Орбитальные миссии
«Галилео» (1995—2003)
До 2016 года единственным космическим аппаратом на орбите Юпитера являлся «Галилео», который вышел на орбиту вокруг Юпитера 7 декабря 1995 года. Он вращался вокруг планеты на протяжении более семи лет, сделав 35 оборотов, после чего был разрушен путём управляемого падения на Юпитер 21 сентября 2003 года. За это время он собрал большой объём информации о системе Юпитера, хотя поток информации оказался не так велик, как предполагалось, из-за поломки при развёртывании узконаправленной антенны. Основные события в ходе восьмилетних исследований включали несколько пролётов мимо всех галилеевых спутников, а также мимо спутника Амальтея («Галилео» был первым зондом, выполнившим такой пролёт). Он также наблюдал падение кометы Шумейкеров — Леви 9 на Юпитер во время своего приближения к Юпитеру в 1994 году и отправил атмосферный зонд в атмосферу Юпитера в декабре 1995 года.
Камеры на аппарате «Галилео» 16—22 июля 1994 года наблюдали фрагменты кометы Шумейкеров — Леви 9 во время их падения на южное полушарие Юпитера со скоростю примерно 60 км/с. Это было первое прямое наблюдение внеземного столкновения объектов в Солнечной системе.
Падение фрагментов кометы происходило на стороне Юпитера, скрытой от Земли. «Галилео», находившийся в тот момент на расстоянии 1,6 а.е. от планеты, зафиксировал огненный шар от столкновения, который достиг пика температуры около 24 000 К (ср. с типичными для верхних слоёв облаков Юпитера температурами около 130 K, или −140 °C). Восходящий шлейф от огненного шара поднялся до высоты более 3000 км.
Атмосферный зонд был отделён от «Галилео» в июле 1995 года и вошёл в атмосферу планеты 7 декабря 1995 года со скоростью 47,8 км/с. В ходе торможения в атмосфере Юпитера перегрузки достигали 228 g. Затем зонд сбросил остатки своего теплозащитного экрана и раскрыл парашют, на котором в течение 57,6 минуты опускался через 156 км атмосферы, осуществляя сбор и передачу данных, прежде чем был повреждён давлением (в 22 раза превышающим нормальное атмосферное давление на Земле) и температурой (153 °C). После этого, достигнув более глубоких и нагретых слоёв атмосферы, он мог расплавиться или, вероятно, испариться. Орбитальный аппарат «Галилео» испытал более быструю версию той же судьбы, когда он был направлен на планету 21 сентября 2003 года на скорости свыше 50 км/с, чтобы исключить любые шансы падения на спутник Юпитера Европу и его биологического загрязнения.
Основные научные результаты миссии Галилео включают в себя:
- первое наблюдение облаков из аммиака в атмосфере другой планеты — атмосфера образует частицы аммиачного льда из материала, поступающего из нижних слоёв.
- подтверждение обширной вулканической активности на Ио, которая в 100 раз больше, чем на Земле; температура и частота извержений напоминают историю ранней Земли;
- наблюдения сложных взаимодействий плазмы в атмосфере Ио, которые создают огромные электрические токи, соединяющиеся с атмосферой Юпитера;
- предоставление доказательств в поддержку гипотезы, что под ледяной поверхностью Европы существуют жидкие океаны;
- первое обнаружение существенного магнитного поля у спутника (Ганимед);
- данные по измерению магнитного поля, свидетельствующие, что на Европе, Ганимед и Каллисто под видимой поверхностью присутствует жидкий слой солёной воды;
- подтверждение наличия на Европе, Ганимеде и Каллисто тонкого слоя атмосферы, известного как поверхностная экзосфера;
- установление источника формирования колец Юпитера (из пыли, которая появляется при столкновении межпланетных метеороидов с внутренними четырьмя спутниками Юпитера) и наблюдение двух внешних колец и возможного отдельного кольца вдоль орбиты спутника Амальтея;
- идентификация глобальной структуры и динамики магнитосферы планеты-гиганта.
«Юнона» (2016— )
Космический аппарат «Юнона» (НАСА) был запущен 5 августа 2011 г. Межпланетная станция, достигнув Юпитера, перешла на полярную орбиту с целью изучения структуры планеты, её гравитационного поля и магнитосферы (в частности, вблизи полюсов). Аппарат призван дать ответы на вопросы о том, как формировался Юпитер, в том числе, имеет ли планета каменное ядро, какое количество воды присутствует в атмосфере и как распределяется масса внутри планеты. Также планируется изучить внутренние атмосферные потоки планеты, которые могут достигать скорости в 600 км/ч.
