Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.allplanets.ru/solar_sistem/jupiter/jupiter_statya.htm
Дата изменения: Tue Jan 16 16:56:23 2007
Дата индексирования: Mon Oct 1 21:41:21 2012
Кодировка: Windows-1251

Поисковые слова: arp 220
Юпитер
планетные системы
планетные системы
новости планетной астрономии
статьи
статистика
глоссарий
галерея
обновления
о сайте
ссылки


ЮПИТЕР

Вика Воробьева

Юпитер - пятая и самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 318 раз превышает массу Земли, и в 2,5 раза - массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых. Радиус Юпитера в 11 раз больше радиуса Земли - это не только самая массивная, но и самая крупная планета Солнечной системы. Однако его средняя плотность сравнительно невелика и составляет 1,33 г/куб.см.
Юпитер вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 5,2 а.е. и делает один оборот примерно за 12 лет. На таком расстоянии освещенность примерно в 27 раз меньше освещенности на земной орбите. Также Юпитер - самая быстровращающаяся планета Солнечной системы: он делает один оборот вокруг своей оси за 9 часов 55 минут 30 секунд. Ось вращения Юпитера наклонена к плоскости его орбиты всего на 3 градуса, поэтому сезонных изменений на планете не происходит. Быстрое вращение вытягивает конвективные ячейки в атмосфере планеты в длинные облачные ленты, делая диск Юпитера характерно полосатым. Светлые полосы традиционно называются зонами, а темные - поясами.

Этот снимок Юпитера был получен АМС Кассини 7 декабря 2000 года. Разрешение снимка 144 км в пикселе. Оригинал лежит здесь и весит 77 кб

В отличие от Земли и других планет земной группы, у Юпитера нет твердой поверхности. То, что мы видим как его поверхность, является верхушками облаков. Яркие белые облака на Юпитере сложены замерзшим аммиаком, более темные - гидросульфидом аммония. Атмосфера состоит в основном из водорода и гелия с небольшой примесью метана, аммиака и водяного пара. По мере погружения вглубь температура и давление атмосферы быстро растут, пока на глубине порядка 25 тыс. км и давлении 3-4 Мбар водород не переходит в металлическую форму. В толстом слое металлического водорода формируется мощное магнитное поле Юпитера. Напряженность магнитного поля у верхушек облаков составляет около 10Э.

АТМОСФЕРА ЮПИТЕРА.
Состав атмосферы
Температурные и высотные профили
Скорость ветра
Дымка и облака
Большое Красное Пятно

МАГНИТОСФЕРА ЮПИТЕРА

КОЛЬЦА ЮПИТЕРА

СПУТНИКИ ЮПИТЕРА

Атмосфера Юпитера в основном состоит из молекулярного водорода (86,4% по числу частиц) и гелия (13.6% по числу частиц или 23,8% по массе). Количество других примесей невелико. Кроме водорода и гелия, в атмосфере присутствуют: метан (0,21%), аммиак, сероводород, водяной пар, фосфин, продукты фотолиза метана (в основном этан) и инертные газы.

Таблица 1. Содержание примесей в атмосфере Юпитера, по числу частиц. Содержание водорода принято за единицу.

вещество
его количество
в сравнении с Солнцем
гелий He
0.156
0.80
метан CH4
2.1 * 10-3
2.9
аммиак NH3
8 * 10-4
3.5
вода H2O
6 * 10-4
~0.35
сероводород H2S
7.7 * 10-5
2.5
неон 20Ne
2.3 * 10-5
0.1
аргон 36Ar
1 * 10-5
2.5
этан C2H6
1-5 * 10-6
-
фосфин PH3
6 * 10-7
0.82

Метан не конденсируется в атмосфере Юпитера, и его содержание почти не изменяется от места к месту. Но аммиак, сероводород и вода конденсируются, образуя облака, поэтому содержание этих веществ сильно зависит от глубины и широты места наблюдения. Значения, приведенные в Таблице 1, соответствуют глубине 8-16 атмосфер, где уже достаточно горячо и воздух хорошо перемешался.

Аммиак в атмосфере Юпитера.

Здесь показано количество аммиака в зависимости от глубины по данным зонда Галилео и наземным наблюдениям. Облака из замерзшего аммиака конденсируются на уровне давления около 0,75 атм. По данным "Вояджеров", содержание аммиака на уровне 1 атм. составляет 2.2 * 10-4 и 1.3 * 10-4 в зонах и поясах соответственно. На глубине несколько атм. содержание аммиака увеличивается до 4.4 * 10-4. На глубине 7 атм. содержание аммиака достигает 8 * 10-4 и далее почти не меняется.

Сероводород в атмосфере Юпитера.

Здесь показано количество сероводорода в зависимости от глубины. На уровне 0.8 атм. показан верхний предел, полученный из наземных наблюдений. На уровне 3.8 атм. зондом Галилео тоже был получен только верхний предел. Зато глубже сероводорода становится все больше, на глубине 16 атм. его количество достигает 7.7 * 10-5 и дальше уже не меняется. На каждую молекулу сероводорода приходится примерно 10 молекул аммиака. На уровне давления около 2.2 атм. сероводород вступает в реакцию с аммиаком и образует облака из гидросульфида аммония.

