Юпитер, названный в честь царя римских Богов, господствует и среди девяти планет нашей Солнечной системы, соперничая с Солнцем в своем великолепии. Он более чем в два раза тяжелее, чем все другие планеты вместе взятые, и в 318 раз тяжелее Земли. Юпитер благоволит наблюдателям. Диск планеты достаточно велик для того, чтобы обладатели даже скромных телескопов смогли различать в его атмосфере простейшие структуры облаков. А Галилеевы спутники были бы видны невооруженным глазом, если бы их не затмевало сияние божественного хозяина. Юпитер на небе уступает в яркости только Солнцу, Луне, Венере и изредка Марсу. В противостояниях блеск планеты почти достигает -3^m.

Уже шесть АМС побывали у этой гигантской планеты. Это американские аппараты "Пионер 10", "Пионер 11", "Вояджер 1", "Вояджер 2", "Кассини" и "Галилео". Последний все еще кружился возле Юпитера, собирая важнейшие научные сведения.

Общие сведения

Бог Юпитер - древнеримский двойник древнегреческого громовержца Зевса.

Юпитер отдален от Солнца на 778,3 млн. км (5,2 а.е.), его экваториальный диаметр - 143 тыс. км, что в 11 раз превышает земной. Масса планеты переваливает за 1,9^.10²⁷ кг. Вокруг своей оси он, в среднем, обращается за 10 часов. Так как Юпитер не является твердым шаром, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части вращаются быстрее, чем приполярные области. Это же наблюдается у Солнца и других газовых планет. По той же причине Юпитер заметно сжат у полюсов. Ось вращения планеты почти перпендикулярна орбите. Следовательно, на Юпитере нет смены времен года. 

В строении своем Юпитер имеет сходство с небольшой звездой. Внутреннее давление в его недрах может достигать 100 миллионов атмосфер. Магнитное поле Юпитера огромно, даже в сравнении с величиной самой планеты - оно простирается на миллионы километров. Если магнитосфера его была бы видима, она имела бы при рассмотрении с Земли угловой размер, равный лунному.

Сопровождаемый 39-ю известными спутниками, кольцами и огромной сложной атмосферой, Юпитер обращается вокруг Солнца почти за 12 лет, являясь ближайшей к нему планетой-гигантом. Атмосфера его изобилует молниями и гигантскими вихрями, такими как Большое Красное Пятно. Этот вихрь существует, по крайней мере, 300 лет. Примерно столько прошло времени со дня его открытия. Со своей системой спутников Юпитер подобен миниатюрной Солнечной системе. Хотя Юпитер и похож по своему химическому составу на звезды, он не сияет, подобно Солнцу. Масса Юпитера составляет только одну восьмидесятую долю от необходимой для образования звезды. Меньшее значение массы не позволяет недрам Юпитера разогреться до нужной температуры.

Однако Юпитер и без того сильно влияет на небесные тела Солнечной системы. Некоторые спутники Юпитера, вероятно, являются астероидами, захваченными гравитационным притяжением гиганта. Пути неосторожно приблизившихся малых планет и комет по тем же причинам искажаются, что иногда приводит к катастрофическим последствиям. Кометы-неудачники могут быть выброшены Юпитером из Солнечной системы, либо пойманы им в смертельную ловушку, как это случилось с кометой Шумейкера-Леви-9 в 1994-м году.

История открытий 

Юпитер - одна из планет, видимых невооруженным глазом, и путь ее по ночному небу был наблюдаем тысячи лет.

В 1610-м году, итальянский астроном Галилео Галилей обнаружил четыре самых больших спутника планеты: Ио, Европу, Ганимед, и Каллисто, известные также как Галилеевы спутники. Это было одно из самых ранних астрономических открытий, сделанных с телескопом. Оно  сыграло свою роль, добавив уверенности сторонникам гелиоцентрической системы мира, В те далекие дни борьба мировоззрений была очень остра, и самому Галилею тоже досталось от Святой Римской инквизиции.

В течение последующих лет, с улучшением телескопов, становились известными и размер планеты, и существование Большого Красного Пятна, которое представлялось, по началу, островом в гигантском море на поверхности Юпитера. 

