1 км/с.

Период вращения вокруг оси - 9 часов 55 минут. Каждая точка экватора движется со скоростью 45 тысяч километров в час. Так как ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбите, следовательно, на планете нет смен времен года.

Юпитер - это планета-гигант, которая содержит в себе более 2/3 массы всей нашей планетной системы. Масса Юпитера равна M=318 земным = 1,9*1027 кг. 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 всегда будет направлен на юг. Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности Юпитера составляет g=2,53 g.

Даже собрав 2/3 массы планет Солнечной системы, Юпитеру не хватило этого для того, чтобы в центре планеты начались термоядерные реакции: планета в 80 раз легче самой маленькой звезды главной последовательности. Однако Юпитер обладает собственным источником тепла, связанным с радиоактивным распадом вещества и энергией, высвобождающейся в результате сжатия. В тепловом режиме Юпитера большую роль играют потоки внутренней энергии из цетра планеты.

Атмосфера

Облачные ярусы: 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 наблюдения 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. Атмосфера Юпитера кроме водорода (81%) и небольшой доли гелия (18%) 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.

Следующий ярус облаков состоит из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония при температуре - 10° С. Водяной пар и кристаллы воды образуют более нижкий 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 впечатляют Большое Красное Пятно - колоссальный атмосферный вихрь. Неизвестно когда он возник, но в телескопы он наблюдается уже 300 лет.

Последние исследования показывают что, чем дальше планета от Солнца, тем менее турбулентная ее атмосфера, тем менее интенсивно происходит теплообмен между соседними областями и рассеивается меньше энергии. В атмосфере больших планет физические процессы таковы, что энергия из отдельных мелких областей переносится в более крупные и скапливается затем в глобальные воздушные структуры - зональные потоки. Эти потоки и являются поясами облаков, которые можно разглядеть даже в небольшой телескоп. Соседние потоки движутся в противоположных направлениях. Их цвет может слегка отличаться в зависимости от химического состава. Цветные облака находятся в самых высоких слоях Юпитера (их глубина составляет около 0,1-0,3% радиуса планеты). Происхождение их окраски остается тайной, хотя, по-видимому, можно утверждать, что она связана со следовыми составляющими атмосферы и свидетельствует о происходящих в ней сложных химических процессах. На основе исследования в конце 2000 г зондом Cassini выяснено, что светлые полосы и Большое Красное Пятно (гигантский шторм с размером большой оси около 35 тыс. км, а малой оси - 14 тыс. км) связаны с нисходящими потоками (вертикальная циркуляция атмосферных масс); облака здесь выше, а температура ниже, чем в остальных областях. Цвет облаков коррелирует с высотой: синие структуры - самые верхние, под ними лежат коричневые, затем белые. Красные структуры - самые низкие. Красноватый оттенок планеты приписывают главным образом присутствию в атмосфере красного фосфора и, возможно, органике, возникающей благодаря электрическим разрядам. В области, где давление порядка 100 КПа, температура составляет около 160 К. В атмосфере Юпитера замечены грозы. Температура верхних облаков составляет - 130°С. Юпитер выделяет на 60% больше энергии, чем получает от Солнца. Атмосфера отражает 45% падающего солнечного света. Установлено также наличие ионосферы, протяженность которой по высоте - порядка 3000 км.

Большое Красное Пятно: Поверхность Юпитера нельзя наблюдать непосредственно из-за плотного слоя облаков, представляющих собой картину чередующихся темных полос и ярких зон. Различия в цвете полос объясняются небольшими химическими и температурными различиями. Положения и размеры полос и зон постепенно изменяются со временем. Яркие цвета, которые видны в облаках Юпитера, вероятно, результат искусных химических реакций примесей элементов в его атмосфере, возможно, включающих серу, чьи соединения создают широкое разнообразие цветов. Темные полосы и светлые зоны облачной структуры Юпитера, скорость которых иногда достигает 500 км/час, и самим существованием, и своей формой обязаны ураганным ветрам, опоясывающим планету в меридиональном направлении. На Земле ветры создаются большим различием в температуре - более чем в 40° Цельсия между полюсом и экватором. А вот и полюс, и экватор Юпитера имеют примерно одну и ту же температуру (-130°С), по крайней мере, у основания облаков. Очевидно, ветры Юпитера управляются главным образом его внутренним теплом, а не солнечным, как на 3емле.

