Юпитер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на  тему:

«Юпітер»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         

 

                                                               2012 
Юпітер − за розташуванням п'ята від Сонця і найбільша планета Сонячної системи. Юпітер виглядає як золотий диск, ледь сплюснутий перпендикулярно до полюсів. Ця планета знаходиться від Сонця в 5,2 рази далі, ніж Земля, і витрачає на один оберт по орбіті майже 12 років. Екваторіальний діаметр Юпітера 142 600 км (у 11 разів більший за діаметр Землі). Період обертання Юпітера навколо осі в екваторіальній області складає 9 годин 50 хв, поблизу полюсів − 9 годин 55 хв. Таким чином, Юпітер, подібно до Сонця, обертається не як тверде тіло, тому що швидкість його обертання неоднакова в різних широтах. Через швидке обертання ця планета має сильне стискання біля полюсів. Маса Юпітера дорівнює 318 масам Землі. Середня густина його речовини близька до густини Сонця − 1,33 г/см³. Вісь обертання Юпітера майже перпендикулярна до площини його орбіти (нахил 87°). Флюїдна оболонка Юпітера складається в основному з водню (74%) і гелію (26%), а також метану (0,1%) і невеликої кількості етану, ацетилену, фосфену й водяної пари. Атмосферний шар має товщину близько 1000 км. Планету огортає шар хмар, але всі деталі на поверхні Юпітера постійно змінюють свій вигляд, тому що в цьому шарі відбуваються бурхливі пересування, пов'язані з перенесенням великої кількості енергії. Хмари Юпітера складаються з кристаликів і крапельок аміаку. Найбільш показовою деталлю планети є Велика Червона Пляма, що спостерігається вже більше 300 років. Це величезне овальне утворення, завбільшки близько 35 000 • 14 000 км, розташоване між Південною тропічною й Південною помірною смугами. Колір її червонуватий, але зазнає змін. Імовірно, Велика Червона Пляма підтримується за рахунок конвективних комірок, через які з надр виноситься до видимої поверхні Юпітера його речовина і внутрішнє тепло.

Атмосфера

Атмосфера Юпітера воднево-гелієва (за обсягом співвідношення цих газів  складають 89% водню і 11% гелію). Уся видима поверхня Юпітера − щільні хмари, розташовані на висоті близько 1000 км над "поверхнею", де газоподібний стан змінюється на рідкий і утворює численні шари жовто-коричневих, червоних і блакитнуватих відтінків. Інфрачервоний радіометр показав, що температура зовнішнього хмарного покриву складає −133° С. Конвективні потоки, що виносять внутрішнє тепло до поверхні, зовні виявляються у виді світлих зон і темних поясів. В області світлих зон відзначається підвищений тиск, що відповідає висхідним потокам. Хмари, що утворюють зони, розташовуються на вищому рівні(приблизно 20 км.), а їхнє світле забарвлення пояснюється підвищеною концентрацією яскраво-білих кристалів аміаку. Темні хмари, що розташовуються нижче поясів складаються в основному з червоно-коричневих кристалів гідросульфіду амонію і мають вищу температуру. Ці структури представляють області спадних потоків. Зони і пояси мають різну швидкість руху в напрямку обертання Юпітера. Період обертання коливається від 9 год. 49 хв. на широті 23 градуси до 9 год. 56 хв. на широті 18 градусів півн.ш. Це призводить до існування стійких зональних чи плинних вітрів, що постійно дмуть рівнобіжно екватору в одному напрямку. Швидкість в цій глобальній системі досягає від 50 до 150 м/с. На границях поясів і зон спостерігається сильна турбулентність, що приводить до утворення численних вихрових структур. Найбільш відомим таким утворенням є Велика червона пляма, що спостерігається на поверхні Юпітера протягом останніх 300 років.

Велика  Червона Пляма.

Велика Червона Пляма − це овальне утворення зі змінними розмірами, розташоване в південній тропічній зоні. В даний час воно має розміри 15х30 тис. км, а сто років тому спостерігачі відзначали в 2 рази більші розміри. Іноді вона буває не дуже чітко видимою. Велика Червона Пляма - це довготривалий вільний вихор (антициклон) в атмосфері Юпітера, що робить повний оберт за 6 земних діб і що характеризується, як і світлі зони, що сходять плинами в атмосфері. Хмари в ньому розташовані вище, а температура їх нижче, ніж у сусідніх областях поясів.