Земная астрономия всегда продолжала совершенствоваться. Мы достигли истинного понимания некоторых "поверхностных" явлений (изменений в расположении деталей, их размеров, цвете), считая их уже атмосферными, а не относящимися к вовсе несуществующей твердой поверхности. 

С приходом радиоастрономии в науку (а именно в 1955-м году), мы обнаружили, что Юпитер - источник устойчивого высокочастотного радиошума, указывающего на электрическую деятельность гиганта. Юпитер изучается во всех длинах волн. Справа Вы видите сравнение снимков Юпитера в тепловых и видимых лучах.

В марте 1972-го года была запущена АМС "Пионер 10", для наблюдения пояса астероидов и Юпитера. Долетев до Юпитера в декабре 1973-го года, "Пионер 10" обнаружил интенсивное излучение, исходящее от Юпитера, огромное магнитное поле, предполагающее наличие проводящей ток жидкости в недрах планеты.

Годом позже, однотипный космический аппарат "Пионер 11", пролетал Юпитер на своем пути к Сатурну и передал даже более подробные изображения гигантской планеты. Изучая данные, полученные этим аппаратом, ученые впервые заподозрили наличие у Юпитера колец.

31 марта 1997-го года был выключен космический аппарат "Пионер 10", который еще в 1973-м году первым преодолел пояс астероидов и достиг Юпитера. В 1983-м году он пересек орбиту Нептуна - самой далекой на тот год планеты от Солнца - и направился к границам Солнечной системы. Находящееся в исправности оборудование "Пионера 10" питалось энергией распада  помещенных на спутник радиоактивных веществ. Теперь этот источник иссяк. "Пионер 10" был выключен с расстояния в 9 световых часов, через 25 лет после запуска.

В августе и сентябре 1977-го года, были запущенны два "Вояждера" для изучения внешней части Солнечной системы. "Вояждеры" побывали возле Юпитера в 1979-м году, подарив нам поразительные, красивые изображения царя планет, обнаружив тысячи деталей, до тех пор неизвестные. "Вояджеры"  поведали нам, что процессы в атмосфере Юпитера - несоизмеримо более грандиозные подобия тех же явлений земной атмосферы. "Вояджеры" подтвердили догадки о кольцах планеты. Юпитер - третья планета, у которой открыли кольца.

Запущенный в октябре 1989-го года с основной задачей изучения  Юпитера, космический аппарат "Галилео" вернулся к Земле 8 декабря 1990-го года для совершения обычного гравитационного маневра. После он направился к астероиду Гаспра, потом повстречался с другим астероидом - Идой, откуда уже попал в систему Юпитера.

"Галилео" был нацелен на самые разнообразные  исследования как самой планеты, так и ее спутников. В 1995-м году от аппарата отделился специальный зонд, предназначенный для изучения атмосферы Юпитера. В этом фотоаппарате Вы найдете красивое изображение, на котором запечатлен момент покорения планеты этим зондом (NASA). 

Также предлагаем взглянуть на огромный плакат со схемой полета "Галилео", знаковыми датами его путешевствия, избранными фотографиями. Этот плакат переведен автром энциклопедии и позаимствован с сайта проекта "Галилео" (NASA). Размер файла около 1,4 мБ, так что рассчитывайте силы свои и силы своей техники.

А телескоп им. Хаббла снял место вхождения зонда в атмосферу с околоземной орбиты. Некоторые снимки "Галилео" Вы найдете в этом разделе.

Модель движения "Галилео" на орбите вокруг Юпитера (516к, mpg) и "Галилео" занимается исследованием Юпитера (789к, mpg)(NASA)

Крупным наземным и орбитальным телескопам, безусловно, по силам внести и свою лепту в изучение гиганта. Тому пример результаты исследований телескопа имени Хаббла. Ищите снимки телескопа в этом разделе и за обеими ссылками:

Образование Юпитера 

Юпитер хранит ключи от многих тайн Солнечной системы. Около 4,5 млрд. лет тому назад, когда Солнечная система формировалась из вращающегося облака газов и пыли,. ядро Юпитера, вероятно, зарождалось из льда и камней общей массой, превышающей в 15 раз земную. Давление солнечного света выталкивало атомы легких газов (водорода и гелия) из внутренней по отношению к орбите Юпитера части Солнечной системы, а притяжение больших ледяных ядер нашего гиганта и зарождавшегося по соседству Сатурна постаралось собрать эти атомы возле себя. Из гелия и водорода, в основном, и состоит атмосфера Юпитера сегодня. Юпитер "оброс" самой большой атмосферой среди всех планет, так как центральное внутреннее ядро его раньше достигло необходимой массы. Лик Юпитера, который мы видим, - это верхние слои его атмосферы.