В целом же химический состав атмосферы всей планеты существенно не отличается от солнечного и имеет сходство с небольшой звездой.

Большое Красное Пятно - овал размером 14 000 х 35 000 км (то есть два земных диска). Вещество в Большом Красном Пятне перемещается против часовой стрелки, делая полный оборот за 7 земных суток. Пятно смещается относительно среднего положения то в одну, то в другую сторону. Исследования показывают, что 100 лет назад его размеры были вдвое больше. В 1938 году было зафиксировано формирование и развитие трех больших белых овалов вблизи 30° южной широты. Наблюдатели также отмечали серию маленьких белых овалов, которые также представляют собой вихри. Поэтому можно полагать, что Красное Пятно является не уникальным образованием, но самым мощным членом из семейства штормов. Исторические записи не обнаруживают подобных долго существующих систем в средних северных широтах. Имеются большие темные овалы вблизи 15° северной широты, но почему-то условия, необходимые для возникновения вихрей и последующего их превращения в устойчивые системы, подобные Красному Пятну, существуют только в Южном полушарии.

Иногда на Юпитере происходят столкновения таких больших циклонических систем. Одно из них имело место в 1975 году, в результате чего красный цвет Пятна поблек на несколько лет. в 2002 произошло аналогичное столкновение Большого Красного Пятна и Большого Белого Овала. Белый Овал является частью пояса облаков, с периодом обращения меньшим, чем у Большого Красного Пятна. Овал начал тормозиться Большим Красным Пятном в конце февраля 2002 года, и столкновение продолжалось целый месяц. Красный цвет Большого Красного Пятна - загадка для ученых, возможной причиной его могут служить химикалии, включающие фосфор. Фактически цвета и механизмы, создающие вид всей юпитерианской атмосферы, до сих пор еще плохо поняты и могут быть объяснены только при прямых измерениях ее параметров.

Состав: Верхний облачный слой имеет толщину около 50 км. В этой области давление в атмосфере сравнимо с таковым на Земле, но оно быстро растет с глубиной. Под облаками находится слой толщиной примерно 21000 км, состоящий из смеси водорода и гелия, водород постепенно изменяет свое состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С). Под жидким водородным слоем находится море жидкого металлического водорода глубиной 40 000 км. Неизвестный на Земле жидкий металлический водород формируется при давлениие 3 млн. атмосфер. Состоящий из протонов и электронов, он является прекрасным проводником электричества. Последние эксперименты показали, что водород не изменяет свою фазу внезапно, следовательно, внутренности Юпитера не имеют четких границ между слоями. Ученые полагают, что Юпитер имеет твердое ядро размером в полтора диаметра Земли, но в 10-30 раз более плотное. Если даже на Юпитере и имеется твердая поверхность, то стоять на ней нельзя без опасения быть раздавленным весом выше лежащей атмосферы. По теоретическим расчетам, температура ядра планеты около 30 000°С, а давление 30-100 млн. атмосфер. Такие условия недостаточны для термоядерных реакций, но Юпитер излучает в пространство примерно в 2 раза больше энергии, чем получает ее от Солнца. Наиболее вероятно, что избыточное тепловое излучение планеты является результатам гравитационного сжатия планеты, которое продолжается и сейчас. Тепло перемещается через толщу атмосферы и просачивается наружу через свободные от облаков области, которые соответственно названы "горячими пятнами". Юпитер быстро вращается вокруг собственной оси (в 2,5 раза быстрее, чем Земля), и действие огромной центробежной силы привело к тому, что планета заметно расплющилась. Полярный радиус Юпитера на 4400 км меньше экваториального. Как и на Солнце, скорость его вращения на экваторе имеет максималь-ное значение и уменьшается с увеличением широты. Причина такого различия остается неясной до сих пор.

