ЮПИТЕР (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ, ОРБИТА, ДВИЖЕНИЕ, СТРОЕНИЕ - ARTE - 2025

Юпитер - самая большая из планет солнечной системы и одна из самых ярких на ночном небе в течение года, поэтому он назван в честь царя римских богов. В римской мифологии бог Юпитер - величайший из богов, эквивалентный богу Зевсу в греческой мифологии.

Наблюдая за своей орбитой относительно Солнца, Юпитер является пятой планетой в Солнечной системе и имеет не менее 79 естественных спутников. Его диаметр в 11 раз больше диаметра Земли, и после Солнца это самый большой и тяжелый объект в Солнечной системе.

Рисунок 1. Изображение Юпитера, полученное космическим телескопом Хаббла, на котором можно наблюдать характерные полосы, большое красное пятно и сияние Юпитера. (источник: НАСА, ЕКА).

Человечество наблюдало за Юпитером с древних времен, но Галилео Галилей был первым, кто наблюдал за планетой в телескоп и обнаружил четыре ее основных спутника в 1610 году.

Галилей наблюдал характерные полосы Юпитера и четырех галилеевых спутников, имена которых - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Открытия Галилея полностью изменили представления о месте Земли и человечества во Вселенной, поскольку это был первый случай, когда небесные тела наблюдались вращающимися вокруг другой звезды, которая не была нашей планетой.

Его наблюдения подтвердили несколько революционных для того времени идей: первая заключалась в том, что Земля не была центром вселенной, а вторая, и не в последнюю очередь, что за ее пределами существовали «другие миры», как Галилей называл спутники Юпитера.

Общие характеристики Юпитера

Рис. 2. Земля, по сравнению с Юпитером, свободно входит в Большое Красное Пятно. (Источник: NASA / JPL-CALTECH)

Размер и масса

Юпитер - пятая планета с учетом радиуса орбиты относительно Солнца. Четвертая планета - Марс, но между ними есть граница: пояс астероидов.

Планеты с орбитой меньше, чем у пояса астероидов, являются каменистыми, а планеты с большей орбитой - газовыми или ледяными гигантами. Юпитер - первый из них, а также самый большой по объему и массе.

Масса Юпитера, эквивалентная 300 массам Земли, настолько велика, что вдвое больше, чем сумма масс остальных планет Солнечной системы. Что касается его объема, он эквивалентен 1300 земным шарам.

движения

Юпитер вращается вокруг своей оси так быстро, что совершает один полный оборот за 9 часов 50 минут. Это в 2,4 раза быстрее, чем скорость вращения Земли, и ни одна планета Солнечной системы не превосходит ее.

Его орбитальный период, то есть время, необходимое для полного обращения вокруг Солнца, составляет 12 лет.

наблюдение

Несмотря на то, что она находится в пять раз дальше от Солнца, чем наша планета, ее большие размеры и характерные облака позволяют солнечному свету идеально отражаться на ее поверхности, поэтому это одна из самых ярких звезд на ночном небе.

При наблюдении в телескоп замечаются только самые высокие облака, у которых есть одни стационарные области, а другие движутся, образуя узор из полос вдоль экваториальной линии.

Самые темные полосы называются поясами, а более светлые области. Они относительно стабильны, хотя постепенно меняют форму и цвет, вращаясь вокруг планеты в противоположных направлениях.

Белые облака являются результатом остывающих восходящих потоков, образующих кристаллы аммония. Затем эти токи изгибаются в стороны, чтобы снова спуститься в более темные пояса.

Красноватый, желтый и коричневый цвет

Разнообразие красноватых, желтоватых и коричневых цветов, наблюдаемых на Юпитере, является результатом различных молекул, присутствующих в облаках Юпитера. Между полосами и поясами образуются гигантские бури и вихри, которые можно рассматривать как точки или пятна.

Эти штормы практически постоянны, и среди них выделяется Большое красное пятно, впервые обнаруженное в 17 веке Робертом Гуком, известным современным физиком и соперником Исаака Ньютона.

Большому красному пятну не менее 300 лет, однако наблюдения показывают, что его колоссальный размер, больше Земли, в последние десятилетия сокращается.

Что касается атмосферы Юпитера, то она довольно плотная. Его глубина точно не известна, но оценивается в сотни километров.

