Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое юпитер, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое юпитер, сатурн , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Астрономия.
Самое близкое расстояние от Юпитера до Земли - 630 млн. км. Масса Юпитера
более чем в 300 раз больше массы Земли.
Полный оборот Юпитера вокруг оси - 9h55m.
На поверхности видны разноцветные полосы, структура которых постоянно
трансформируется, но общий характер сохраняется.
Линейная скорость перемещения поверхностных облачных масс на экваторе -
40 000 км/ч.
Ось магнитного поля Юпитера наклонена на 10 градусов к оси вращения. Магнитное поле вращается равномерно, с периодом 9часов 55 мин. Это указывыает
на почти твердый характер вращения планеты под слоем облаков.
Сила тяжести на поверхности в 2,6 раза больше земной.
Средняя плотность Юпитера - 1,34 г/см3
. Это свидетельствует о том, что планета состоит в основном из легких газов, главным образом - водорода и гелия.
Юпитер имеет протяженную атмосферу. Интересным ее объектом является
Большое Красное пятно, открытое в 1665 году Кассини.
Протяженность пятна от 15 000 до 50 000 км. Временами оно становится ярче,
временами почти пропадает.
Пятно постоянно дрейфует в атмосфере планеты. В первые годы после открытия оно было очень ярким, с тех пор яркость постепенно падает. Вероятно, пятно со временем затухает. Исследования Галилео показали, что пятно лежит выше и более холодное, чем окружающие облака. Подобные структуры замечены
на
сатурн е и Нептуне, но остается непонятно, как они могут существовать
столь долгое время.
Юпитер имеет такой большой диаметр, какой только может иметь газовая планета. Если бы ему добавили еще массу, он бы увеличился ненамного в размерах.
Для того, чтобы стать звездой, Юпитеру понадобилось в 80 раз больше массы,
чем он имеет.
Атмосфера Юпитера состоит в основном из водорода (90%) и гелия (10%). Обнаружены также аммиак (0,01%) и метан (0,07%), вода, окись углерода, фосфин,
циан, этан, ацетилен. Остальных элементов очень мало. Вода вымерзла, сохранившись в газообразном состоянии в малых количествах.
Температура в атмосфере с высотой быстро падает. От -1130С при давлении 1
атм. до -1600С при давлении 0,03 атм.
Генерация тепла в недрах Юпитера и его собственное тепловое излучение превышает в 2 раза поток энергии, поступающий от Солнца.
На Юпитере отсутствует твердая поверхность и какой-то рельеф. Тепло из недр
выносится путем вертикальной конвекции, порождающей турбулентные вихри.
В экваториальной зоне (от +90
до -90
) течения направлены строго с запада на
восток. Дуют западные ветры со скоростью 100 м/с. Вблизи широт от +200
до -
200
ветры дуют с востока на запад со скоростью около 50 м/с. Между основными течениями существуют вихри и струи.
Исследования «Галилео» показали, что ветры в атмосфере могут значительно
превышать 100 м/с и вызываются внутренним источником тепла. Ветры носят
более характер реактивных струй, чем вихрей и торнадо.
Большое Красное пятно увлекается на запад вместе с южной тропической зоной. Оно не связано с глубокими слоями планеты. В нем наблюдается подъем
вещества из верхних областей и растекание его от центра. Этим объясняется
низкая температура пятна и антициклоническое вращение в нем, т.е. против
часовой стрелки в южном полушарии с периодом около 7 суток.
Помимо Красного пятна наблюдаются белые овалы, которые представляют собой такие-же возмущения, но появились позже, в 1939 году, и в настоящее время сжимаются.
Облака атмосферы состоят в основном из аммиака. Температура от -1000
до
-1600С. При давлении 1 атм. аммиак кипит при -330С и плавится при -780С. Метан кипит при -1610С и плавится при -1840С, поэтому существование его в жидком или кристаллическом виде невозможно.
Атмосфера Юпитера очень глубокая и, возможно, включает целую планету.