Океан Юпитера

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 году 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 действий 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 Юпитера

Ядро планеты: 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" 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. Теплота в ядре Юпитера генерируется механизмом Кельвина - Гельмгольца, за счет медленного гравитационного сжатия планеты. Юпитер не производит энергию ядерным синтезом, как Солнце; он слишком мал, и его внутренняя температура слишком холодна для того, чтобы запустить ядерные реакции. Эта внутренняя теплота, возможно, вызывает конвекцию глубоко в жидких слоях Юпитера, вследствии чего мы наблюдаем сложные движения в верхних слоях облаков.

2. Гигант Юпитер

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 разряд 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 около 30 км толщиной и очень разреженное - оно отражает лишь несколько тысячных долей процента падающего света. Более слабые пылевые структуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и 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.

На Рис.1 - Схематическое изображение кольцевой системы Юпитера показывает соотношение между различными кольцами и его мелкими внутренними спутниками, которые являются источником пыли, формирующей кольца. Самое внушительное кольцо, показанное серым оттенком, - это гало. Тонкое узкое основное кольцо показано красным цветом, на его границе расположены спутники Адрастея и Метис. Кольцо состоит из частиц, выбиваемых из этих двух спутников. Феб и Амальтея более удалены от Юпитера и формируют тонкие паутинообразные кольца, которые обозначены желтым и зеленым цветами.

Рис.1 - Кольца планеты Юпитер.

Магнитосфера Юпитера

Магитосфера: Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции с величиной самой планеты - оно простирается на 650 миллионое километров (за орбиту Сатурна!). Если магнитосфера его была бы видна, она бы с Земли имела угловой размер, равный размеру Луны. Магнитное поле Юпитера значительно более сильное, чем земное, но в направлении Солнца оно почти в 40 раз меньше. Форма магнитосферы Юпитера, как и других планет, далека от сферической. Компас на Юпитере укажет юг, а не север, как это было бы на Земле, так как магнитное поле Юпитера имеет противоположное направление по сравнению с земным. Магнитосфера Юпитера, формируемая солнечным ветром, выглядит в виде слезы. Электроны и протоны высоких энергий, захваченные магнитным полем Юпитера, образуют радиационные пояса, похожие на земные, но сильно превышающие их по размеру.

Радиоизлучение Юпитера, обнаруженное в 1955 г, послужило первым признаком наличия у него сильного магнитного поля, которое в 4000 раз сильнее земного. Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит дипольный момент Земли, но так как напряженность магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряженность у поверхности Юпитера выше, по сравнению с Землей, только в 5-6 раз. Магнитная ось наклонена к оси вращения на (10,2 ± 0,6)°. Дипольная структура магнитного поля доминирует до расстояний порядка 15 радиусов планеты. Юпитер обладает обширной магнитосферой, которая подобна земной, но увеличена примерно в 100 раз. Закручивание электронов вокруг силовых линий порождает радиоизлучение, причем задержанные около планеты электроны дают синхротронное излучение в диапазоне дециметровых волн. Декаметровое излучение, наблюдаемое только от некоторых областей планеты, связано с взаимодействием ионосферы Юпитера со спутником Ио, орбита которого проходит внутри огромного плазменного тора. Это взаимодействие порождает также полярные сияния. Обнаруженное "Вояджерами" излучение в километровых длинах волн возникает в высоких широтах планеты и в плазменном торе. Наблюдая 18 декабря 2000 года в течение 10 часов, удалось обнаружить пульсирующий источник рентгеновского излучения в полярных районах верхних слоев атмосферы Юпитера с помощью оборудования орбитального телескопа "Chandra". Вспыхивает наподобие маяка каждый 45 минут.

Никакие из существующих ныне теорий не могут объяснить ни природу возникновения излучения, ни его пульсирующий характер.

Радиационные пояса: Эти два изображения показывают радиационные пояса Юпитера в течение 10 часов. Они контролируются магнитным полем планеты, поэтому изменяются при ее вращении. Изображение планеты дано для того, чтобы показать относительный размер этих поясов. При облете Юпитера основная антенна "Кассини" была все время направлена в сторону планеты, что позволило записать данные об интенсивности радиоизлучения в полосе, охватывающей почти четверть оборота Юпитера. Впервые был записан спектр высокоэнергетичных электронов в окружающем пространстве Юпитера. Оказалось, что плотность этих электронов меньше, чем предполагалось ранее, а это означает, что гораздо больше электронов, чем ожидалось, обладают меньшей энергией, а именно они и представляют основную опасность для электронного оборудования космических аппаратов. Результаты наблюдений показали, что район Юпитера представляет зону самого жесткого радиационного окружения во всей Солнечной системе, а максимально жесткое излучение наблюдается на расстоянии до 300 тыс. км от его поверхности.