 

Кільця Юпітера

Схема кілець Юпітера  показує 4 основні ділянки

Кі́льця Юпі́тера були третьою системою кілець, відкритою у Сонячній системі, після кілець Сатурна та кілець Урана. Космічний апарат "Вояджер 1" у березні 1979 уперше сфотографував систему слабких кілець, шириною близько 1000 км і товщиною не більш 30 км, що обертаються навколо Юпітера на відстані 57000 км від хмарного покриву планети. Після того в 1990 році кільця вивчалися зондом Галілео, а також спостерігалися орбітальним телескопом Хаббл і протягом десятиріч наземними обсерваторіями. До земного спостерігача кільця майже завжди звернені ребром, через що вони довгий час залишалися непоміченими. З Землі кільця Юпітера можуть бути помічені при спостереженні тільки в ІЧ-діапазоні.

Гіпотеза про існування кілець Юпітера, що спиралися на дані апарату «Піонер-11», з'явилася вперше в 1974 році, проте не була тоді визнана.

На відміну від кілець Сатурна, кільця Юпітера темні (альбедо (відбивна здатність) − 0,05). і, імовірно, складаються з дуже невеликих твердих часток метеорної природи. Частки кілець Юпітера, швидше за все, не залишаються в них довго (через перешкоди, створюваних атмосферою і магнітним полем). Отже, раз кільця постійні, то вони повинні безупинно поповнюватися. Невеликі супутники Метис і Адрастея, чиї орбіти лежать у межах кілець, - очевидні джерела таких поповнень.

Головна частина кілець має радіус 123 − 129 тисяч кілометрів. Товщина кілець − близько 30 кілометрів.

Основні характеристики чотирьох відомих кілець Юпітера  зведено в таблицю.

Назва	Радіус (км)	Ширина (км)	Товщина (км)	Оптична глибина	Фракція пилу	Примітки
Кільце гало	92,000–122,500	30,500	12500	~1×10−6	100%
Основне кільце	122,500–129,000	6,500	30–300	5.9×10−6	~25%	Межує з Адрастеєю
Павутинне кільце Амальтеї	129,000–182,000	53,000	2000	~1×10−7	100%	З'єднане з  Амальтеєю
Павутинне кільце Теби	129,000–226,000	97,000	8400	~3×10−8	100%	З'єднано з  Тебою і має розширення за орбіту Теби.

 

Магнітне поле

Юпітер має величезне  магнітне поле, що складається з двох компонетних полів: дипольного (як поле Землі), що простирається до 1,5 млн. км. від Юпітера, і недипольного, що займає іншу частину магнітосфери. Напруженість магнітного поля в поверхні планети 10−15 ерстед, тобто в 20 разів більше, ніж на Землі. Магнітосфера Юпітера простирається на 650 млн. км (за орбіту Сатурна!). Але в напрямку Сонця воно майже в 40 разів менше. Магнітне поле захоплює заряджені частки, що летять від Сонця (цей потік називають сонячним вітром), утворюючи на відстані 177000 км від планети радіаційний пояс, приблизно в 10 разів потужніший земного, розташований між кільцем Юпітера і самими верхніми атмосферними шарами.

Магнітометричні виміри показали істотні збурювання магнітного поля Юпітера поблизу Європи і  Калісто, що не може бути пояснене існуванням у цих супутників внутрішнього ядра з феромагнітної речовини, оскільки в такому випадку магнітне поле, спадаючи назад пропорційно кубу відстані, було б у вісім разів менше. Одне з можливих пояснень — порушення в оболонках планет вихрових електричних струмів, магнітне поле яких спотворює поле планети-гіганта. Ці струми можуть поширюватися в провідній рідині, наприклад у воді океану, із солоністю (37.5‰), близької до солоності океанів Землі, що лежить під поверхнею небесного тіла; його існування на Європі уже майже доведено. Вже в шарі води товщиною не набагато більше 10 км створювалися б вихрові струми, що забезпечують варіації, що спостерігаються.

Магнітосфера Юпітера  утримує навколишню плазму у вузькому шарі, напівтовщина якого біля двох радіусів планети поблизу екватора еквівалентного магнітного диполя. Плазма обертається разом з Юпітером, періодично накриваючи його супутники. У системах відліку, зв'язаних із супутниками, магнітне поле пульсує з амплітудами 220 нтл (Європа) і 40 нтл (Калісто), наводячи вихрові струми в провідних шарах супутників. Ці струми генерують вихрові магнітні поля також дипольної конфігурації, що накладаються на власні поля цих супутників. Періоди зміни магнітних полів складають 11.1 і 10.1 год. для Європи і Калісто відповідно.