На большой глубине внутри Юпитера, давление настолько большое, что атомы
водорода разрушаются и электроны освобождаются. Возникающие в результате
этого атомы состоят из пустых протонов. Это состояние называется металлическим водородом. Температура в ядре достигает 30 000 К, а давление больше 1
млн. бар. Высокая температура ядра существует благодаря механизму Келвина
– Гельмгольца, т.е. из-за медленного гравитационного сжатия планеты.
В полярных облаках Юпитера наблюдается явление, подобное земному северному сиянию. Эти явления связаны с веществом, падающим из спутника Ио по
спиральным линиям магнитного поля в атмосферу Юпитера.
Облака простираются в интервале высот 12 км. Атмосфера Юпитера окрашена
различными цветами. Устойчивые атмосферные составляющие не могут так
окрашивать атмосферу, они бы стремились постепенно выравнять окраску. Значит из глубины постоянно поступают окрашенные металлические соединения,
которые затем либо оседают, либо подвергаются химическим реакциям в атмосфере. Р. Вилд считает, что окраска Юпитера обусловлена натрием, а Г. Юри
связывает окраску облаков с органическими молекулами. К. Саган и С. Миллер,
пропуская через смесь газов, моделирующую атмосферу Юпитера, искровые
разряды, получили ярко окрашенные органические молекулы. Космические аппараты “Вояджер-1 и 2” зарегистрировали мощные вспышки молний на Юпитере, сравнимые с сильнейшими грозовыми разрядами на Земле. Однако, никакой
зависимости между молниями и цветом пока не найдено.
Исследования «Галилео» показали, что молнии на Юпитере вспыхивают в 10
раз реже, чем на Земле. Органических молекул почти не обнаружено. Химический состав Юпитера близок к протопланетному облаку.
Юпитер является полупериодическим радиоисточником. К. Шайн из Австралии
открыл, что радиоизлучение Юпитера должно быть связано с определенными
районами поверхности планеты. Источники на поверхности вращаются с периодом 9ч. 55 мин. 30 сек. Энергия всплесков радиоизлучения Юпитера соответствует энергии миллиарда одновременных вспышек молний на Земле.
Радиоизлучение может быть связано с внутренней частью магнитосферы и движением спутника Ио.
Юпитер обладает огромным магнитным полем. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Его магнитосфера простирается
на расстояние 650 миллионов км (дальше орбиты Сатурна!). Галилео обнаружил, что окружающая среда около Юпитера содержит высоко энергичные час-
тицы, пойманные магнитным полем. Эта "радиация" подобна, но намного более
интенсивна чем в радиационных поясах Ван Аллена около Земли. Атмосферные
исследования Галилео обнаружили новый интенсивный лучевой пояс между
кольцом Юпитера и высшими атмосферными слоями. Этот новый пояс - приблизительно в 10 раз более сильный, чем пояса радиации Ван Аллена. В этом
новом поясе были найдены высокоэнергичные ионы гелия неизвестного происхождения.
Головная ударная волна солнечного ветра на дневной стороне находится на расстоянии 100 радиусов Юпитера или 0,05 а.е.
Внутреннее строение Юпитера до конца неизвестно. Скорее всего его недра
находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого каменного ядра.
Жидкий водород на глубине 25 000 км металлизируется. Выше этой границы
расположена зона молекулярного водорода, ниже металлического. Столкновение с кометой - В 1994 году на Юпитер упали осколки кометы Шумейкера -
Леви. Явление наблюдалось с Земли и космическим телескопом им. Хаббла.
После падения кометы Шумейкера - Леви, на широте падения осколков образовался широкий пояс, в котором температура на 5 - 7 К ниже чем обычно.
Причины могут быть следующие:
- охлаждение через эффективное инфракрасное излучение молекул аммиака,
синильной кислоты, воды и других веществ, выброшенных в атмосферу во время катастрофы.
- обычное термическое охлаждение дыма, образовавшегося в стратосфере
при столкновении и переизлучение им солнечного света обратно в космос.
(IAU Circulars № 6119).