Полярные сияния

Наблюдения космического телескопа "Хаббл" показали, что оно имеет ту же природу, что и земное: быстрые электроны, дрейфующие в магнитосфере планеты вдоль силовых линий между полюсами, попадают у полюсов в верхние слои атмосферы и вызывают свечение газа.

Полярное сияние Юпитера интенсивнее всего проявляется в ультрафиолетовом диапазоне, поскольку основные спектральные линии водорода, доминирующего в атмосфере Юпитера, лежат в жестком ультрафиолете.

Свой вклад в исследование Юпитера внесла и орбитальная обсерватория "Чандра", получившая изображение планеты в рентгеновских лучах. На нем впервые были обнаружены рентгеновские пятна и полярное рентгеновское излучение. Данные обсерватории "Чандра" также показывают, что рентгеновское излучение пятна таинственным образом пульсирует с периодом около 45 минут.

На недавно опубликованной фотографии с Космического телескопа имени Хаббла, сделанной в ультрафиолетовых лучах, полярные сияния выглядят как кольцеобразные пояса вокруг полюсов планеты. Полярные сияния на Юпитере отличаются от земных наличием ряда ярких полос и пятен, порождаемых трубками магнитного поля, что соединяют Юпитер с его крупнейшими спутниками. В данном конкретном случае яркая черточка у самого левого края и два ярких пятнышка - одно чуть пониже центра и другое справа от него - представляют собой ни что иное как следы Ио, Ганимеда и Европы, соответственно. Следует заметиь, что снята дневная сторона Юпитера (с Земли можно снять тольку узкую ночную полоску) и в ультрафиолете сияние ярче отраженных солнечных лучей.

Комета Шумейкер-Леви 9

В 1993 году около Юпитера была открыта необычная цепочка кусочков кометы, которая распалась под действием гравитационных сил планеты - гиганта. Было просчитано что они вскоре столкнутся с Юпитером и ученые стали с нетерпением ожидать этого невероятного события (ведь раньше ни кто подобного не наблюдал). И вот в июле 1994 года куски кометы Шумейкера-Леви 9, известной также под названием "нить жемчуга", столкнулись с Юпитером. Что происходит, когда комета сталкивается с планетой? Если планета имеет каменную поверхность, то на ней образуется огромный ударный кратер. Однако планеты типа Юпитера не имеют твердой поверхности, а состоят преимущественно из газа. Когда комета Шумейкера-Леви-9 сталкивалась с Юпитером в 1994 году, каждый кусочек кометы поглощался обширной атмосферой Юпитера. На картинке изображена последовательность снимков, на которых показано столкновение с Юпитером двух фрагментов кометы. По мере того, как фрагменты погружались в атмосферу, образовывались темные следы, которые постепенно исчезали. Под верхними облаками Юпитера находится газ с высокой температурой, поэтому фрагменты кометы быстро расплавлялись, не успев нырнуть глубоко в атмосферу Юпитера. Так как Юпитер намного массивнее любой кометы, орбита этой планеты вокруг Солнца не может заметно измениться от такого соударения.