Внутрішня будова

Внутрішню будову Юпітера можна представити у вигляді оболонок із густиною, що зростає в напрямку до центра планети. На дні дедалі густішої вглибину атмосфери завтовшки 1500 км знаходиться шар газорідкого водню завтовшки близько 7000 км. На рівні 0,88 радіуса планети, де тиск складає 0,69 Мбар, а температура - 6200° С, водень переходить у рідкомолекулярний стан і ще через 8000 км - у рідкий металевий стан. Поряд з воднем і гелієм до складу шарів входить невелика кількість важких елементів. Внутрішнє ядро діаметром 25000 км - металосилікатне, із часткою води, аміаку і метану, оточене гелієм. Температура в центрі складає 23000 градусів, а тиск 50 Мбар.

У 1956 р. було виявлене радіовипромінювання  Юпітера на хвилі 3 см, що відповідає тепловому випромінюванню з температурою 145 К. За вимірюваннями в інфрачервоному діапазоні температура зовнішніх  хмар Юпітера склала 130 К. Уже вірогідно  встановлено, що Юпітер випускає тепло, кількість якого більш ніж удвічі перевищує теплову-енергію, одержувану ним від Сонця. Можливо, що тепло виділяється через те, що на планеті-гіганті спостерігається постійне стискання (1 мм на рік).

У центрі планети − величезне залізокам'яне ядро, яким генерується потужне магнітне поле. Магнітне поле планети виявилося складним і складається ніби з двох полів: дипольного (подібного до земного), що простягається до 1,5 млн км від Юпітера, і недипольного, що займає іншу частину магнітосфери. Напруженість магнітного поля поверхні в 20 разів більша, ніж на Землі. Крім цього, Юпітер ще є й джерелом радіосплесків (різких стрибків потужності випромінювання) на хвилях завдовжки від 4 до 85 м, вони тривають від часток секунди до декількох хвилин або навіть годин. Тривалі сплески містять у собі цілу серію збурювань, що складаються зі своєрідних шумових бур і гроз. Відповідно до сучасних гіпотез, ці сплески пояснюються плазмовими коливаннями в іоносфері планети.

Зірка, що невідбулася.

Юпітер утворився при стиску тієї ж газової туманності, з якого утворилося Сонце, і за своїм хімічним складом він теж схожий із Сонцем. ПрицьомумасаЮпітераледь досягає однієїтисячноїмасиСонця, що дуже багато за земнимимасштабами, але недостатньо, щоб запалититермоядерні реакції, що виробляють тепло в надрах Сонця. Так що тут ми маємо справу з Ћ зіркою, що невідбуласяЛ. У цьому сенсі Сонячна система містить у собі подвійну зірку (чи навіть потрійну, якщо вважати Сатурн). Процес стиску Юпітера ще не закінчений, і тепло, продуковане цим безупинним гравітаційним стиском речовини Юпітера, випромінюється атмосферою планети в інфрачервоній області спектра, невидиме для людського ока, але цілком помітне для астрономічних приладів. Сприйнятий в інфрачервоному світлі, Юпітер світиться сам і випромінює в три рази більше енергії, ніж одержує від Сонця. Температура планети збільшується в міру просування усередину, досягаючи декількох десятків тисяч градусів у самому центрі. Такі високі температури викликають конвективні рухи в оболонці планети, рухи, що нагадують те, що ми бачимо в кастрюлі, поставленій на вогонь: глибинні маси рідини гарячіші і легші і тому переміщаються до поверхні. Досягши її, вони випромінюють тепло в зовнішній простір, прохолоджуються й опускаються вниз; цикл починається знову. У телескоп видно, що поверхня Юпітера розділена на горизонтальні смуги (рівнобіжні екватору). Темні смуги чергуються зі світлими. Вважається, що в межах світлих смуг гаряча речовина виходить на поверхню, у той час як на темних смугах охолоджена речовина починає свій спуск униз. Дані, отримані ЋВояджеромЛ, показали, що ця теорія при всіх її здобутках повинна бути удосконалена з урахуванням разючих структур, що ускладнюють і прикрашають атмосферу Юпітера гірляндами, вихрами і величезними вирами всіляких розцвічень. Ще Кассіні бачив на поверхні планети знамениту Червону Пляму, названу так, як говорить Азімов, через яскравий червонясто-жовтогарячий колір. З близької відстані видно, що ця червона пляма не єдина і що є ще одна, набагато менша. Зрозуміло, велика пляма залишається найзнаменитішою: все-таки вона була виявлена років триста тому. Поруч з цими плямами розташовано безліч інших різнобарвних плям, що мають, очевидно, різні фізичні і хімічні склади. Вояджер сфотографував атмосферу Юпітера через безліч кольорових світлофільтрів; потім були відновлені триколірні зображення, але в зміщеному кольорі, так, щоб інфрачервоний колір був представлений як червоний; інші кольори були змінені теж. На цих фотографіях різні за хімічним складом компоненти атмосфери пофарбовані в різні кольори, що дає можливість ученим розібратися в складних метеорологічних умовах Юпітера. Дослідження показали, що Червона Пляма − це великий вихор, що займає площу, у три-чотири разів перевищуючу всю площу поверхні Землі. На деяких ЋприскоренихЛ кінокадрах прекрасно видно вихровий рух плями, що проковтує більш дрібні плями і повертаючи їх назад непошкодженими, як після кола на каруселі. Схоже, що Червона Пляма піднімається як гігантський сплющений купол над середнім рівнем навколишньої його поверхні Юпітера. Смугаста структура цієї поверхні пояснюється швидким обертанням планети, що робить один оберт дещо менше ніж за десять годин; у полярних зонах вплив обертання зменшується, і замість смуг видно безліч дрібних плям, де гаряча речовина з'являється з глибин. Найсильніше магнітне поле Юпітера захоплює випромінювання Сонця, створюючи смертельний потік заряджених часток, подібний до радіаційних поясів Землі і небезпечний навіть для електронного устаткування; такий потік майже миттєво привів би до смерті будь-якої форми земного життя. Автоматичний зонд зафіксував полярні сяйва і сліпучі блискавки, що постійно змінювали обриси в шаленому бурлінні атмосфери Юпітера, де бушували і безперервно змінювали один одного ураганні вітри зі швидкостями до 400 км/г.