Кольцо. “Вояджер-1” в 1979 году открыл у Юпитера кольцо. Внешний край
кольца находится у орбиты самого малого 14 спутника, а внутренний - на расстоянии 5500 км от видимой границы облаков. Ширина наиболее яркой части
кольца достигает 800 км. Толщина до 1 км. Кольцо Юпитера сильно отличается
от кольца Сатурна. Оно состоит из очень маленьких частиц. Составлено из частиц пыли меньше чем 10 микронов в диаметре.
Происхождение кольца вероятно связано с бомбардировкой микрометеоритами
маленьких спутников Юпитера, расположенных внутри кольца.
Возможно, что оно постоянно пополняется за счет частиц космической пыли.
Кольца Юпитера и его спутники существуют внутри интенсивного лучевого
пояса электронов и ионов, которые улавливаются магнитным полем планеты.
Спутники. Первые четыре спутника Юпитера были открыты Галилеем в 1610
году. Сейчас известно уже десятки.
Орбиты шести внутренних спутников почти круговые и располагаются в экваториальной плоскости планеты. Каждая последующая орбита лежит в 1,7 раза
дальше предыдущей. Восемь внешних спутников очень маленькие. Их орбиты
образуют две группы по четыре спутника. Первая группа располагается на расстоянии 12 млн. км. от Юпитера, движутся они в прямом направлении. Спутники второй группы находятся вдвое дальше, движение их по орбитам обратное.
Это спасает их от притяжения Солнца, которое может действовать на них с силой вдвое большей чем у Юпитера, всследствие большой удаленности спутников (0,2 а.е.). Орбиты этих спутников сильно вытянуты (е = 0,4), наклонены к
орбите Юпитера под углом 300
и постоянно меняются из-за солнечных возмущений.
Три внутренних спутника Ио, Европа, Ганимед движутся почти в полном резонансе с периодами обращения 1.77, 3.55, 7.16 земных суток, находящимися в
соотношении 1:2:4. В небесной механике такое расположение считается устойчивым. Все внутренние спутники обращены к Юпитеру одной и той же стороной.
Ио. Радиус 1815 км. Еще до полетов “Вояджеров” ученые предсказали, что
спутник Ио очень сильно нагревается вследствие приливных эффектов. Нагрев
Ио должен быть в 20 раз больше чем Европы и превосходить в 10 раз нагрев
Луны вследствие распада радиоактивных элементов. Предполагалось, что внутри Ио должна быть большая расплавленная область. Эти предположения сразу
же подтвердились. “Вояджер-1” открыл на Ио 8 действующих вулканов. Вулканические выбросы поднимаются на высоту 7- - 280 км. над поверхностью, что
требует скорости выброса 1 км/с. Выбросы состоят из двуокиси серы SO2.
Образование вулканов связано с расплавлением силикатных масс в недрах Ио,
содержащих небольшое железное ядро. Это подтверждается средней плотностью Ио - 3,5 г/см
3
. Под видимой корой лежит неоднородный подкорковый силикатный слой, который в очень немногих областях малой протяженности выходит на поверхность в виде гор высотой до 10 км. Под верхним слоем твердой
серы, смешанной с SO2 лежит океан расплавленной серы (t = 1200С, давление 40
бар). Потоки в расплавленных недрах Ио, так же как и в Земле, создают тепловые очаги, в которых образуются вулканы. Интенсивные красный, оранжевый,
желтый, коричневый, черный и белый цвета на Ио подтверждают эти представления. Ударные кратеры с поперечником более 600 м не обнаружены, значит,
скорость отложений на поверхности должна превышать 0,1 мм/год и определяться выбросами, потоками, поверхностной эррозией, связанной с вулканической активностью.
Возраст свежих разноцветных потоков меньше 1000 лет.
Европа. Радиус 1569 км. Поверхность Европы покрыта лабиринтом запутанных
тонких линий и полос, похожих на марсианские “каналы”. Длина некоторых
достигает тысяч километров, ширина 20-40 км. Скорее всего это чем-то заполненные трещины. Самые высокие детали возвышаются на высоту всего 40 м.
