Середня загальноосвітня школа № 28
РЕФЕРАТ
на тему:
ЮПІТЕР
Виконала:
учениця 11 класу «А»
Гречихина К.Я
Перевірив:
викладач фізики та
астрономії
Лісова Л.В.
м. Наб. Човни
2003р.
ЮПІТЕР, п'ята за відстанню від Сонця велика планета Сонячної системи.
Загальні відомості. Ю. - найбільша з планет-гігантів. Відомий з давніх часів. Рухається навколо Сонця на СР відстані 5,203 а. е. (778 млн. км.). Ексцентриситет орбіти 0,048, нахил площини орбіти до площини екліптики 1,3 °. Повний оберт навколо Сонця Ю. робить за 11,862 року, рухаючись з середньою швидкістю 13,06 км \ сек. СР сі-нодіч. період обертання 399 діб. За 12 років Ю. обходить все небо вздовж екліптики і в протистоянні видно як трохи жовтувата зірка -2,6 зоряної величини; поступається в блиску тільки Венері, і Марса під час великого протистояння.
Загальні відомості. Ю. - найбільша з планет-гігантів. Відомий з давніх часів. Рухається навколо Сонця на СР відстані 5,203 а. е. (778 млн. км.). Ексцентриситет орбіти 0,048, нахил площини орбіти до площини екліптики 1,3 °. Повний оберт навколо Сонця Ю. робить за 11,862 року, рухаючись з середньою швидкістю 13,06 км \ сек. СР сі-нодіч. період обертання 399 діб. За 12 років Ю. обходить все небо вздовж екліптики і в протистоянні видно як трохи жовтувата зірка -2,6 зоряної величини; поступається в блиску тільки Венері, і Марса під час великого протистояння.
Видимий диск Юпітера має форму еліпса, осі якого в порівн. протистоянні видно під кутом 46,5 »і 43,7». У сполученні з Сонцем Юпітер має кутові розміри на 1 / 3 менше, а блиск на 0,84 зоряної величини слабше, ніж у протистояннях. Візуальне альбедо Юпітера одно 0,67. Екваторіальний діаметр Юпітера дорівнює 142 600 км, полярний - 134 140 км; стиск Юпітера (1: 15,9) обумовлено швидким його осьовим обертанням. Період обертання поблизу екватора становить 9 год 50 хв 30 сек (РІ), а на середніх широтах - 9 год 55 хв 40 сек (РII). Обсяг Юпітера перевершує обсяг Землі в 1315 разів, а маса - в 318 разів. Маса Юпітера становить 1: 1047,39 частку Сонця. Середня щільність (1,33 г! См3) мало відрізняється від середньої щільності Сонця. Прискорення сили тяжіння на полюсі Юпітера одно 27,90 м/сек2, на екваторі - 25,90 м/сек2: відцентрове прискорення на екваторі - 2,25 м/сек2. Параболічна швидкість (швидкість тікання) на поверхні Юпітера дорівнює 61 км / сек. Всі геометричні, механічні та фізичні характеристики вказані за даними на 1974. Відомості про Юпітер і його супутники були значно збагачені результатами вимірів і спостережень, отриманими американськими автоматичними міжпланетними станціями «Піонер-10» (1973) і «Піонер-11» (1974).
Атмосфера Юпітера. Видимий поверхню Юпітера складається з хмар і інших атмосферних утворень і пересічена численними темними смугами (поясами), розділеними світлими зонами, розташованими паралельно до екватора, який нахилений всього лише на 3 ° 04 'до площини орбіти Юпітера. Смуги мають різноманітне забарвлення і складну структуру, яка постійно змінюється. Особливо мінливий вид Південної та Північної екваторіальних смуг, які часом зникають, а потім відновлюються з наміченої циклічністю близько 4 років. Дуже вузька екваторіальна смуга також нерідко стає невидимою. Навколополярні же області порівняно стійкі.
Кількість тепла, що приходить від Сонця на одиницю площі Юпітера, становить 51,0 Вт / м 2, тобто в 27 разів менше, ніж на одиницю площі Землі. Така кількість тепла здатне нагріти поверхню Юпітер до температури (рівноважної) 110 К. Між тим прямі вимірювання як наземними засобами, так і за допомогою космічних зондів вказують на температуру до 145 К по вимірам інфрачервоного випромінювання Юпітера і на більш високі значення - до 170 К в сантиметровому радіодіапазоні. В окремих місцях темних смуг інфрачервоне випромінювання в дуже довгих хвилях призводить до значень температури від 200 до 270 К. Рекордно висока температура 310 К була виявлена в одному темному плямі (6 * 12 тис. км) поблизу екватора. Така температура може бути обумовлена тільки потоком тепла з надр планети, що перевищує потік, що приходить від Сонця, в 2 рази.