Редчайшее астрономическое явление - столкновение кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером - вызвало необычайный интерес широкой общественности в связи с разнообразием проблем, связанных с этим явлением. Традиционные научные проблемы - это, во-первых, новое о самой комете, например о химическом составе ее ядра, особенностях пылевой компоненты, вспышечной активности и т.д.; во-вторых, это уникальная возможность прямого изучения химического состава поверхностных слоев Юпитера. Здесь были получены неожиданные результаты: наблюдатели зарегистрировали сильное излучение линий металлов, которых никак не предполагалось найти в поверхностных слоях Юпитера в таком количестве; также было обнаружено значительное количество серы как в виде самой молекулы S2, так и в виде других серосодержащих молекул. Третья научная проблема - это исследование эффектов, связанных непосредственно со взрывами при падении осколков на Юпитер. К ним относятся энерговыделение самих взрывов, распространение ударных волн, а также исследование фотохимических реакций, протекающих в процессе взрыва и распространения ударной волны. Ученые зарегистрировали многократное превышение концентрации ряда веществ в местах падения осколков кометы по сравнению с тем, что ожидалось найти в поверхностных слоях Юпитера, например серы, окиси углерода СО, а также молекул CS2 и CS. В каждом месте падения самых крупных кометных осколков ученые обнаружили 100 млн т окиси углерода, 3 млн т сульфида углерода CS2 и 300 тыс т моносульфида углерода CS, что во много тысяч раз больше нормального содержания этих веществ.

3. Новые данные о Юпитере

Полярный вихрь

Наблюдения двух телескопов NASA показали, что Юпитер имеет арктический полярный вихрь, наподобие того, что существует на Земле в Антарктиде и, возможно, ответственен за истощение озонового слоя в стратосфере. Изображение представляет северный полярный район, снятый КТ Хаббл, справа, и инфракрасным телескопом, слева. Видна неправильная шестиугольная фигура, выдающаяся из тропосферы в стратосферу. Резкий перепад температур, по сравнению с окружающими воздушными массами, создают восточные ветра, которые сохраняют полярную атмосферу, включая стратосферную дымку, изолируя их от остальной атмосферы. Прямые борозды на композициях появились в результате создания изображений и являются артефактом. Область около полюса отсутствует из-за близкого расположения к краю диска планеты на оригинальных снимках.

Снимок справа получен с помощью планетной камеры широкого обзора, установленной на КТ Хаббл, на волне 890 нм, что позволяет увидеть стратосферную дымку. Резкая граница и волнообразные структуры дымки позволяют сравнить их с земной стратосферной облачной шапкой. Снимки Юпитера в тепловом спектре усугубили ситуацию. Композиция слева, к примеру, сделана в инфракрасном спектре на волне в 17 мкм. Здесь представлены полярные воздушные массы, которые на 5-6°С холоднее, чем окружающие прямо по границе стратосферной дымки. Подобные наблюдения на других инфракрасных волнах показывают, что холодные массы выдаются на высоту почти до середины стратосферы и вниз до вершины тропосферы. Эти снимки были получены с 11 по 13 августа 1999 года, в момент, когда северный полюс Юпитера был хорошо виден с Земли. Некоторые термальные снимки были получены с июня по октябрь 1999 года. Они выявили, что квази-шестиугольная фигура вращается медленно в восточном направлении, со скоростью около 1.2° по широте в день, что совпадает со средней скоростью ветров, измеренной по движению видимых облаков. Ученые, изучающие земную атмосферу, заинтересовались этими результатами, так как юпитерианская атмосфера является природной лабораторией, в которой модель полярного вихря может изучаться в особых условиях. Например, без учета особенностей топографии поверхности. Важным является понимание того, насколько глубоко вглубь тропосферы Юпитера расширяется эта аномалия. Ответ может дать космическая миссия, которая сможет непосредственно исследовать этот район.

Солнечный ветер

С самого начала исследовательской работы при сближении с Юпитером на "Новых Горизонтах" стал работать инструмент SWAP (Solar Wind Around Pluto), который собирал информацию о взаимодействии солнечного ветра с мощным магнитным полем, окружающим Юпитер и защищающим его от действия мощного потока солнечных частиц. С расстояния 0,4 а. е. от Юпитера SWAP наблюдал за огромной структурой сжатого, плотного, сильно ионизированного газа, которая называется вращающейся взаимодействующей областью, и сформирована из солнечного ветра. Подобные структуры образуются из-за потоков солнечного ветра, которые движутся с разными скоростями и в разных направлениях, в зависимости от вращения Солнца. Быстрые потоки догоняют более медленные и не могут их преодолеть, сжимая более медленные слои и образуя вращающиеся взаимодействующие области. В них образуется высокое давление и плотность частиц. Области расширяются, создавая в итоге нарушения и разрывы в общем потоке солнечного ветра, который рассеивается из областей высокого давления. Такие структуры солнечного ветра сталкиваются с магнитосферами планет и, возможно, оказывают основное влияние на их характеристики. Так как у Юпитера самая большая магнитосфера во всей Солнечной системе, то эффект от влияния солнечного ветра должен быть значительным в пример другим планетам.