Вода в атмосфере Юпитера.

Вопрос с водой на Юпитере остается нерешенным до сих пор. Еще до спуска зонда Галилео в атмосферу Юпитера делались многочисленные попытки определить количество воды на планете путем спектральных наблюдений в ИК-диапазоне в спектральной области около 5 мкм, где атмосфера Юпитера наиболее прозрачна. Однако интерпретации полученных данных были противоречивы - от количества водяного пара, гораздо меньшего, чем на Солнце, до количества, в 2 раза большего. Разные авторы получали количество воды 10-5, т.е. ~ 0,006 от солнечного при температурах воздуха больше 250К, 3,3 * 10-5 (0,02 солнечного) на уровне давления 6 атм., и пр.
7 декабря 1995 года в атмосферу Юпитера вошел зонд Галилео, непосредственно измеривший состав атмосферы, ее плотность и температуру на уровнях давления от 0.5 до 22 атм. Он погрузился в одно из так называемых "5-мкм горячих пятен" - область атмосферы, практически лишенную облаков.

Снимок Юпитера, сделанный в ИК-лучах с длиной волны 5 мкм. Яркие области - зоны, почти свободные от облаков, где наружу выходит тепловое излучение более глубоких, плотных и горячих слоев атмосферы (на уровне 5-8 атм.)

Области "горячих пятен" соответствуют нисходящим ветвям ячеек конвекции планетарного масштаба. В этих областях воздух погружается и нагревается, становясь очень сухим. Зонд Галилео, опускаясь в верхней атмосфере Юпитера, на уровнях давлений, меньших 3.8 атм., смог получить только верхний предел на количество водяного пара, равный 7 * 10-7. Однако на уровне 11.7 атм. содержание водяного пара уже составило 4.8 * 10-5, а на уровне 18.7 атм. - 6 * 10-4. Содержание сероводорода и аммиака также увеличивается с глубиной, но начиная с определенного уровня оно достигает постоянного значения и больше не меняется. Однако количество водяного пара продолжало увеличиваться и глубже 20 атм., таким образом количество воды в глубоких, хорошо перемешанных слоях атмосферы Юпитера осталось неизвестным.

Температурные и высотные профили атмосферы Юпитера.

На этом графике показаны профили плотности и давления верхней атмосферы Юпитера в зависимости от высоты. Давление на этом графике меняется от 1 нанобар до 0,4 атм (400 миллибар). Плотность на высоте 1028 км составила 3 * 10-11 кг/куб.м. Белыми квадратами показаны данные Вояджеров.

Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Юпитера расположена на уровне давления 175 миллибар (0.175 атм.) при температуре 109К и высоте 35 км над уровнем давления, равном 1 атм. По-видимому, эти значения могут немного меняться в зависимости от времени и широты места наблюдения. В 1979 году "Вояджер" нашел тропопаузу на уровне давления 150 миллибар и температуре 104К. Выше расположена стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На высоте от 80 до 300 км над уровнем давления 1 атм. расположена мезопауза - изотермический уровень, где температура почти не меняется и составляет 160К. Давление в этой области уменьшается от 12 до 0.003 миллибар. Еще выше температура начинает быстро повышаться и в экзосфере достигает значений 900-1100К.

На этом графике показан температурный профиль верхней атмосферы Юпитера. По данным Вояджеров, температура экзосферы составила 1100К на высоте 1400 км над уровнем 1 атм. Данные с зонда Галилео начали поступать начиная с высоты 1028 км. На этой высоте температура атмосферы составила около 900К.

Температурный профиль стратосферы и тропосферы Юпитера по данным Вояджера-1. Видна большая изменчивость температурного профиля в стратосфере. Ниже тропопаузы начинается устойчивый рост температуры с глубиной. По данным зонда Галилео, на глубине 3 атм. температура составила 228К (-45С), а на глубине 11 атм. - уже 350К (+77С)

Скорость ветра в атмосфере Юпитера.

На видимом диске Юпитера доминирует полосатая картина облаков. По традиции, белые полосы называют зонами, а темные - поясами. Самые сильные ветры дуют на границе зон и поясов. Максимальная скорость ветра достигает 150-160 м/сек.
На экваторе ветры дуют в прямом направлении, т.е. в направлении вращения планеты, их скорость составляет 70-140 м/сек. Но уже на 15-18 градусах северной и южной широты направление ветра меняется на обратное и достигает скорости 50-60 м/сек. В дальнейшем атмосферные течения прямого и обратного направления несколько раз сменяют друг друга, а скорость ветра в них уменьшается с увеличением широты. В приполярных широтах зональная скорость ветра близка к нулю.

Скорость зональных ветров на Юпитере в зависимости от широты. Непрерывной линией показаны данные Кассини (2000 год), пунктирной - данные Вояджера (1979 год)

По данным зонда Галилео скорость ветра сначала растет с глубиной, а потом становится постоянной. На уровне давления 0.5 атм. скорость ветра составила 90 м/сек, достигла 170 м/сек. на уровне 4 атм. и далее почти не менялась.

Высокая зональная скорость ветра приводит к неравномерному вращению Юпитера на разных широтах. Так, период вращения экваториальной зоны почти на 5 минут меньше периода