У хмарної структурі Юпітера існують більш плі менш постійні освіти, прикладом яких служить Велика червона пляма (БКП), розташоване на широті близько 22 ° в Південній тропічної зоні. БКП має форму овалу довжиною до 40 000 км і шириною близько 13 000 км. Колір його - червоний, але бувають роки, коли воно лише насилу виділяється на білому тлі зони. Ефекти обертання і вертикальні рухи в атмосфері в поєднанні з різними рівнями хмар обумовлюють складну залежність видимих систематичних рухів на різних віддалях від екватора. Періоди обертання РI і РII лише в середньому описують обертання атмосфери Юпітера. У дійсності ж систематично спрямовані вітри, що діють в тій чи іншій смузі або зоні, призводять до дуже різнилися значенням періоду обертання.
Хімічний склад атмосфери Юпітера визначається спектроскопічно. За сильним смугах поглинання раніше всього в атмосфері Юпітера були виявлені метан СН4 і аміак NН3. Пізніше по слабких смугах в інфрачервоній області спектру був виявлений молекулярний водень Н2, потім пари води Н2О, молекули ацетилену С2Н2, етану С2Н6, фос-фіна РН3 і, нарешті, окису вуглецю СО.
Темні смуги Юпітера мають аерозольну природу і складаються з частинок діаметром 0,2 - 0,3 мкм. Над рівнем, де атмосферний тиск становить 1 агпм (до нього відносяться наведені вище геом. Розміри Ю.), розташовуються кристали аміаку. Трохи нижче цього рівня знаходяться тверді частинки полісульфідів, ще нижче - крижані кристали води і, нарешті, на 60 км нижче цього рівня - зважені краплі розчину аміаку у воді.
Внутрішня будова Юпітера. Існують кілька моделей будови Юпітера при різних припущеннях про його хімічний склад. Унаслідок великої сили тяжіння на Юпітері тиск газів зростає з глибиною дуже швидко і вже на відстані 10 тис. км від поверхні стає настільки великим, що переважаючий газ (водень) змінює свій стан і переходить з нормальної молекулярної фази в металеву. Зі зростанням температури в міру наближення до центру планети металевий водень розплавляється (температура поблизу центру Юпітера наближається до 20 000 С при тиску близько 100 млн. агпм і щільності 20-30 г! См3). У деяких моделях Юпітера передбачається існування шару льоду (Н2О) значної товщини, але лише поблизу поверхні, де температура невисока.
Мабуть, Юпітер має тверду оболонку порівняно недалеко від поверхні. Припущення про існування такої оболонки могло б пояснити магнітне поле, жорстко обертове разом з планетою, і неоднорідності теплових потоків, які у численних деталях смуг і особливо в довгоіснуючих БКП, що обертаються майже з тим же періодом, що і магнітне поле Юпітера.
Магнітне поле Юпітера виявляється по сильному радіовипромінюванню, особливо інтенсивному в дециметровому і декаметровому діапазонах. Дециметрові хвилі виходять з навколопланетного простору і являють собою синхротронне випромінювання електронів, захоплених магнітосферою Юпітера в радіаційні пояси, подібні до земних. Декаметровому випромінювання (на хвилі 7,5 м) має характер шумових бур, які тривають від кількох годин до кількох хвилин. Випромінювання направлено і виходить з певних малих дільниць поверхні Юпітера. З повторюваності радіовсплесков випливає, що їх джерела обертаються з періодом РIII = 9 год 55 хв 30 сек. З періодом РIII змінюється також дециметровому випромінювання. Саме цей період приписують обертанню твердого шару, власне утворить поверхню Юпітера. Природа твердого шару Юпітера поки ще неясна. Його верхня межа повинна знаходитися поблизу видимої поверхні, нижня ж межа може бути розташована там, де металевий водень переходить від твердої фази до рідкої. На цьому кордоні і в глибині рідкого ядра виникають електричні струми, що спричиняють магнітного поля Юпітера. Напруженість магнітного поля Юпітера 4 е.. Напрямок магнітної осі Юпітера складає кут близько 10 ° з його віссю обертання.