Изучение этого влияния и взаимодействия также должно пролить свет на механизм полярных сияний на Юпитере, имеет ли он внешний источник, такой как солнечный ветер, либо внутренний, такой как вращение планет. До сих пор среди ученых нет единого мнения на этот счет, так как трудно пока говорить с уверенностью о том, как зависит то, что мы видим на Юпитере от солнечного ветра. В случае с Землей, мы можем конкретно исследовать влияние солнечного потока "по течению", наблюдая за сияниями. Но запланированное сближение с Юпитером должно изменить этот взгляд. На рисунке показана цветная спектрограмма, полученная по данным SWAP, на расстоянии 4.9 а. е. от Солнца и в 0.4 а. е. (или в 60 млн. км) от Юпитера. "Новые Горизонты" проходили через плотную межпланетную среду в период с 11 по 14 января, что отразилось на графике как скачок в скорости солнечного ветра. Скорость ветра сразу за последним "ударной" плотностью составляла около 600 км/с. Медленно уменьшающееся значение скорости после второго образования - это область разрежения, которая возникает, когда более быстрый поток солнечного ветра впереди удаляется от "ударной" области с большей скоростью. В остальном, SWAP определил довольно четкий контур потока.

Радиоизлучение Юпитера

Юпитер является одним из первых изучаемых земными радиотелескопами объектов, также является одним из "ярчайших" источников радиоволн на небосводе. Ранние данные показали, что у Юпитера есть мощное магнитное поле, а также что Ио значительно на него влияет. Исследования космических станций и земных обсерваторий значительно расширили наши знания в этой области. Радиоизлучение позволяет удалённо изучать плазму. Представленные диаграммы являются графиками частоты-времени, которые показывают зависимость интенсивности излучения от частоты и от времени. Цвет внедрён для передачи интенсивности, где красный - высокая интенсивность, синий - слабая.

На этой диаграмме представлено огромное количество разнообразных типов излучения системы Юпитера. У каждого из них есть своя аббревиатура. ДМИ - дециметровое излучение (DAM, decametric radiation). Галилео обследовал только низкочастотную часть этого излучения. Он воспринимает только 40 МГц участок, но этот предел чувствительности позволил радиоастрономам с удивительной точностью определить силу внутреннего магнитного поля гиганта. СМИ - излучение с длиной волны в сотни метров (HOM, hectometric radiation). Этот тип радиоэмиссии также связан с Юпитером, и вызван вспышками и сияниями. Источник широкополосного километрового излучения (bKOM, broadband kilometric radiation) ещё до конца не определён. Они могут идти из полярных широт гиганта, а также со стороны тора Ио. Убегающее продолжительное излучение (escaping continuum) - это низкочастотная радиоэмиссия, которая генерируется далеко от поверхности, но в пределах магнитосферы. Захваченное излучение (trapping continuum) имеет частоту меньшую, чем окружающий солнечный ветер, который и мешает ему распространятся, что не даёт этому типу излучения покидать магнитосферу.

Глобальные изменения

юпитер планета комета

У самой массивной планеты Солнечной системы продолжают происходить драматические изменения в атмосфере, которые были зафиксированы острым взглядом Космического телескопа Хаббл. Турбулентные облака Юпитера постоянно изменяются из-за возмущений в атмосфере, во время своего плавания вокруг планеты на огромных скоростях до сотен километров в час. Но на этих снимках можно заметить очень быструю трансформацию формы и цвета облаков около экватора, на фоне всего остального полушария. Планета окружена желтыми, коричневыми и белыми лентами. Они отличаются направлениями потоков относительно вращения, а также высотами облаков. Светлые области, где облака выступают выше, называются зонами. Темные регионы, с низкими облаками, называются поясами. Когда эти объекты взаимодействуют, рождаются штормы и турбулентные области. Между 25 марта и 5 июня 2007 года Хаббл заметил изменение цвета облаков. Зоны потемнели и превратились в пояса, а пояса трансформировались в светлые зоны. Облака быстро изменились в форме и размере.