Химический состав, физические условия и строение Юпитера

Если не считать ядра, Юпитер на 90% - водород и на 10% - гелий по количеству атомов, и в соотношении 3 к 1-му - по массе. В атмосфере обнаружены метана, вода, аммиак и многие другие вещества. В ядре планеты преобладающими являются тяжелые вещества, в основном, вода.

Огромная атмосфера Юпитера создает и огромное давление. Оно увеличивается при приближении к центру планеты. В таких экстремальных условиях газы в атмосфере находятся в необычных состояниях. Ученые имеют основания считать, что находящийся достаточно глубоко водород под давлением атмосферы, возможно, сформировал слой в жидком металлическом состоянии. Это и не океан, и не атмосфера. Такой слой водорода должен иметь свойства, которые не укладываются в наше привычное понимание. В отличие от простого газообразного водорода, жидкий металлический водород способен проводить электрический ток. Устойчивый радиошум и сильное магнитное поле Юпитера излучаются как раз этим слоем металлической жидкости.

При удалении от ядра планеты, когда мы можем без сомнения считать, что речь идет об атмосфере, мы увидим, что газы ведут себя более знакомым образом, перемещаясь в общих планетных циркуляциях, управляемых изначально вращением планеты. Полагают, что Юпитер имеет три слоя облаков в своей атмосфере. Наверху - облака из оледеневшего аммиака. Под ними - облака кристаллов сероводорода аммония, а в самом низком слое - собираются водяной лед и, возможно, жидкая вода.

Атмосферам Юпитера и других газовых планет свойственны ветры больших скоростей, дующие в пределах широких полос, параллельных экватору планеты. В смежных полосах на Юпитере ветра направлены в противоположные стороны. Эти полосы различимы даже в небольшой телескоп.

Ветры на Юпитере достигают скорости 500 км в час. Изучение атмосферы позволило сказать, что ветры эти также существуют в более низких ее слоях, вплоть до тысячи километров от внешних облаков. Из этого сделан вывод, что они управляются не энергией излучения Солнца, а внутренним теплом планеты, в то время как на Земле все происходит наоборот.

В атмосфере Юпитера возникают чудовищные бури и вихри, одним из которых является Большое Красное Пятно, замеченное с Земли более 300 лет назад. Большое Красное Пятно (БКП) - овал размером 12 000 на 25 000 км, т.е. это достаточно большая область для того, чтобы вместить в себя две Земли.

Исследования, проведенные в ИК-диапазоне, и визуальные наблюдения движений в самом вихре указывают на то, что он - область высокого давления, т. е. антициклон. Облака Пятна расположены значительно выше и более холодны, чем облака вокруг. Схожие структуры обнаружены на Сатурне и Нептуне. До сих пор неизвестно, как они могут существовать так долго. Как возникают такие красочные явления - также неизвестно, но ученые полагают, что они обусловлены потоками разогретых газов из недр планеты. Цвета потоков и прочих облаков, вероятно, вызваны их химическим составом. Например, хотя количество углерода в атмосфере Юпитера очень невелико, атомы этого вещества легко объединяются с атомами водорода и кислорода, образуя целый ряд газов, таких, как угарный, метан и другие органические соединения, вносящие разнообразие цветов. Оранжевые и коричневые цвета в облаках Юпитера могут быть соотнесены с органическими соединениями, включающими в себя серу и фосфор.

Юпитер излучает больше энергии в пространство, чем получает от Солнца. Недра Юпитера, вероятно, разогреты до 20 000 K. Тепло создается медленным гравитационным сжатием планеты.