Магнітосфера Юпітера має дуже великі розміри. У найближчих до планети областях (до 20 радіусів) вона має явно виражений дипольний характер і містить радіаційні пояси, в яких рухаються захоплені полем електрони, які мають енергією св. 6 МеВ. Їх взаємодія з полем породжує дециметровому синхротронне випромінювання. У більш віддалених областях СР магнітосфера простягається до 60 планетних радіусів і деформована обертанням. Тут можливі плазмові закінчення і коливання, що випромінюють у декаметровому діапазоні. Ще далі, до 90-100 планетних радіусів, знаходиться зовнішня магнітосфера, що тягнеться до магніто-паузи, розміри якої мінливі. З нічного боку вона тягнеться за орбіту Сатурна. Всі 5 найближчих до Юпітера його супутників постійно охоплені середньої магнітосферою. Найближчий великий супутник - Іо має, мабуть, своїм магнітним полем і істотно впливає на частоту радіовсплесков Юпітера.
Супутники. Відомі 13 супутників Юпітера. Останній з них Юпітер XIII, відкритий у 1974. Перші 4 найбільших супутники були відкриті Г. Галілеєм в 1610. П'ятий супутник - Юпітер V, відкритий в 1892, майже три століття тому, - найближчий до планети: він віддалений від планети всього лише на 2,54 екваторіальних радіуса Юпітера. Всі ці супутники рухаються практично по кругових орбітах, площини яких збігаються з площиною екватора Юпітера. Їх періоди обертання - від 12 год у Юпітера V до 16,8 діб у Юпітера IV. Всі інші супутники Юпітера, відкриті в 20 ст., Віддалені від планети на великі відстані. У 1976 були заново затверджені назви супутників. Майже усі вони взяті з міфології серед персонажів, так чи інакше пов'язаних з діяльністю Юпітера (перші 4 супутники були названі ще Галілеєм). Нижче наведено назви супутників; в дужках даються їхні радіуси в км і видимі зоряні величини в протистоянні (1976):
I - Іо (1820; 4,9); II - Європа (1530; 5,3); III - Ганімед (2610; 4,6); IV - Каллісто (2450; 5,6), V - Амальтея (120; 13); VI - Гамалія (80; 14,2); VII - Елара (50; 17); VIII - Пасіфея (12; 18); IX - Синопа (10;
18.6); X - Лізіфоя (8; 18,3); XI - Карма (-9; 18,6); XII - Ананке (8;
18.7); XIII - Леда (5; 20).
Чотири галілеєвих супутника за розмірами своїм наближаються до планет (Ганімед і Каллісто більше Меркурія). Періоди їх осьового обертання і обертання навколо Юпітера збігаються. Середні щільності більше, ніж у Юпітера: 2,89; 3,20; 2,07 і 1,54 г! См3. Всі вони мають низьку температуру, близьку до рівноважної. Їх альбедо досить висока, але нижче, ніж у Юпітера, що вказує скоріше на особливості поверхні, ніж на наявність потужної атмосфери. Дійсно, радарні й інфрачервоні спостереження дозволили встановити, що поверхня їх складена з льоду або суміші льоду і скель, тому що відзначаються значить, нерівності. «Піонер-10» і «Піонер-11» сфотографували Ганімеда з близької відстані, причому були виявлені стійкі темні і світло-зелені освіти. Іо має атмосферу і значить, іоносферу. По близькому збігу площин перших п'яти супутників з площиною екватора Юпітера можна вважати, що ці супутники утворилися одночасно з планетою з одного згустку первинної речовини. Що стосується інших супутників, то вони швидше за все в минулому були астероїдами і були захоплені Юпітером.
2. Фізичні характеристики планет-гігантів, А.-А., 1971;
3. Жарков В. Н., Внутрішня будова Землі, Місяця і планет, М., 1973;
4. Борги нов Ш. Ш., Магнетизм планет, М., 1974;
5. Мартинов Д. Я., Планети. Вирішені та невирішені проблеми, М., 1970;
6. «3емле і Всесвіт», ст. і замітки про Юпітер за роки 1974 - 77.
Атмосфера Юпітера. Видимий поверхню Юпітера складається з хмар і інших атмосферних утворень і пересічена численними темними смугами (поясами), розділеними світлими зонами, розташованими паралельно до екватора, який нахилений всього лише на 3 ° 04 'до площини орбіти Юпітера. Смуги мають різноманітне забарвлення і складну структуру, яка постійно змінюється. Особливо мінливий вид Південної та Північної екваторіальних смуг, які часом зникають, а потім відновлюються з наміченої циклічністю близько 4 років. Дуже вузька екваторіальна смуга також нерідко стає невидимою. Навколополярні же області порівняно стійкі.
