§ 4.6. Юпитер

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 318 раз больше земной и составляет около 1/1050 массы Солнца. Экваториальный радиус Юпитера равен 71 400 км (в 11,2 раза больше земного). Точность, с которой определен радиус Юпитера, невелика. Ошибка может достигать нескольких сотен километров. Полярный радиус заметно меньше экваториального и равен 66 900 км, т.е. сжатие планеты равно 1/16. Гравитационное ускорение около 25 м/с². Средняя плотность составляет 1,3 г/см³.

Рис. 4.6. Юпитер.

Угловой диаметр Юпитера — около 40". На диске видно множество деталей (рис 4.6), но среди них нет ни одной постоянной. Есть некоторое число деталей, которые наблюдаются в течение столетий, но их положение и вид изменяются. Это означает, что видимая поверхность Юпитера представляет собой облачный покров. Наиболее заметны темные красноватые полосы, вытянутые параллельно экватору. Светлые промежутки между ними называются зонами. Зоны и полосы расчленяются на отдельные пятна различного вида и формы. В 1878 г. на широте 20° было обнаружено образование, названное позднее Большим Красным пятном, занимавшее по долготе 30°. Впоследствии оно уменьшало свою интенсивность, затем несколько увеличивало, но всегда оставалось более слабым, чем в момент открытия. Его можно видеть и сейчас, а просмотр старых зарисовок показал что его наблюдали еще в XVII в., не обращая на него особого внимания.

Период вращения, определенный по движению деталей, которые расположены на разных широтах, оказывается различным, аналогично тому, как это имеет место на Солнце. Период вращения увеличивается с ростом широты. За период вращения Юпитера вокруг оси принимается 9^h 50^m 30^s.

Полосатая структура диска Юпитера является следствием преимущественно зонального (т.е. ориентированного вдоль параллелей) направления ветра в атмосфере Юпитера. Механизм, который приводит в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же, как на Земле: разность в количестве тепла, получаемого от Солнца на полюсах и экваторе, вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении кориолисовой силой. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые наиболее интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх окрашивающее вещество, присутствием которого объясняется слегка красноватый цвет Юпитера. В области темных полос конвективные движения наиболее сильны, и это объясняет их более интенсивную окраску.

Так же, как и в земной атмосфере, на Юпитере могут формироваться циклоны. Оценки показывают, что крупные циклоны, если они образуются в атмосфере Юпитера, могут быть очень устойчивы (время жизни до 10⁵ лет). Вероятно, Большое Красное пятно является примером такого циклона. Изображения Юпитера, полученные при помощи аппаратуры, установленной на американских космических аппаратах «Пионер-10» и «Пионер-11», показали, что Большое Красное пятно не является единственным образованием такого типа: имеется несколько устойчивых красных пятен меньшего размера.

Основные компоненты атмосферы — молекулярный водород Н₂ (около 84%) и гелий Не (около 16%). Имеется много малых составляющих (метан СН₄ , аммиак NН₃ и др.).

Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 0,5 атм. Облачный слой имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристалликов NН₃, ниже должны быть расположены облака из кристаллов льда и капелек воды.

Если рассчитать энергию, которую Юпитер получает от Солнца, то верхние слои атмосферы планеты должны были бы иметь температуру около 160°С. Однако на самом деле температура оказалась равной около 130°С. Причина этого состоит в том, что горячие недра планеты излучают тепла примерно столько же, чем Юпитер получает от Солнца. В этом смысле Юпитер ближе к звездам, чем к планетам земного типа. Однако источником внутренней энергии Юпитера не являются, конечно, ядерные реакции. По-видимому, излучается запас энергии, накопленной при гравитационном сжатии планеты. В процессе формирования планеты из протопланетной туманности гравитационная энергия пыли и газа, образующих планету, должна была переходить в кинетическую и затем в тепловую энергию.

Наличие большого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстро растет с глубиной. Согласно наиболее вероятным теоретическим моделям она достигает 130°С на глубине 100 км ниже уровня верхней границы облаков, а на глубине 500 км — около 930°С. Водородно-гелиевая атмосфера на глубине около 1000 км плавно переходит в более плотную газожидкую оболочку, а еще глубже расположена зона металлического водорода.

Токи в жидких недрах Юпитера генерируют мощное магнитное поле, напряженность которого на границе облачного слоя в 12 раз выше, чем у земного магнитного поля.

Юпитер является одним из самых сильных космических источников радиоизлучения в декаметровом диапазоне ( > 10 м). Оно имеет спорадический характер, т.е. состоит из отдельных всплесков разной интенсивности.

В 1979 г. космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» обнаружили у Юпитера кольца. Они состоят из очень мелких твердых частиц. Кольцо тонкое (толщина не превышает 1 км), оно обращено к Земле ребром и поэтому с Земли не видно.

 Вокруг Юпитера обращается 28 спутников (на начало 2003 г.). Четыре самые крупные из них открыл Галилео Галилей — это Ио (I), Европа (II), Ганимед (III) и Каллисто (IV). По размерам они примерно такие же, как Луна, но вследствие большого расстояния от нас их диски (порядка 1") различаются лишь на пределе.