Сочинение

По химическому составу атмосфера очень похожа на звездную: 80% водорода, 17% гелия и небольшие доли водяного пара, метана и аммиака.

Атмосферное давление увеличивается с глубиной до такой степени, что газообразный водород сжижается, образуя океан жидкого водорода, при таком высоком давлении, что он ведет себя как металл. Это будет нижняя граница атмосферы Юпитера.

Океан металлического жидкого водорода Юпитера горячее, чем поверхность Солнца, порядка 10 000 ° C и довольно яркий.

Очень вероятно, что у Юпитера есть очень плотное ядро, состоящее из тяжелых металлических элементов, но для подтверждения этого утверждения требуется больше данных.

Краткое изложение физических характеристик Юпитера

-Масса: 1,9 × 10 ²⁷ кг

-Экваториальный радиус : 71 492 км, что в 11 раз больше радиуса Земли.

- Полярный радиус: 66854 км.

-Форма: плоская на полюсах в 0,065 раза.

-Радио на орбите: 7,78 × 10 ⁸ км, что эквивалентно 5,2 а.е.

- Наклон оси вращения : 3º12 по отношению к плоскости орбиты.

-Температура: -130ºC (облака)

-Гравитация: 24,8 м / с ²

-Собственное магнитное поле: Да, 428 мкТл на экваторе.

-Атмосфера: плотная атмосфера водорода и гелия.

-Плотность: 1336 кг / м ³

-Спутников: 79 известных.

-Кольца: Да, тусклые и состоят из пыли.

Строение Юпитера

Внешний слой Юпитера состоит из облаков и имеет толщину 50 км. Под этим слоем облаков находится еще один слой, в основном водород и гелий, толщиной 20 000 км.

Переход между газовой фазой и жидкой фазой постепенный, так как давление увеличивается с глубиной.

Под этим жидким слоем в результате экстремального давления электроны атомов водорода и гелия отделяются от своих ядер и становятся свободными электронами, которые движутся в море жидкого металлического водорода.

На большей глубине может быть твердое ядро ​​в 1,5 раза больше диаметра Земли, но в 30 раз тяжелее нашей планеты. А поскольку это планета, состоящая из газа и жидкости, из-за огромной скорости вращения планета принимает плоскую форму на своих полюсах.

Когда и как наблюдать Юпитер

Юпитер выглядит ярко-белым и хорошо виден в сумерках. Не путать с Венерой, которая тоже очень яркая.

Вид телескопа Юпитера

На первый взгляд, Юпитер светит на ночном небе ярче, чем Сириус, самая яркая звезда, и всегда находится рядом с каким-нибудь зодиакальным созвездием, которое может меняться в зависимости от года при температуре окружающей среды 30 градусов.

Рис. 3. Ночной вид Юпитера и четырех галилеевых спутников в небольшой телескоп. Источник: @Asismet_IF.

В хороший стационарный бинокль или небольшой телескоп Юпитер выглядит как белый диск с гладкими полосами.

Четыре галилеевых спутника легко увидеть в небольшой телескоп: Ганимед, Ио, Европа и Каллисто. Положение спутников меняется от одного дня к другому, и иногда видны только три, поскольку некоторые из них находятся позади или впереди планеты.

Есть несколько мобильных приложений, которые позволяют определять и искать планеты и звезды на небе. Среди них Sky Maps выделяется одной из первых. Таким образом положение Юпитера находится в любой момент.

Рис. 4. Положение Юпитера и других планет на небе, полученное с помощью Sky Maps 20.02.20 в 23:14 из Каракаса, Венесуэла.

Движение переводов

Орбита Юпитера имеет эллиптическую форму и имеет фокус вне центра Солнца из-за его огромной массы. Чтобы преодолеть скорость 13,07 км / с, ему нужно 11,86 года.

Теперь всегда утверждается, что планеты вращаются вокруг центра Солнца, что довольно точно почти для всех, кроме Юпитера.

Перевод Юпитера. Источник: Тодд К. Тимберлейк, автор Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Это потому, что Юпитер настолько массивен, что центр вращения, центр масс или центр масс системы Солнце-Юпитер движется к Юпитеру, находясь за пределами солнечного тела.

Согласно расчетам, центр тяжести системы Солнце-Юпитер в 1,07 раза больше солнечного радиуса, то есть вне Солнца.