Кількість тепла, що приходить від Сонця на одиницю площі Юпітера, становить 51,0 Вт / м 2, тобто в 27 разів менше, ніж на одиницю площі Землі. Така кількість тепла здатне нагріти поверхню Юпітер до температури (рівноважної) 110 К. Між тим прямі вимірювання як наземними засобами, так і за допомогою космічних зондів вказують на температуру до 145 К по вимірам інфрачервоного випромінювання Юпітера і на більш високі значення - до 170 К в сантиметровому радіодіапазоні. В окремих місцях темних смуг інфрачервоне випромінювання в дуже довгих хвилях призводить до значень температури від 200 до 270 К. Рекордно висока температура 310 К була виявлена в одному темному плямі (6 * 12 тис. км) поблизу екватора. Така температура може бути обумовлена тільки потоком тепла з надр планети, що перевищує потік, що приходить від Сонця, в 2 рази.
У хмарної структурі Юпітера існують більш плі менш постійні освіти, прикладом яких служить Велика червона пляма (БКП), розташоване на широті близько 22 ° в Південній тропічної зоні. БКП має форму овалу довжиною до 40 000 км і шириною близько 13 000 км. Колір його - червоний, але бувають роки, коли воно лише насилу виділяється на білому тлі зони. Ефекти обертання і вертикальні рухи в атмосфері в поєднанні з різними рівнями хмар обумовлюють складну залежність видимих систематичних рухів на різних віддалях від екватора. Періоди обертання РI і РII лише в середньому описують обертання атмосфери Юпітера. У дійсності ж систематично спрямовані вітри, що діють в тій чи іншій смузі або зоні, призводять до дуже різнилися значенням періоду обертання.
Хімічний склад атмосфери Юпітера визначається спектроскопічно. За сильним смугах поглинання раніше всього в атмосфері Юпітера були виявлені метан СН4 і аміак NН3. Пізніше по слабких смугах в інфрачервоній області спектру був виявлений молекулярний водень Н2, потім пари води Н2О, молекули ацетилену С2Н2, етану С2Н6, фос-фіна РН3 і, нарешті, окису вуглецю СО.
Темні смуги Юпітера мають аерозольну природу і складаються з частинок діаметром 0,2 - 0,3 мкм. Над рівнем, де атмосферний тиск становить 1 агпм (до нього відносяться наведені вище геом. Розміри Ю.), розташовуються кристали аміаку. Трохи нижче цього рівня знаходяться тверді частинки полісульфідів, ще нижче - крижані кристали води і, нарешті, на 60 км нижче цього рівня - зважені краплі розчину аміаку у воді.
Внутрішня будова Юпітера. Існують кілька моделей будови Юпітера при різних припущеннях про його хімічний склад. Унаслідок великої сили тяжіння на Юпітері тиск газів зростає з глибиною дуже швидко і вже на відстані 10 тис. км від поверхні стає настільки великим, що переважаючий газ (водень) змінює свій стан і переходить з нормальної молекулярної фази в металеву. Зі зростанням температури в міру наближення до центру планети металевий водень розплавляється (температура поблизу центру Юпітера наближається до 20 000 С при тиску близько 100 млн. агпм і щільності 20-30 г! См3). У деяких моделях Юпітера передбачається існування шару льоду (Н2О) значної товщини, але лише поблизу поверхні, де температура невисока.
Мабуть, Юпітер має тверду оболонку порівняно недалеко від поверхні. Припущення про існування такої оболонки могло б пояснити магнітне поле, жорстко обертове разом з планетою, і неоднорідності теплових потоків, які у численних деталях смуг і особливо в довгоіснуючих БКП, що обертаються майже з тим же періодом, що і магнітне поле Юпітера.
Магнітне поле Юпітера виявляється по сильному радіовипромінюванню, особливо інтенсивному в дециметровому і декаметровому діапазонах. Дециметрові хвилі виходять з навколопланетного простору і являють собою синхротронне випромінювання електронів, захоплених магнітосферою Юпітера в радіаційні пояси, подібні до земних. Декаметровому випромінювання (на хвилі 7,5 м) має характер шумових бур, які тривають від кількох годин до кількох хвилин. Випромінювання направлено і виходить з певних малих дільниць поверхні Юпітера. З повторюваності радіовсплесков випливає, що їх джерела обертаються з періодом РIII = 9 год 55 хв 30 сек. З періодом РIII змінюється також дециметровому випромінювання. Саме цей період приписують обертанню твердого шару, власне утворить поверхню Юпітера. Природа твердого шару Юпітера поки ще неясна. Його верхня межа повинна знаходитися поблизу видимої поверхні, нижня ж межа може бути розташована там, де металевий водень переходить від твердої фази до рідкої. На цьому кордоні і в глибині рідкого ядра виникають електричні струми, що спричиняють магнітного поля Юпітера. Напруженість магнітного поля Юпітера 4 е.. Напрямок магнітної осі Юпітера складає кут близько 10 ° з його віссю обертання.