Она напоминает исцарапанный оранжевый шар. Почти полное отсутствие ударных кратеров говорит о том, что их следы сразу же исчезают. Внешняя кора
скорее всего ледяная до глубин 100 км. Средняя температура поверхности около
-1500С. Недра спутника должны быть горячими, химический состав похожий на
Ио. Плотность несколько меньше чем у Ио - 3,0 г/см
3
вызвана наличием ледяной коры. Множество трещин - результат снятия напряжений, возникающих под
поверхностью.
Недавние наблюдения с помощью космического телескопа им. Хаббла позволили обнаружить на Европе разреженную атмосферу, состоящую из молекулярного кислорода. Ее плотность очень мала. Солнечный свет, космические лучи и
микрометеориты выбивают с поверхности Европы молекулы воды, которые под
действием ультрафиолетового излучения распадаются на атомы водорода и кислорода. Атомы водорода сразу же покидают атмосферу, а атомы кислорода
объединяются в энергетически более выгодные молекулы.
Ганимед. Самый крупный и массивный из всех спутников. Радиус 2631 км.
Средняя плотность 1,9 г/см3
. Он почти на половину состоит из воды или льда.
Средняя температура поверхности - 1300С. Темные области Ганимеда усеяны
кратерами диаметром в несколько десятков километров.
На спутнике существует огромная система хребтов. Самым интересным объектом поверхности являются пучки длинных параллельных борозд. Они покрывают значительную часть площади спутника. Эти образования современной
наукой не объяснены.
Каллисто. По размерам это третий спутник в солнечной системе. Радиус 2410
км. Но плотность самая маленькая 1,8 г/см3
. Поверхность Каллисто на невидимой с Юпитера стороне очень насыщена кратерами. На обращенной к Юпитеру
стороне видна огромная многокольцевая структура с яркой центральной областью поперечником около 300 км. От 8 до 10 кольцевых гребней окружают
центр до расстояния примерно 1500 км. В центральной области Каллисто кратеров гораздо меньше, чем на остальной поверхности. Значит эта область моложе.
Парадоксально то, что при малой плотности Каллисто должна содержать больше воды, чем Ганимед, но при этом сохраняет древние ударные кратеры. Низкое
альбедо Каллисто говорит о примеси в коре пыли. Температура поверхности -
1200С или выше. Эта температура все же низка, чтобы образовать атмосферу из
водяного пара.
Сатурн имеет самую низкую плотность 0,7 г/см3
. Он вращается очень быстро, с
периодом чуть больше 10 часов и поэтому заметно сплюснут. Облака на Сатурне заметны менее, чем на Юпитере. Иногда заметны крупномасштабные возмущения. Так в 1994 году наблюдалось большое белое пятно в экваториальной
области.
“Вояджер-1” обнаружил облака различных типов и Большое Коричневое пятно
размерами с Землю.
Температура в верхней части облаков от -1780С до -1730С.
Атмосфера состоит в основном из водорода и гелия.
Атмосферные массы в циклониальных областях и антициклониальных движутся навстречу друг другу со скоростями выше 100 м/с, соприкасаясь образуют
вихри и бури.
Наибольшую скорость струйные течения воздушных масс имеют на экваторе -
500 м/с.
Ось магнитного поля почти полностью совпадает с осью вращения планеты.
Напряженность магнитного поля на экваторе равна 0,7 земного. Но внутреннее
магнитное поле гораздо сильнее из-за больших размеров планеты.
Сатурн имеет внутренние источники энергии и излучает в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца.
Внутреннее строение Сатурна такое же как и у Юпитера.
Кольца Сатурна увидел еще Галилей, но из-за плохого качества своих инструментов, не смог разглядеть их детально и решил, что это какие-то образования,
наподобие шаров.
Наблюдения Гюйгенса показали, что Сатурн имеет кольца. Применение более
совершенной техники позволило Дж. Кассини открыть щель между кольцами,
которая с тех пор носит его имя.
Фотографии космического аппарата “Вояджер-1” показали, что кольца состоят
из множества концентрических узких колец, общая картина которых напоминает звуковые дорожки на грампластинке.
Кольца Сатурна лежат точно в экваториальной плоскости планеты. При наблюдении с Земли они бывают видны под разным углом. 21 мая, 11 августа 1995
года и 11 февраля 1996 года кольца поворачивались к Земле ребром и были
видны в виде узкой полоски.
