Планета Юпітер

На основі дослідження врешті 2000 р зондом «Cassini» з'ясовано, що світлі смуги і Велика Червона Пляма (гігантський шторм з розміром великої осі близько 35 тис. км, а малої осі - 14 тис. км) пов'язані зі спадними потоками (вертикальна циркуляція атмосферних мас); хмари тут вище, а температура нижче, ніж в інших областях. Колір хмар корелює з висотою: сині структури - самі верхні, під ними лежать коричневі, потім білі. Червоні структури - найнижчі. Червонуватий відтінок планети приписують головним чином присутності в атмосфері червоного фосфору і, можливо, органіці, що виникає завдяки електричним розрядам. В області, де тиск близько 100 кПа, температура становить близько 160 К. В атмосфері Юпітера помічені грози. Температура верхніх хмар складає -130 ° С. Юпітер виділяє на 60% більше енергії, ніж отримує від Сонця. Атмосфера відбиває 45% падаючого сонячного світла. Встановлено також наявність іоносфери, довжина якої по висоті - близько 3000 км .
Крім того, орбітальним телескопом "Чандра» виявлено джерело пульсуючого рентгенівського випромінювання (названий Великим рентгенівським плямою), причини якого представляють поки загадку.
2.1. ВЕЛИКЕ РЕНТГЕНІВСЬКОЇ плями на Юпітері
Найбільша планета сонячної системи, газовий гігант Юпітер, знаменитий своїм схожим на вир Великим Червоним Плямою. Праворуч показано оптичне зображення знайомої всім гігантської планети з циклонічних системами та смугами хмар, отримане пролітав біля неї космічним апаратом Кассіні. Зліва показано в штучних квітах відповідне зображення Юпітера в рентгенівських променях, отримане орбітальної обсерваторією Чандра. На

зображенні, отриманому Чандра, вперше були виявлені рентгенівські плями і авроральной рентгенівське випромінювання від полюсів. Рентгенівське пляма, що домінує в випромінюванні від північного полюса Юпітера (угорі) можливо, так само дивно для сучасних астрономів, як колись було Велика Червона Пляма. Суперечачи раніше запропонованим теоріям, рентгенівське пляма знаходиться дуже далеко на півночі, щоб бути пов'язаним з важкими зарядженими частинками з околиць вулканічного супутника Іо. Дані Обсерваторії Чандра також показують, що рентгенівське випромінювання плями таємничим чином пульсує з періодом близько 45 хвилин.
2.2. Велика Червона Пляма
Велика червона пляма (БКП) - атмосферне утворення на Юпітері, найпомітніша особливість на диску планети, спостережувана вже майже 350 років.
БКП було відкрито Джованні Кассіні в 1665 році. Деталь, відмічена в записах Роберта Гука 1664 року, також може бути ідентифікована як ВЧП. До польоту «Вояджер» багато астрономів вважали, що пляма має тверду природу.

ВЧП є гігантським ураганом-антициклоном, розмірами 24-40 тис. км в довжину і 12-14 тис. км в ширину (істотно більше Землі). Розміри плями постійно міняються, загальна тенденція - до зменшення; 100 років тому БКП було приблизно в 2 рази більше. За його довжині могли б розміститися 3 планети розміром із Землю.
Пляма розташована приблизно на 22 ° південної широти і переміщається паралельно екватору планети. Крім того, газ в ВЧП обертається проти годинникової стрілки з періодом обороту близько 6 земних діб. Швидкість вітру усередині плями перевищує 500 км / год .
Верхній шар хмар БКП знаходиться приблизно на 8 км вище верхньої кромки навколишніх хмар. Температура плями декілька нижче прилеглих ділянок.
Червоний колір ВЧП поки що не знайшов однозначного пояснення. Можливо, такий колір додають плямі хімічні сполуки, що включають фосфор.
Крім ВЧП на Юпітері є і інші «плями-урагани», менші за розмірами. Вони можуть мати білий, коричневий і червоний колір і існувати десятки років (можливо і довше). Плями в атмосфері Юпітера зафіксовані як у південному, так і в північній півкулі, але стійкі, що існують тривалий час є чомусь тільки в південному півкулі.
Зважаючи на різницю швидкостей перебігу атмосфери Юпітера іноді відбуваються зіткнення ураганів. Одне з них мало місце в 1975 році, в результаті чого червоний колір ВЧП збляк на кілька років. У 2002 відбулося аналогічне зіткнення БКП і Великого білого овалу. Білий Овал є частиною пояса хмар, з періодом обертання меншим, ніж у Великого Червоного Плями. Овал почав гальмуватися Великим Червоним Плямою в кінці лютого 2002 року, і зіткнення тривало цілий місяць. Червоний колір Великої Червоної Плями - загадка для вчених, можливою причиною його можуть служити хімікалії, що включають фосфор. Фактично кольору і механізми, що створюють вигляд всієї юпитерианской атмосфери, до цих пір ще погано зрозумілі і можуть бути пояснені тільки при прямих вимірах її параметрів.
Oval BA сформувався між 1998 і 2000 роками після злиття трьох менших білих овалів, які спостерігалися до цього протягом 60 років. Нова атмосферне утворення спочатку була білою у видимому діапазоні, але в лютому 2006 року придбало червоно-коричневий колір. За однією з гіпотез, поки ураган знаходиться на однаковій висоті із загальною поверхнею верхнього краю атмосфери, він має білий колір. Але коли його потужність збільшується, вихор піднімається декілька вище за загальний шар хмар, де ультрафіолетове випромінювання Сонця хімічно змінює колір, додаючи йому червоність.

3. КОСМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
3.1. Магнітосфера
Магнітне поле Юпітера величезна, навіть у пропорції з величиною самої планети - воно тягнеться на 650 мільйонів кілометрів (за орбіту Сатурна!). Якщо магнітосфера його було б видно, вона б з Землі мала кутовий розмір, рівний розміру Місяця. Магнітне поле Юпітера значно сильніше, ніж земне, але в напрямку Сонця воно майже в 40 разів менше. Форма магнітосфери Юпітера, як і інших планет, далека від сферичної. Компас на Юпітері вкаже південь, а не північ, як це було б на Землі, так як магнітне поле Юпітера має протилежний напрямок у порівнянні із земним. Магнітосфера Юпітера, формована сонячним вітром, виглядає у вигляді сльози. Електрони і протони високих енергій, захоплені магнітним полем Юпітера, утворюють радіаційні пояси, схожі на земні, але сильно перевищують їх за розміром.
Радіовипромінювання Юпітера, виявлене в 1955 р , Послужило першою ознакою наявності у нього сильного магнітного поля, яке в 4000 разів сильніше земного. Його магнітний дипольний момент майже в 12000 разів перевершує дипольний момент Землі, але тому що напруженість магнітного поля обернено пропорційна кубу радіуса, а він у Юпітера на два порядки більше, ніж у Землі, то напруженість у поверхні Юпітера вище, в порівнянні з Землею, тільки у 5-6 разів. Магнітна вісь нахилена до осі обертання на (10,2 ± 0,6) °. Дипольна структура магнітного поля домінує до відстаней порядку 15 радіусів планети. Юпітер володіє обширною магнітосферою, яка подібна до земної, але збільшено приблизно в 100 разів. Закручування електронів навколо силових ліній породжує радіовипромінювання, причому затримані близько планети електрони дають синхротронне випромінювання в діапазоні дециметрових хвиль. Декаметровому випромінювання, що спостерігається лише від деяких областей планети, пов'язане із взаємодією іоносфери Юпітера із супутником Іо, орбіта якого проходить всередині величезного плазмового тора. Ця взаємодія породжує також полярні сяйва. Виявлене «Вояджер» випромінювання в кілометрових довжинах хвиль виникає у високих широтах планети і в плазмовому торі. Спостерігаючи 18 грудня 2000 протягом 10 годин, вдалося виявити пульсуюче джерело рентгенівського випромінювання в полярних районах верхніх шарів атмосфери Юпітера за допомогою обладнання орбітального телескопа «Chandra». Спалахує на зразок маяка кожен 45 хвилин. Ніякі з існуючих нині теорій не можуть пояснити ні природу виникнення випромінювання, ні його пульсуючий характер.
Радіаційні пояси:

Ці два зображення показують радіаційні пояси Юпітера протягом 10 годин. Вони контролюються магнітним полем планети, тому змінюються при її обертанні. Зображення планети дано для того, щоб показати відносний розмір цих поясів. При обльоті Юпітера основна антена «Кассіні» була весь час спрямована в бік планети, що дозволило записати дані про інтенсивність радіовипромінювання в смузі, що охоплює майже чверть обороту Юпітера. Вперше був записаний спектр високоенергетичних електронів в навколишньому просторі Юпітера. Виявилося, що щільність цих електронів менше, ніж передбачалося раніше, а це означає, що набагато більше електронів, ніж очікувалося, мають меншу енергію, а саме вони і становлять основну небезпеку для електронного устаткування космічних апаратів. Результати спостережень показали, що район Юпітера зону самого жорсткого радіаційного оточення у всій Сонячній системі, а максимально жорстке випромінювання спостерігається на відстані до 300 тис. км від його поверхні.
3.2. Полярне Сяйво
Спостереження космічного телескопа «Хаббл» показали, що полярне сяйво має ту ж природу, що і земне: швидкі електрони, що дрейфують у магнітосфері планети уздовж силових ліній між полюсами, потрапляють у полюсів у верхні шари атмосфери і викликають світіння газу.
Полярне сяйво Юпітера найінтенсивніше проявляється в ультрафіолетовому діапазоні, оскільки основні спектральні лінії водню, домінуючого в атмосфері Юпітера, лежать в жорсткому ультрафіолеті.
Свій внесок у дослідження Юпітера внесла і орбітальна обсерваторія «Чандра», що отримала зображення планети в рентгенівських променях. На ньому вперше були виявлені рентгенівські плями і полярне рентгенівське випромінювання.

На нещодавно опублікованій фотографії з Космічного телескопа імені Габбла, зробленої в ультрафіолетових променях, полярні сяйва виглядають як кільцеподібні поясу навколо полюсів планети. Полярні сяйва на Юпітері відрізняються від земних наявністю низки яскравих смуг і плям, породжуваних трубками магнітного поля, що з'єднують Юпітер з його найбільшими супутниками. У даному конкретному випадку яскрава рисочка у самого лівого краю і два яскравих плямочки - одне трохи нижче центру та інше праворуч від нього - є ні що інше як сліди Іо, Ганімеда і Європи, відповідно. Слід зауважити, що знята денна сторона Юпітера (з Землі можна зняти тільки вузьку смужку нічну) і в ультрафіолеті сяйво яскравіше відображених сонячних променів.
3.3. БЛИСКАВКИ На Юпітері
Чому на Юпітері виблискують блискавки? Блискавка являє собою миттєве перенесення електрично заряджених часток з одного місця на інше. Щоб блиснула блискавка, необхідно, щоб заряди були розділені всередині хмари. На Землі поділ заряду утворюється через зіткнення крижаних і водяних крапель. Однак, що відбувається на Юпітері? Астрономи вважають, що блискавки на Юпітері утворюються також у хмарах, що містять лід. Цей висновок був зроблений після того, як була зроблена ця фотографія в жовтні космічним апаратом Галілео, який літає навколо Юпітера. Хмари слабо висвітлюються сонячним світлом, відбитим від супутника Юпітера Іо. Яскраві спалахи відбуваються в активних областях на рівні, де пролягають водяні хмари, і висвітлюють більш низькі хмари, які містять аміак. Блискавки на Юпітері набагато яскравіше блискавок на Землі.