Смертельная радиация
Электромагнитная ловушка Юпитера собирает и притягивает ионы, протоны, и частицы плазмы. Главным источником заряженных элементов являются солнечные ветра, галилеевы луны и вулканические выбросы его спутника Ио.
Микрочастицы перемещаются с высокой скоростью и образуют полярные сияния на полюсах. Они являются регулярными, меняется только интенсивность. Постоянные сияния в сотни раз ярче, чем временные сияния Земли.
Но у такой красоты есть обратная сторона. Частицы, которые остаются в области магнитного поля создают радиационные пояса. Доза радиации превышает смертельные показатели для человеческого организма в 25 раз. В таких условиях жизнь на Юпитере невозможна и его радиационное излучение — самое опасное в Солнечной системе.
Полярное сияние
Погода на планете
Атмосфера Юпитера характеризуется циклонами, штормами, молниями, высоким давлением и полет на Юпитер – опасная затея. Штормы могут увеличиваться на тысячи километров в течение пары часов. Ветра закручивают облака и создают циклоны со скоростью 380 километров в час. Бури в планетарной атмосфере не однодневное явление и длятся годами.
Покрывающие небесное тело облака, имеют разный состав, окраску и плотность. Так облака, располагающиеся на самом высоком уровне, имеют в составе кристаллы аммиака. Повышенная концентрация аммиака придает облакам светлый окрас.
Облака
Облака, расположенные ниже, состоят из частиц гидросульфида аммония. Они имеют более высокую температуру, большую плотность и получают более темный цвет. Облака образуют зоны и полосы газового гиганта, которые создает направление ветра. Облачный слой уходит на 50 километров вглубь планеты.
Столкновение противоположных потоков ветра порождают шторма и зоны повышенной турбулентности. Вихревые явления сопровождают яркие вспышки молний.
Протяженность молний достигает тысячи километров, а мощность в три раза выше земных.
Каллисто
Это четвертый галилеевский спутник, размер которого практически равен Меркурию, но составляет треть его веса. У него нет орбитального резонанса с другими спутниками, но он синхронно вращается 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.
Спутники
Множество мелких и четыре большие образуют Солнечную систему в миниатюре. У планеты 53 подтвержденных сателлита, а также 14 временных, что дает в общей сложности 67. Об этих недавно открытых спутниках сообщили астрономы и Международный астрономический союз дал им временное обозначение. Как только их орбиты будут подтверждены, они будут включены в число постоянных.
Четыре крупнейшие спутника — Европа, Ио, Каллисто и Ганимед — впервые были обнаружены в 1610 г. астрономом Галилео Галилеем с помощью ранней версии телескопа. Эти четыре луны сегодня представляют одно из самых увлекательных направлений исследований. Ио является самым вулканически активным телом в Солнечной системе. Ганимед — самый большой из них (даже больше, чем планета Меркурий). Второй по размеру спутник от Юпитера — Каллисто — мало имеет небольших кратеров, что указывает на малую степень текущей поверхностной активности. Океан жидкой воды с ингредиентами для жизни может лежать под ледяной корой Европы, делая ее заманчивым объектом для изучения.
Отменённые миссии
В конце 1980-х — начале 1990-х гг. был разработан проект советской АМС «Циолковский» для исследования Солнца и Юпитера, планировавшийся к запуску в 1990-х гг., но нереализованный ввиду распада СССР.
Из-за наличия возможных подземных жидких океанов на спутниках планеты — Европа, Ганимед и Каллисто — наблюдается большой интерес к изучению именно этого явления. Финансовые проблемы и технические трудности привели к отмене проекта Europa Orbiter с высадкой на Европу аппаратов криобота (для работы на ледяной поверхности) и гидробота (для запуска в подповерхностном океане); проект был запланирован НАСА, но был в итоге закрыт в 2002 г. В 2005 году были отменены планы по запуску другого аппарата НАСА Jupiter Icy Moons Orbiter. Европейский проект Jovian Europa Orbiter был заменён на Europa Jupiter System Mission, описанный ниже.
История изучения
Первые известные попытки изучения Юпитера делались:
- в Древнем Китае, учёные которого составили детальное описание 12-летнего цикла обращения планеты;
- в Александрии Египетской Клавдием Птолемеем – создателем геоцентрической системы мира, рассчитавшим период оборота Юпитера вокруг Земли в течение 4332,38 дней. В 499 году индийский астроном и математик Ариабхата сделал уточнение – за 4332,2722 дня.