Внутренне кольцо С имеет размеры 17 000 км, среднее самое яркое В - 28000 км
и внешнее А - 17000 км. Кольца А и В разделены щелью Кассини.
Большие кольца состоят из множества маленьких колечек, которые в свою очередь распадаются на отдельные частицы, причем каждая частица движется вокруг Сатурна по своей собственной орбите в соответствии с законом тяготения
Ньютона. Данные спектрального анализа показывают, что частицы кольца покрыты льдом и инеем. Поэтому обладают высокой отражательной способностью.
Самые крупные частицы колец имеют размеры от 1 до 15 метров.
Частицы не могут объединятся в крупные тела, так как приливное воздействие
Сатурна разрушило бы их. Скорее всего, что кольца состоят из разрушенного
ранее спутника Сатурна с диаметром несколько сотен км.
Строение колец содержит много загадок. Например, некоторые узкие кольца
имеют заметный эксцентриситет, наблюдается даже “переплетенное” кольцо, в
котором переплетаются три отдельных кольца или потока частиц.
Наблюдаются также радиальные темные лучи в главных кольцах. Они создаются скорее всего магнитным полем.
До полета “Вояджеров” было известно 10 спутников Сатурна. По новым данным их число может быть от 18 до 23.
Самыми большими являются Титан, Рея, Япет, Диона, Тефия, Энцелад, Мимас,
Гиперон, Феба, Янус. Их диаметры соответственно от 2575 до 110 километров.
Остальные по размерам незначительны (от 70 до 12 км).
Плотности больших спутников заключены между 1 и 1,3 г/см3
. Самая большая
плотность у Титана - 2 г/см3
.
Мимас (диаметр 197 км) имеет поверхность, сплошь усыпанную кратерами.
Примечательной деталью является огромный кратер Гершель, диаметр которого
140 км. Перепад высот на спутнике не превышает 7-8 км.
Энцелад (диаметр - 251 км) покрыт льдом. Его поверхность отражает почти
100% падающего на него солнечного излучения. На поверхности спутника видны следы тектонических процессов. Видны многочисленные разломы и борозды. Размер крупнейших кратеров не превышает 35 км.
Диона(диаметр 559 км) четвертый по размеру спутник. Самый большой кратер
имеет диаметр 100 км.
Титан - единственный спутник, обладающий протяженной атмосферой. Еще в
1943 - 1944 годах Дж. Койпер открыл у этого небесного тела мощную атмосферу, состоящую из азота. По современным гипотезам на поверхности Титана могут быть дожди и океаны из жидкого азота. Другие предположения допускают
наличие теплой и покрытой водой поверхности.
По последним данным Титан не имеет больших океанов, поскольку его орбита
имеет значительный эксцентриситет, а приливные эффекты его бы давно
уменьшили. Скорее всего на поверхности есть моря или озера, заполненные
жидкими углеводородными соединениями (метан). Наблюдения в инфракрасном диапазоне на космическом телескопе подтверждают эту гипотезу.
Вокруг планеты существует большое водородное облако, что можно объяснить
диссипацией метана в верхней атмосфере.
Япет имеет одну особенность. Половина его поверхности, обращенная к Сатурну, темная и отражает около 5% падающего света, тогда как обратная сторона
отражает в 6 раз больше. “Вояджер-1” показал, что яркая сторона покрыта
льдом, а темная сторона имеет ледяное покрытие всего на 5%.
В 1995 году NASA сообщило об открытии четырех спутников Сатурна космическим телескопом. Размеры спутников от 50 до 24 км. Они расположены вблизи колец и были обнаружены только при компьютерной обработке фотографий,
включающей уменьшение засветки колец.
Дальнейшие наблюденя на космическом телескопе показали, что это скорее всего новый класс объектов, состоящий из осколков льда. Так как их протяженность слишком велика, чтобы составлять целое космическое тело.
Исследование, описанное в статье про юпитер, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое юпитер, сатурн и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Астрономия
Комментарии
Оставить комментарий
Астрономия
Термины: Астрономия