Супутники

Навколо Юпітера, за даними на травень 2002-го року обертаються 39 супутників, звернених до нього, через дію приливних сил завжди однією стороною. Їх можна розділити на дві групи: внутрішню, що включає супутників, і зовнішню. Супутники внутрішньої групи обтаються майже по кругових орбітах, що практично збігається з площиною екватора планети. Чотири найближчих до планети супутника Адрастея, Метида, Амальтея і Теба діаметром від 40 до 270 км знаходяться в межах 1-3 радіусів Юпітера і різко відрізняються за розмірами від наступних за ними 4 супутників, розташованих на відстані від 6 до 26 радіусів Юпітера. Вони були відкриті на самому початку сімнадцятого століття майже одночасно Симоном Марієм і Галілеєм, але їх прийнято називати галілеєвими супутниками Юпітера, хоча перші таблиці руху цих супутників Іо, Європи, Ганімеду і Калісто склав Марій.

Галілеєві супутники

Зовнішня група складається  з маленьких діаметром від 10 до 180 км супутників, що рухаються по витягнутим і сильно нахиленим до екватора Юпітера орбітам, причому чотири більш близьких до Юпітера супутника Леда, Гімалія, Лісітея, Елара рухаються по своїх орбітах у той самий бік, що і Юпітер, а чотири самих зовнішніх супутники Ананке, Кармі, Пасифе і Синопе рухаються в зворотному напрямку.

Орбіти супутників Юпітера

 

Ще по 11 супутників було відкрито групою астрономів з Астрономічного інституту Гавайського університету наприкінці 2000-го ( діаметром 4-12 км ) і 2001-го років (діаметром від 2 до 4 км). Оцінки розмірів отримані в припущенні, що їхнє альбедо складає 4%. Блиск супутників складає від 22 до 23m .Усі вони обертаються по помітно витягнутих еліптичних орбітах з ексцентриситетом від 0,16 до 0,48, Напрямок орбітального руху всіх нових супутників зворотний (тобто вони обертаються в напрямку, протилежному руху планет навколо Сонця і великих супутників навколо Юпітера). Орбіти сильно нахилені до площини екліптики − від 15 до 38 градусів. Періоди обертання складають від 534 до 753 доби, великі півосі орбіт - від 19 до 24 млн. км.

Чотири найбільших супутники  Юпітера можна побачити навіть у  призматичний бінокль. У телескоп за кілька годин удається простежити, як супутники помітно переміщуються, іноді проходять між Юпітером і Землею, а іноді відходять за диск Юпітера або в його тінь. Спостерігаючи періодичність цих затемнень супутників, Ремер у XVII 'ст. відкрив, що швидкість поширення світла скінченна, і визначив її числове значення.

Далекі супутники Юпітера  дуже малі, неправильної форми, і деякі  з них обертаються в бік, протилежний обертанню.