Долгоживущий Белый Овал в атмосфере Юпитера в фиолетовых лучах. Этот вихрь образовался в 30-х годах ушедшего столетия к югу от Большого Красного Пятна. С востока на запад он имеет размер 9 000 км и дрейфует вместе с другими подобными циклонами в направлении преобладающих вокруг него ветров. К югу (т. е. ниже) можно заметить меньший вихрь со своими циклоническими рукавами. Он движется со скоростью 0,4╟ в день относительно большего соседа. Взаимодействие между двумя вихрями породило своеобразный рисунок из облаков в атмосфере. Размер минимальных видимых деталей на снимке - десятки километров. Изображение получено 19-го февраля 1997-го года аппаратом "Галилео".

Движение ветров в атмосфере Юпитера видимые в ультрафиолете и фиолетовых лучах (Снимок телескопа имени Хаббла).

Вверху в виде темных пятен, выстроившихся в линию в южном полушарии планеты, видны следы столкновения частей кометы Шумейкера-Леви 9 (слева направо: части С, А, Е). Эта пара изображений получена несколько часов спустя после падения части Е, 17-го июля 1994-го года. Пятна перемещались вместе с ветрами в атмосфере Юпитера. Особенно темными  пятна кажутся на снимке справа, в ультрафиолете, потому что кометные осколки оставили в атмосфере частицы пыли и газ, поглощающие ультрафиолет. Все это вещество медленно оседало со временем в более нижние слои облаков.

Внизу представлено то же полушарие 12-13 дней спустя. Пятна расползлись вдоль линий широт, по направлениям ветров.

Отыщите на снимках Красное Пятно.

Благодаря содействию профессора Виктора Тейфеля из Лаборатории физики Луны и планет Астрофизического института им.В.Г.Фесенкова в Казахстане, мы можем представить здесь две фотографии Юпитера. Снимки получены с метровым телескопом в 1997-м году.

Модель движения облаков в атмосфере  Юпитера (4 128к, avi)
Движение оболаков в районе Большого Красного Пятна (1 790к, avi) /NASA/

Кольца Юпитера

У Юпитера есть кольца, значительно уступающие в яркости и красоте  кольцам Сатурна. Кольца Юпитера были открыты "Вояджером 1".  С Земли кольца могут быть замечены при наблюдении в ИК-диапазоне. В отличие от колец Сатурна, кольца Юпитера темны (альбедо - 0,05). Они, вероятно, состоят из очень небольших твердых частиц метеорной природы. Частицы колец Сатурна - ледяные.

Из-за препятствий, создаваемых атмосферой и магнитным полем планеты, частицы колец врядли остаются в них долго. Вероятность того, что наблюдаемое теперь кольцо - остаток некогда более внушительного, - невелика. Слишком много времени прошло с тех пор, как возникла планета. Это значит, что кольца должны непрерывно пополняться. Небольшие спутник Метис и Адрастея, чьи орбиты лежат в пределах колец, - очевидные источники таких пополнений.

Магнитосфера 

Юпитер имеет огромное магнитное поле, значительно превышающее по напряженности Земное. Магнитосфера Юпитера простирается на 650 млн. км, за орбиту Сатурна! Но в направлении Солнца оно почти в 40 раз меньше. Даже на таком расстоянии от себя Солнце показывает, кто, на самом-то деле, в доме хозяин. Таким образом, форма магнитосферы Юпитера, как и других планет, далека от сферической.

Спутники Юпитера лежат в области влияния поля, и это, возможно, объясняет относительно недавно открытую вулканическую деятельность Ио. Напомним, что магнитное поле захватывает заряженные частицы, летящие от Солнца (этот поток называют солнечным ветром), образуя радиационные пояса. Присутствие в таких областях незащищенного специальными средствами живого существа было бы для последнего губительным. Для космических аппаратов такая обстановка также создает большие проблемы. Магнитное поле мешает работать приборам, и само по себе, и захваченными им частицами. С этим часто сталкиваются в настоящее время. Поле Юпитера очень сильно. "Галилео", при изучении атмосферы планеты, обнаружил радиационный пояс, приблизительно в 10 раз мощнее земного, между кольцом Юпитера и самыми верхними атмосферными слоями.

Открытые вопросы 

1. Следует как следует разобраться с тем, как именно происходит расслоение атмосферы планеты, проявляющее себя полосами на видимой поверхности облаков. Причины возникновения таких воздушных течений ясны разве что в самых общих чертах.
2. Множество вопросов вызывает спутниковая система гиганта. Поинтересуйтесь этим разносторонним миром, продолжив изучение этого раздела.