Магнітосфера Юпітера має дуже великі розміри. У найближчих до планети областях (до 20 радіусів) вона має явно виражений дипольний характер і містить радіаційні пояси, в яких рухаються захоплені полем електрони, які мають енергією св. 6 МеВ. Їх взаємодія з полем породжує дециметровому синхротронне випромінювання. У більш віддалених областях СР магнітосфера простягається до 60 планетних радіусів і деформована обертанням. Тут можливі плазмові закінчення і коливання, що випромінюють у декаметровому діапазоні. Ще далі, до 90-100 планетних радіусів, знаходиться зовнішня магнітосфера, що тягнеться до магніто-паузи, розміри якої мінливі. З нічного боку вона тягнеться за орбіту Сатурна. Всі 5 найближчих до Юпітера його супутників постійно охоплені середньої магнітосферою. Найближчий великий супутник - Іо має, мабуть, своїм магнітним полем і істотно впливає на частоту радіовсплесков Юпітера.
Супутники. Відомі 13 супутників Юпітера. Останній з них Юпітер XIII, відкритий у 1974. Перші 4 найбільших супутники були відкриті Г. Галілеєм в 1610. П'ятий супутник - Юпітер V, відкритий в 1892, майже три століття тому, - найближчий до планети: він віддалений від планети всього лише на 2,54 екваторіальних радіуса Юпітера. Всі ці супутники рухаються практично по кругових орбітах, площини яких збігаються з площиною екватора Юпітера. Їх періоди обертання - від 12 год у Юпітера V до 16,8 діб у Юпітера IV. Всі інші супутники Юпітера, відкриті в 20 ст., Віддалені від планети на великі відстані. У 1976 були заново затверджені назви супутників. Майже усі вони взяті з міфології серед персонажів, так чи інакше пов'язаних з діяльністю Юпітера (перші 4 супутники були названі ще Галілеєм). Нижче наведено назви супутників; в дужках даються їхні радіуси в км і видимі зоряні величини в протистоянні (1976):
I - Іо (1820; 4,9); II - Європа (1530; 5,3); III - Ганімед (2610; 4,6); IV - Каллісто (2450; 5,6), V - Амальтея (120; 13); VI - Гамалія (80; 14,2); VII - Елара (50; 17); VIII - Пасіфея (12; 18); IX - Синопа (10;
18.6); X - Лізіфоя (8; 18,3); XI - Карма (-9; 18,6); XII - Ананке (8;
18.7); XIII - Леда (5; 20).
Чотири галілеєвих супутника за розмірами своїм наближаються до планет (Ганімед і Каллісто більше Меркурія). Періоди їх осьового обертання і обертання навколо Юпітера збігаються. Середні щільності більше, ніж у Юпітера: 2,89; 3,20; 2,07 і 1,54 г! См3. Всі вони мають низьку температуру, близьку до рівноважної. Їх альбедо досить висока, але нижче, ніж у Юпітера, що вказує скоріше на особливості поверхні, ніж на наявність потужної атмосфери. Дійсно, радарні й інфрачервоні спостереження дозволили встановити, що поверхня їх складена з льоду або суміші льоду і скель, тому що відзначаються значить, нерівності. «Піонер-10» і «Піонер-11» сфотографували Ганімеда з близької відстані, причому були виявлені стійкі темні і світло-зелені освіти. Іо має атмосферу і значить, іоносферу. По близькому збігу площин перших п'яти супутників з площиною екватора Юпітера можна вважати, що ці супутники утворилися одночасно з планетою з одного згустку первинної речовини. Що стосується інших супутників, то вони швидше за все в минулому були астероїдами і були захоплені Юпітером.
Використана література:
1. Мороз В. І., Фізика планет, М., 1967;2. Фізичні характеристики планет-гігантів, А.-А., 1971;
3. Жарков В. Н., Внутрішня будова Землі, Місяця і планет, М., 1973;
4. Борги нов Ш. Ш., Магнетизм планет, М., 1974;
5. Мартинов Д. Я., Планети. Вирішені та невирішені проблеми, М., 1970;
6. «3емле і Всесвіт», ст. і замітки про Юпітер за роки 1974 - 77.