Рисунок 5. Центр тяжести системы Солнце-Юпитер находится вне Солнца. Орбита Юпитера представляет собой эллипс с одним из его фокусов в центре тяжести. (Источник: spaceplace.nasa.gov)

Перигелий - это кратчайшее расстояние между орбитой Юпитера и фокусом эллипса, находящимся в центре тяжести системы Солнце-Юпитер. Его значение составляет 816,62 миллиона километров.

Напротив, афелий - это наибольшее расстояние между фокусом и орбитой, которое в случае Юпитера составляет 740,52 миллиона километров.

Эксцентриситет орбиты показывает, как далеко она от круглой формы. Орбита Юпитера имеет эксцентриситет 0,048775 и рассчитывается путем деления расстояния от центра эллипса до фокуса на длину большой полуоси эллипса.

Вращательное движение

Сидерический период вращения Юпитера вокруг собственной оси составляет 9 часов 55 минут 27,3 секунды. Ось вращения имеет наклон 3,13º по отношению к оси орбитального вращения.

Из-за того, что Юпитер такой большой, у него самый короткий период вращения из всех планет Солнечной системы.

Спутники Юпитера

Планеты-гиганты характеризуются большим количеством спутников или лун. На сегодняшний день подсчитано 79 спутников Юпитера, но самыми крупными и наиболее известными являются четыре спутника, обнаруженные Галилео Галилеем в 1610 году, которые в порядке близости следующие:

-IO, это ⅓ диаметра Земли

-Европа, диаметра Земли

-Ганимед, ⅖ диаметр Земли

-Callisto, чуть меньше части диаметра Земли

Эти четыре спутника вместе имеют 99,99% массы всех спутников и колец Юпитера.

Между Юпитером и галилеевыми спутниками есть четыре небольших внутренних спутника, открытых относительно недавно (1979 г.).

На внешней стороне галилеевых спутников находится группа обычных спутников, всего 10, плюс группа ретроградных спутников, из которых на сегодняшний день известен шестьдесят один (61).

В порядке радиуса орбиты определены четыре группы спутников:

1. Внутренние спутники (4) с орбитами от 128000 до 222000 км.
2. Их орбиты галилеевских спутников (4) составляют от 422 000 км для Ио до 1883 000 км для Каллисто. Вместе они составляют 99,99% массы всех спутников Юпитера.
3. Обычные спутники (10) на расстоянии от 7 284 000 км до 18 928 000 км.
4. Ретроградные спутники (61) с 17 582 000 км до 28 575 000 км.

У Юпитера тоже есть кольца. Они находятся на более низкой орбите, чем галилеевы спутники, и между орбитами внутренних спутников. Считается, что эти кольца возникли в результате столкновения какого-то внутреннего спутника с метеороидом.

Галилеевы спутники

Рисунок 6. Юпитер и четыре галилеевых спутника: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. (Источник: wikimedia commons).

Четыре галилеевых спутника составляют очень интересную группу, поскольку, по мнению экспертов, они отвечают условиям возможной колонизации в будущем.

Io

Он имеет интенсивную вулканическую деятельность, поверхность постоянно обновляется расплавленной лавой, которая исходит из его недр.

Нагревательная энергия Ио происходит в основном от сильной приливной силы, создаваемой огромной гравитацией Юпитера.

Европа

Это второй из спутников Галилея по порядку расстояния, но шестой из спутников Юпитера. Его название происходит из греческой мифологии, в которой Европа - любовница Зевса (Юпитер в римской мифологии).

Он лишь немного меньше Луны и имеет твердую корку из замороженной воды. Он имеет не очень плотную атмосферу из кислорода и других газов. Его гладко-полосатая поверхность - самая гладкая из звезд в Солнечной системе, с несколькими кратерами.

Считается, что под ледяной корой Европы находится океан, движение которого, вызванное приливными силами гиганта Юпитера, вызывает тектоническую активность на ледяной поверхности спутника. Таким образом на его гладкой поверхности появляются трещины и бороздки.

Многие эксперты считают, что в Европе есть условия для какой-то жизни.

Ганимед

Это самый большой спутник Солнечной системы, он имеет скалистую и ледяную мантию с железным сердечником. Его размер немного больше, чем у планеты Меркурий, при почти половине ее массы.

Есть свидетельства того, что под его поверхностью может существовать океан соленой воды. ЕКА (Европейское космическое агентство) рассмотрело возможность посещения его в 2030 году.