3.4. Комети Шумейкер-Леві 9

У 1993 році близько Юпітера була відкрита незвичайна ланцюжок шматочків комети, що розпалася під дією гравітаційних сил планети - гіганта. Було прораховано, що вони незабаром зіткнуться з Юпітером і вчені стали з нетерпінням чекати цього неймовірного події (адже раніше ні хто подібного не спостерігав). І ось у липні 1994 року шматки комети Шумейкер-Леві 9, відомої також під назвою «нитку перлів», зіткнулися з Юпітером. Що відбувається, коли комета стикається з планетою? Якщо планета має кам'яну поверхню, то на ній утворюється величезний ударний кратер. Однак планети типу Юпітера не мають твердої поверхні, а складаються переважно з газу. Коли комета Шумейкер-Леві-9 стикалася з Юпітером в 1994 році, кожен шматочок комети поглинався великої атмосферою Юпітера. На картинці зображена послідовність знімків, на яких показано зіткнення з Юпітером двох фрагментів комети. У міру того, як фрагменти занурювалися в атмосферу, утворювалися темні сліди, які поступово зникали. Під верхніми хмарами Юпітера знаходиться газ з високою температурою, тому фрагменти комети швидко расплавлялись, не встигнувши пірнути глибоко в атмосферу Юпітера. Так як Юпітер набагато масивніший будь комети, орбіта цієї планети навколо Сонця не може помітно змінитися від такого зіткнення.
Рідкісне астрономічне явище - зіткнення комети Шумейкер-Леві 9 з Юпітером - викликало надзвичайний інтерес широкої громадськості у зв'язку з різноманітністю проблем, пов'язаних з цим явищем. Традиційні наукові проблеми - це, по-перше, нове про саму кометі, наприклад про хімічний склад її ядра, особливості пилової компоненти, спалахової активності і т. д., по-друге, це унікальна можливість прямого вивчення хімічного складу поверхневих шарів Юпітера. Тут були отримані несподівані результати: спостерігачі зареєстрували сильне випромінювання ліній металів, яких ніяк не передбачалося знайти в поверхневих шарах Юпітера в такій кількості; також було виявлено значну кількість сірки як у вигляді самої молекули S2, так і у вигляді інших сірковмісних молекул. Третя наукова проблема - це дослідження ефектів, пов'язаних безпосередньо з вибухами при падінні уламків на Юпітер. До них відносяться енерговиділення самих вибухів, розповсюдження ударних хвиль, а також дослідження фотохімічних реакцій, що протікають в процесі вибуху і розповсюдження ударної хвилі. Вчені зареєстрували багаторазове перевищення концентрації ряду речовин в місцях падіння осколків комети в порівнянні з тим, що очікувалося знайти в поверхневих шарах Юпітера, наприклад сірки, окису вуглецю СО, а також молекул CS2 і CS. У кожному місці падіння найбільших кометних осколків вчені виявили 100 млн. т окису вуглецю, 3 млн. т сульфіду вуглецю CS2 і 300 тис. т моносульфід вуглецю CS, що у багато тисяч разів перевищує нормальний вмісту цих речовин.
3.5. КІЛЬЦЯ ЮПІТЕРА
Юпітер підносить багато сюрпризів: він генерує потужні полярні сяйва, сильні радіошуми; біля нього міжпланетні апарати спостерігають пилові бурі - потоки дрібних твердих частинок, викинутих в результаті електромагнітних процесів в магнітосфері Юпітера. Дрібні частинки, які отримують електричний розряд при опроміненні сонячним вітром, мають дуже цікавою динамікою: будучи проміжною випадком між макро-та мікро-тілами, вони приблизно однаково реагують і на гравітаційні, і на електромагнітні поля.

Саме з таких дрібних кам'яних частинок в основному складається кільце Юпітера, відкрите у березні 1979 р . (Непряме виявлення кільця в 1974 р . За даними «Піонера» залишилося невизнаним). Його головна частина має радіус 123-129 тис. кілометрів. Це плоске кільце близько 30 км товщиною і дуже розріджений - воно відображає лише кілька тисячних часток відсотка падаючого світла. Слабші пилові структури тягнуться від головного кільця до поверхні Юпітера і утворюють над кільцем товсте гало, що тягнеться до найближчих супутників. Побачити кільце Юпітера з Землі практично неможливо: воно дуже тонке і постійно повернутим до спостерігача ребром з-за малого нахилу осі обертання Юпітера до площини його орбіти.
Схематичне зображення кільцевої системи Юпітера показує співвідношення між різними кільцями і його дрібними внутрішніми супутниками, які є джерелом пилу, що формує кільця. Саме значне кільце, показане сірим відтінком, - це гало. Тонке вузьке основне кільце показано червоним кольором, на його кордоні розташовані супутники Адрастея і Метис. Кільце складається з частинок, вибиває з цих двох супутників. Феб і Амальтея більш віддалені від Юпітера і формують тонкі павутиноподібний кільця, які позначені жовтим і зеленим кольорами.
Шість картинок, які Ви бачите, отримані в інфрачервоному світлі за допомогою гавайського

інфрачервоного телескопа в 1994 році і покривають проміжок часу, рівний двом годинам. Чітко видно кільця Юпітера, смуги і плями у зовнішній атмосфері Юпітера. На фотографіях видно також два невеликих супутники Юпітера. Метіда діаметром тільки 40 км видно на другому знімку у вигляді слабкого плямочки на кільцях праворуч від Юпітера. Амальтея набагато більше і яскравіше. Цей супутник видно на третьому знімку скраю зліва, а також проходить по диску планети на четвертому та п'ятому знімках. Походження кілець Юпітера залишається невідомим, хоча вчені припускають, що вони утворилися з розсіяного речовини від зіткнень метеоритів з супутниками Юпітера.