Снимок слева демонстрирует тонкую полосу белых облаков над экватором Юпитера. Белые оттенки говорят о высоких облаках в юпитерианской атмосфере. На снимке справа видно, что белый цвет облаков поменялся на коричневый. Это говорит об их низкой позиции в атмосфере планеты. Видимо весь пояс слился с тем, который находится ниже. В такой же линии над экватором, небольшие вихри на левом изображении трансформировались в большую волнистую структуру, которую можно увидеть на правом снимке. Доминирующий пояс похож на змею. Такая форма похожа на украшение общей поверхности, а ученым позволяет взглянуть глубже в атмосферу гиганта. Под экватором коричневые фигуры, похожие на акульи плавники, перевернутые вверх ногами, можно заметить на правом снимке. Они появились на месте других облаков, форма которых больше напоминала язык. Под ними видны белые вихревые структуры. Такие глобальные перевороты и ранее замечались, но не с таким разрешением Хаббла. Астрономы использовали земные обсерватории, чтобы обнаружить подобные изменения в 1980-х. Другие мощные трансформации были замечены в начале 1990-х, после запуска Хаббла в космическое пространство. Но тогда он не имел подобного разрешения.

Взгляд КА "Кассини"

Аппарат Кассини, который находится на орбите Сатурна с 2004 года, также произвел съемку гиганта из внешних границ Солнечной Системы. Красновато-коричневые, белые и коричневые линии облаков Юпитера хорошо видны на этом снимке с орбиты Сатурна. Камера Кассини специально рассчитана на то, чтобы снимать близкие объекты в системе Сатурна, но это изображение говорит о том, что камеру можно использовать и как телескоп. Юпитер здесь находится на расстоянии более, чем в 11 раз превышающим расстояние от Земли до Солнца, или немного более, чем расстояние от Земли до Сатурна. Изображение получено через красный, зеленый и синий спектральные фильтры, а затем скомбинировано для получения натуральных цветовых оттенков.

Снимок был сделан 8 февраля 2007 года, в преддверии гравитационного маневра "Новых Горизонтов" около Юпитера, с помощью узкоугольной камеры Кассини, с расстояния 1.8 млрд. км от Юпитера, в фазе 50° на направлении Солнце-Юпитер-Кассини. Разрешение здесь составляет 10,000 км на элемент.

Контраст увеличен искусственно в два с половиной раза, для того чтобы можно было четко различать облачные структуры гиганта.

Еще одно подтверждение того, насколько мощная камера стоит на вооружении Кассини. После съемки Земли с окрестностей орбиты Нептуна Вояджером 2, никакой аппарат больше не производил съемку нашей планеты из внешней Солнечной Системы. На снимке Кассини видна слабая голубая сфера, с маленьким выступом, подразумевающим Луну. Портрет Земли в естественных цветах стал доступен, так как Солнце находилось как раз за Сатурном. Производить съемку планеты, на которой был построен сам Кассини тяжело, так как с орбиты Сатурна Земля находится на очень близком угловом расстоянии от Солнца, которое будет засвечивать изображения. На общем снимке система Земля-Луна видна, как голубоватая точка чуть выше и правее центра. Кассини в этот момент смотрел на Атлантический океан и западное побережье северной Африки. Фаза съемки с Землей составляет 30°. На увеличенной врезке снимок, полученный через монохромный фильтр.

На нем Луна видна как туманный выступ в верхней левой части Земли. Из внешней Солнечной Системы через камеру Кассини наша огромная Земля, со всеми знаниями и опытом, накопленными человеком, выглядит всего лишь в несколько пикселей в диаметре.

Литература

1. http://galspace. spb.ru/index46.html

2. www.astrogalaxy.ru/053.html

3. www.shvedun.ru/jupiter. htm

4. elite-home. narod.ru/jupiter. htm

Размещено на Allbest.ru