Как это часто бывает в Солнечной системе, орбита Ганимеда находится в резонансе с орбитами Европы и Ио: когда Ганимед совершает один оборот, Европа делает два, а Ио делает четыре полных оборота.

Рис. 7. Орбитальный резонанс галилеевых спутников Юпитера. (Источник: wikimedia commons)

Callisto

Это четвертый галилеевский спутник, размер которого практически равен Меркурию, но составляет треть его веса. У него нет орбитального резонанса с другими спутниками, но он находится в синхронном вращении с Юпитером, всегда обращаясь к планете одним лицом.

Поверхность изобилует древними кратерами и состоит в основном из камней и льда. Вероятно, это внутренний океан толщиной не менее 100 километров.

Нет свидетельств тектонической активности, поэтому его кратеры, вероятно, были вызваны ударами метеоритов. Его атмосфера тонкая, состоит из молекулярного кислорода и углекислого газа, с довольно интенсивной ионосферой.

Сочинение

Юпитер имеет плотную атмосферу, состоящую в основном из водорода на 87%, за которым следует гелий порядка 13%. Другими газами, присутствующими в количестве менее 0,1%, являются сероводород, водяной пар и аммиак.

Облака планеты содержат кристаллы аммиака, и их красноватый цвет, вероятно, связан с молекулами, содержащими серу или фосфор. Нижние невидимые облака содержат гидросульфид аммония.

Из-за присутствия гроз в более глубоких слоях весьма вероятно, что эти слои содержат облака, состоящие из водяного пара.

Внутренняя структура

Внутри Юпитера водород и гелий находятся в жидкой форме из-за высокого давления, вызванного его огромной силой тяжести и плотной атмосферой.

На глубине более 15000 километров под поверхностью жидкости атомы водорода настолько сжаты, а их ядра настолько близки друг к другу, что электроны отделяются от атомов и переходят в зону проводимости, образуя жидкий металлический водород.

Физические модели предполагают, что глубже находится скалистое ядро, состоящее из тяжелых атомов. Сначала они оценили ядро ​​в 7 масс Земли, но в более поздних моделях рассматривается ядро ​​с массой от 14 до 18 масс Земли.

Важно быть уверенным, существует ли такое ядро, потому что это зависит от ответа, что теория планетезимального образования планет верна.

Согласно этой теории, планеты образуются из ядер твердых частиц, в результате чего возникают более тяжелые твердые объекты большего размера, которые действуют как ядра гравитационной конденсации, которые в течение миллионов лет образуют планеты.

Магнитосфера Юпитера

Из-за интенсивного магнитного поля Юпитера планета имеет обширную магнитосферу до такой степени, что, если бы она не была невидимой, ее можно было бы увидеть на земном небе размером, подобным размеру Луны.

Ни одна планета Солнечной системы не превосходит Юпитер по интенсивности и размеру магнитного поля.

Заряженные частицы солнечного ветра захватываются силовыми линиями магнитного поля и вращаются вокруг них, но имеют дрейф или движение вдоль силовых линий.

Когда магнитные линии возникают из одного полюса и соединяются с другим, заряженные частицы приобретают кинетическую энергию и концентрируются на полюсах, ионизируя и возбуждая газы полярной атмосферы Юпитера с последующим испусканием светового излучения.

Миссии на Юпитер

С 1973 года Юпитер посещали различные миссии НАСА, космического агентства США, отвечающего за программы исследования космоса.

Такие миссии, как Pioneer 10 и 11, Galileo и Cassini, изучали спутники Юпитера. По предварительным данным, в некоторых из них созданы благоприятные условия для жизни, а также для создания баз с людьми.

Североамериканское космическое агентство NASA и европейское космическое агентство ESA планируют новые миссии к Юпитеру, в основном для более подробного изучения спутника Европа.

первопроходец

Pioneer 10 был первым космическим зондом, пролетевшим над Юпитером в декабре 1973 года. В том же году, в апреле, был запущен зонд Pioneer 11, который достиг орбиты Юпитера в декабре 1974 года.

Во время этих миссий были сделаны первые фотографии Юпитера и галилеевых спутников крупным планом. Также были измерены магнитное поле планеты и радиационные пояса.

