Юпитер

Юпитер
Планета
Фотография Юпитера, сделанная 27 июня 2019 года с телескопа «Хаббл»
Орбитальные характеристики
Перигелий	7,405736⋅108 км (4,950429 а.е.)
Афелий	8,165208⋅108 км (5,458104 а.е.)
Большая полуось (a)	7,785472⋅108 км (5,204267 а.е.)
Эксцентриситет орбиты (e)	0,048775
Сидерический период обращения	4332,589 дня (11,8618 года)
Синодический период обращения	398,88 дня
Орбитальная скорость (v)	13,07 км/с (средн.)
Наклонение (i)	1,304° (относительно эклиптики) 6,09° (относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла (Ω)	100,55615°
Аргумент перицентра (ω)	275,066°
Спутники	95
Физические характеристики
Полярное сжатие	0,06487
Экваториальный радиус	71 492 ± 4 км
Полярный радиус	66 854 ± 10 км
Средний радиус	69 911 ± 6 км
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)	1326 кг/м³
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
Экваториальная скорость вращения	12,6 км/с или 45 300 км/ч
Период вращения (T)	9,925 часа
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) 0,52 (геом. альбедо)
Видимая звёздная величина	от −1,61 до −2,94
Абсолютная звёздная величина	−9,4
Угловой диаметр	29,8″—50,1″
Атмосфера
Атмосферное давление	20—220 кПа
Шкала высоты	27 км
Состав: 89,8±2,0 % Водород (H2) 10,2±2,0 % Гелий (He) ~0,3 % Метан (CH4) ~0,026 % Аммоний (NH4+) ~0,003 % Дейтерид водорода (HD) 0,0006 % Этан (CH3−CH3) 0,0004 % Вода (H2O) Льды: Аммоний Вода Гидросульфид аммония (NH4SH)

Юпи́тер — пятая планета по удалённости от Солнца и самая большая (с большим отрывом) в Солнечной системе. Наряду с Сатурном Юпитер классифицируется как газовый гигант. Если смотреть с Земли, Юпитер имеет звездную величину −2,94, что делает его самым ярким объектом на ночном небе после Луны и Венеры. Масса Юпитера в 2,47 раза превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых, в 317,8 раз — массу Земли.

Основную часть его общей массы планеты составляет водород, четверть его массы состоит из гелия. Наличие скального ядра, состоящего из тяжелых элементов, не подтверждено, но возможно, что оно существует. Быстрое вращение планеты вокруг своей оси придает ей форму сплющенного сфероида. Внешняя атмосфера зримо делится на разные пояса в зависимости от широты и их удаленности от экватора, а в переходных областях между поясами постоянно образуются циклоны и бури. Одним из таких штормов является Большое красное пятно, огромный ураган, существование которого было зафиксировано ещё при первых наблюдениях за планетой в XVII веке.

Планета имеет почти незаметное кольцо пылевых частиц, а также чрезвычайно мощную магнитосферу. Зарегистрировано 92 спутника Юпитера, самые большие из них Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, Ганимед, имеет больший диаметр, чем Меркурий.

Юпитер известен человечеству с древних времен. Название, принятое современной астрономией, происходит из римской мифологии.

Юпитер изучался с помощью нескольких беспилотных космических аппаратов, а некоторые из его крупных спутников, такие как Европа, представляют интерес для астрономов, поскольку считается, что под их поверхностью теоретически может существовать жизнь.

Физические характеристики

Юпитер не вращается как тверёдое тело. Относительно нулевого меридиана Юпитера экваториальная зона совершает полный оборот в среднем каждые 9 часов 50 минут и 30,003 секунды (по определению, средняя скорость вращения составляет 877,90°/день), также известная как Система I. Система II включает все широты без Системы I. Все объекты на поверхности планеты в этих регионах (включая Большое красное пятно) совершают один оборот в среднем каждые 9 часов 55 минут и 40,632 секунды (по определению 870,27 ° / день).

Атмосфера Юпитера состоит примерно из 86 % водорода и 14 % гелия по числу атомов или 75 % водорода, 24 % гелия и 1 % других примесей по массе. Атмосфера содержит следы метана, водяного пара, аммиака и горных пород, а также следовые количества углерода, этана, сероводорода, неона, кислорода, фосфина и серы. Самый внешний слой атмосферы содержит замороженные кристаллы аммиака.

Содержание атмосферы очень близко к первичной солнечной туманности. Для верхних слоев атмосферы Юпитера характерно дифференциальное вращение — эффект, впервые замеченный Джованни Кассини в 1690 году. Полное вращение атмосферы в полярных зонах примерно на 5 минут больше, чем в экваториальных зонах. Также облачные пояса Юпитера на разных высотах движутся в разных направлениях в зависимости от господствующих ветров. Взаимодействия между этими циркуляционными поясами вызывают бури и турбулентность различного типа, скорость ветра достигает 600 км/ч. Большое красное пятно — особенно сильный шторм. Единственный космический аппарат, непосредственно изучавший атмосферу Юпитера, — это посадочный модуль «Галилео».

Согласно последним учёным воззрениям Юпитер имеет относительно небольшое каменистое ядро, окруженное слоями (изнутри наружу) металлического водорода, жидкого водорода и газообразного водорода. Переходы между слоями плавные. Однако внешние слои планеты изучены крайне слабо, и относительно их структуры существует большое количество неопределённостей. Ядро принято считать каменистым, но подробные сведения о его составе пока неизвестны, равно как и свойства вещества при огромных температуре и давлении на этих глубинах. Существование твёрдого ядра было предложено в 1997 году после того, как гравитационные измерения показали, что его масса в 12-45 раз превышает массу Земли, и составляет около 3-15 % от общей массы Юпитера.

Центр планеты окружен огромным объёмом насыщенного металлического водорода, занимающего около 78 % радиуса Юпитера. Подобно дождю, капли гелия и неона оседают через этот слой, тем самым уменьшая содержание этих элементов в верхних слоях атмосферы. Над этим слоем металлического водорода находится прозрачная внутренняя атмосфера водорода как в жидком, так и в газообразном состоянии. Газовая часть простирается на глубину около 1000 км ниже облачного слоя. Вместо четкой границы между этими различными состояниями водорода, скорее всего, присутствует плавный переход от газа к жидкости с увеличением глубины. Температура и давление Юпитера неуклонно растут с увеличением глубины. В области переходной стадии между нормальным и металлическим водородом считается, что температура составляет 10 000 К, а давление — 200 ГПа. Расчетная температура в центре планеты составляет 36 000 К, а внутреннее давление составляет около 3 000-4 500 ГПа.

У Юпитера есть слабые кольца, состоящие из частиц пыли, выброшенных на орбиту в результате столкновения метеоритов с его спутниками. Кольца разделены на 4 основных компонента: тонкий внутренний слой, известный как «ореол», относительно яркое и чрезвычайно тонкое «главное кольцо» и два широких и толстых внешних «газовых кольца». Главное кольцо и «гало» состоят из пыли, выброшенной в результате скоростных столкновений метеоритов со спутниками Метидой, Адрастеей и другими небесными телами. Изображения колец с высоким разрешением, полученные аппаратом «Новые Горизонты» в феврале и марте 2007 года, раскрывают дополнительную информацию о структуре главного кольца. Существует также ещё одно чрезвычайно тонкое и отдаленное кольцо обратного движения, которое, как считается, стоит их захваченной межпланетной пыли.

У Юпитера большая и мощная магнитосфера — если бы она была видна невооруженным глазом с Земли, она казалась бы в пять раз больше, чем диск Луны. Магнитное поле захватывает многочисленные частицы в радиационных поясах планеты и выбрасывает струи газа с Ио на тороидальную орбиту вокруг Юпитера. Магнитосфера планеты является крупнейшей структурой Солнечной системы. Инструменты миссии «Пионер» показывают, что магнитное поле Юпитера в 10 раз сильнее, чем у Земли, и содержит в 20 000 раз больше энергии. Бортовые приборы показывают, что северный магнитный полюс почти совпадает с южным географическим полюсом планеты со смещением на 11 градусов и смещением от геометрического центра аналогично магнитному полю Земли. Приборы зафиксировали ударную волну на расстоянии 26 миллионов километров от Юпитера и магнитный хвост, выходящий за пределы орбиты Сатурна. Данные измерений показывают, что ширина магнитного поля на обращенной к Солнцу стороне Юпитера нестабильна и меняется в зависимости от интенсивности солнечного ветра. Некоторые особо интенсивные частицы, оторвавшиеся от магнитосферы планеты, могут достигать земной орбиты. В радиационном поясе Юпитера обнаружены высокоэнергетические протоны, а между Юпитером, Ио и некоторыми другими спутниками обнаружены электрические токи.

Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет 778 000 000 км (примерно в 5,2 раза больше среднего расстояния между Землей и Солнцем, или 5,2 а. е.), при этом планета совершает один полный оборот вокруг звезды за 11,86 года. Наклон оси Юпитера относительно невелик: всего 3,13°. В результате планета не испытывает существенных сезонных изменений, характерных, например, для Земли и Марса. Юпитер также демонстрирует самое быстрое вращение среди всех планет Солнечной системы, совершая один оборот вокруг своей оси менее чем за десять часов. Это создает экваториальную выпуклость, которую легко увидеть с Земли даже в любительский телескоп. В результате экваториальный диаметр на 9 275 км больше полярного.

Спутники

По данным на февраль 2023 года, у Юпитера известно 92 спутника — на 9 больше, чем у Сатурна. По оценкам, спутников может быть не менее сотни. Орбиты Ио, Европы и Ганимеда находятся в резонансе Лапласа; на каждые четыре оборота Ио Европа совершает два, а Ганимед — ровно один. Этот эффект растягивает их орбиты в эллипсы. С другой стороны, приливные силы Юпитера делают орбиты его спутников ближе к круговым. Гравитация планеты сильнее растягивает спутники в эллипсоидную форму, когда они находятся близко к ней, и позволяет им восстановить свою сферическую форму, когда они находятся далеко. Эти циклы приводят к нагреву недр спутников, в первую очередь Ио, известной своей чрезвычайной вулканической активностью, и, в меньшей степени, Европы. Ещё один крупный спутник планеты Каллисто.

Другие спутники гораздо более мелкие ледяные или скалистые тела неправильной формы. Амальтея представляет большой интерес для ученых, поскольку считается, что она имеет внутреннюю полость, образовавшуюся в результате падения метеорита в далеком прошлом, из-за чего Амальтея распалась на части, а затем вновь собралась под действием взаимной гравитации, но не в единый монолит. Метида и Адрастея — самые близкие к Юпитеру спутники, их диаметры составляют около 40 км и 20 км соответственно.

История изучения

Юпитер известен с древних времен благодаря своей высокой яркости. В 1610 году Галилео Галилей открыл четыре крупнейших спутника с помощью самодельного телескопа. Со второй половины XX века активно проводятся исследования Юпитера как с помощью наземных и космических телескопов, так и при помощи космических аппаратов. Космический зонд «Пионер-10» приблизился к Юпитеру в декабре 1973 года, а ровно год спустя за ним последовал «Пионер-11». Были переданы данные о магнитосфере планеты и изображения низкого разрешения. «Вояджер-1» приблизился к Юпитеру в марте 1979 года, а «Вояджер-2» — в июле того же года, они передали на Землю ценную информацию о спутниках планеты, обнаружили кольца Юпитера и сделали снимки атмосферы планеты крупным планом.

Зонд «Галилео» вышел на орбиту Юпитера в 1995 году и сбросил небольшой атмосферный зонд в июле того же года. Зонд проник на 150 км в атмосферу планеты и собирал данные в течение 58 минут, прежде чем был раздавлен его давлением. Основной зонд продолжал исследовать планету и Галилеевы спутники до 21 сентября 2003 года. В 2000 году космический аппарат «Кассини-Гюйгенс» посетил Юпитер по пути к Сатурну и передал самые подробные из когда-либо сделанных снимков планеты. Аппарат максимально приблизился к Юпитеру 30 декабря 2000 года и провел многочисленные измерения. За месяц аппарат сделал около 26 тысяч фотографий, на их основе была создана общая картина Юпитера с самым высоким разрешением — около 60 км/пиксель.

В 2007 году Юпитер ненадолго посетила миссия «Новые горизонты», основной целью которой является изучение Плутона и объектов пояса Койпера. Космический аппарат сфотографировал спутники Европу и Ио, а также исследовал хвост магнитосферы планеты.