мореплаватель

Также запущенные в 1973 году миссии "Вояджер-1" и "Вояджер-2" снова посетили короля планет Солнечной системы.

Данные, собранные этими миссиями, предоставили необычную и доселе неизвестную информацию о планете и ее спутниках. Например, впервые была обнаружена кольцевая система Юпитера, а спутник Ио также известен своей интенсивной вулканической активностью.

Галилео

Он был запущен в 1995 году для семилетних исследований, но у зонда были серьезные проблемы с основной антенной. Несмотря на это, он смог отправить ценную информацию о спутниках Юпитера.

Рисунок 9. Зонд "Галилео" вокруг Юпитера. Источник: Wikimedia Commons. jihemD / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/),

Миссия обнаружила подземные океаны в Европе и предоставила дополнительную информацию об действующих вулканах Ио.

«Галилей» закончился, когда исследовательский зонд упал на Юпитер, чтобы избежать столкновения и последующего загрязнения ледяной поверхности Европы.

Кассини

В декабре 2000 года миссия «Кассини / Гюйгенс» на Сатурне получила данные, сопоставимые по интересам с данными миссий «Вояджер», но благодаря технологическим усовершенствованиям они были гораздо лучшего качества.

Новые горизонты

На пути к Плутону космический зонд New Horizons посетил планету Юпитер в 2007 году.

Юнона

Самой последней из миссий к Юпитеру является космический зонд Juno, который вышел на орбиту планеты 5 июля 2016 года. Миссия Juno - изучить атмосферу Юпитера, а также ее магнитосферу и полярные сияния.

Ожидается, что эта миссия предоставит данные, необходимые для определения того, какие модели ядра совместимы с существующими данными о Юпитере, и, таким образом, для сравнения с моделями, которые утверждают, что такого ядра не существует.

Интересные факты о Юпитере

-Это самая большая по диаметру из четырех планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

-В объеме, занимаемом Юпитером, помещается 1300 планет размером с Землю.

-Юпитер имеет огромную массу, она в два с половиной раза больше суммы масс семи оставшихся планет Солнечной системы.

- Считается, что его твердое ядро ​​образовалось всего через миллион лет после первоначального диска из газа и пыли, который дал начало Солнечной системе, сформировавшейся 4,5 миллиарда лет назад.

-Юпитер - планета Солнечной системы с самым коротким днем: период ее вращения составляет всего 9 часов 55 минут.

-Это самая радиоактивная планета в солнечной системе, помимо солнечного света, отраженного ее атмосферой, она также вносит свое собственное излучение, в основном в инфракрасном диапазоне.

-Юпитер имеет самый большой спутник в Солнечной системе: Ганимед, с радиусом в 1,5 раза больше Луны и в 0,4 раза больше радиуса Земли.

-80% его атмосферы состоит из водорода, за которым следует гелий, который составляет 17%. Остальные - это другие газы, такие как водяной пар, метан, аммиак и этан.

-Облака Юпитера состоят из кристаллов аммония, которые образуют тонкий слой толщиной около 50 км. Но общая его атмосфера составляет порядка 20 000 км, что является самой толстой из всех планет Солнечной системы.

-Это планета, на которой находится самый большой и самый длинный из известных антициклонических вихрей в Солнечной системе: Большое Красное Пятно. За более чем 300 лет существования его размер превышает два земных диаметра.

-Он имеет чрезвычайно плотное ядро ​​из железа, никеля и жидкого металлического водорода.

-Он имеет сильное магнитное поле, способное создавать постоянные полярные сияния.

-Это солнечная планета с самым высоким гравитационным ускорением, которое оценивается в 2,5 раза больше силы тяжести Земли на краю ее атмосферы.

-Очень свежие исследования указывают на обилие воды в экваториальной зоне, основанные на анализе данных космической миссии Juno. В отчете НАСА от 10 февраля 2020 года в журнале Nature Astronomy указано, что 0,25% экваториальной атмосферы планеты состоит из молекул воды.

Ссылки

1. Астрофизика и физика. Получено с: astrofisicayfisica.com
2. Семена, М. 2011. Солнечная система. Издание седьмое. Cengage Learning.
3. Космос. Самая большая планета нашей Солнечной системы. Получено с: space.com
4. Wikipedia. Спутники Юпитера. Получено с: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Юпитер (планета). Получено с: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Юпитер (планета). Получено с: en.wikipedia.org.