Коперник и гелиоцентрическая модель мира
Однако геоцентрическая система имела в своей основе одно необъяснимое противоречие – ретроградное, то есть прямое и затем обратное, движение планет, что никак не могло найти разумного объяснения.
Ниспровергателем догм Птолемея и его последователей выступил польский астроном Николай Коперник, провозгласивший гелиоцентрическую систему мира, поставившую в центр Вселенной Солнце, а не Землю. Тогда всё встало на свои места и каждому стало понятно, какая по счёту планета Юпитер, если считать от светила (пятая).
Открытие Юпитера
Кто первым увидел на небе Юпитер узнать невозможно, так как он хорошо различим невооружённым глазом. А вот первым человеком, наблюдавшим планету в телескоп, считается Галилео Галилей, сообщивший об обнаруженных на ней полосах. Он также сумел рассмотреть в телескоп 4 наиболее крупные спутника Юпитера. Это стало одним из весомых доводов в пользу гелиоцентрического устройства мира.
Будущее Юпитера
Сейчас планета Юпитер на входит в обитаемую зону, так как располагается слишком далеко от Солнца и на поверхности его спутников не может существовать вода в жидком виде. Хотя её наличие и предполагается под поверхностным слоем — так называемые подповерхностные океаны, возможно, есть на Ганимеде, на Европе и на Каллисто.
Со временем Солнце будет увеличиваться в размерах, приближаясь к Юпитеру. Постепенно спутники Юпитера разогреются и на некоторых из них будут вполне комфортные условия для возникновения и поддержания жизни.
Однако уже через 7.5 миллиардов лет Солнце превратится в огромного красного гиганта, поверхность которого будет расположена от Юпитера всего в 500 миллионах километров — втрое ближе, чем от Земли до Солнца сейчас. Земля и даже Марс к тому времени давно будут поглощены нашим раздувшимся светилом. А сам Юпитер превратится в планету типа «горячий Юпитер» — раскаленный до 1000 градусов газовый шар, который сам будет светиться. Его каменистые спутники будут представлять собой обожженные куски камня, а ледяные и вовсе исчезнут.
Но к тому времени более благоприятные условия возникнут на спутниках Сатурна, один из которых — Титан, и сейчас представляет собой целую органическую фабрику с толстой атмосферой. Возможно, тогда придет очередь для появления новых форм жизни и там.
Наблюдение Юпитера
Эта планета очень удобна для начинающих астрономов-любителей. Видно её в южной части неба, притом поднимается она достаточно высоко над горизонтом. По яркости Юпитер уступает разве что Венере. Самые удобные моменты для наблюдений – противостояния, когда планета находится наиболее близко к Земле.
Противостояния Юпитера:
08 апреля 2017 г. -2,5m
09 мая 2018 г. -2,5m
10 июня 2019 г. -2,6m
14 июля 2020 г. -2,8m
20 августа 2021 г. -2,9m
26 сентября 2022 г. -2,9m
03 ноября 2023 г. -2,9m
Наблюдать планету Юпитер интересно даже в бинокль. 8-10-кратное увеличение в темную ночь позволит увидеть 4 галилеевых спутника – Ио, Европу, Ганимед и Каллисто. Диск планеты при этом становится заметным и не выглядит просто точкой, как другие звезды. Деталей, конечно, в бинокль при таких увеличениях не видно.
Вид Юпитера в телескоп при разных увеличениях.
Если вооружиться телескопом, то можно увидеть гораздо больше. Например, 90-мм рефрактор Sky Watcher 909 уже с комплектным окуляром 25-мм (увеличение 36 крат) позволяет увидеть несколько полос на диске Юпитера. 10-мм окуляр (90 крат) позволит увидеть несколько больше подробностей, в том числе и Большое красное пятно, тени от спутников на диске планеты.
Более крупные телескопы конечно, позволят рассмотреть детали Юпитера более подробно. Станут видны детали в поясах планеты и можно увидеть более слабые спутники. С мощным инструментом можно получить и неплохие снимки. Использовать телескоп диаметром более 300 мм бесполезно – атмосферное влияние не позволит увидеть больше деталей. Большинство астрономов-любителей для наблюдений Юпитера используют телескоп-рефлектор диаметром от 150 мм.
Для большего удобства можно применять светофильтры голубого или синего цвета. С ними более контрастно видно Большое красное пятно и пояса. Светло-красные фильтры помогают лучше рассмотреть детали синего оттенка, а с желтыми лучше рассматривать полярные области. С зелеными фильтрами контрастнее выглядят облачные пояса и Большое красное пятно.
Планета Юпитер очень активная, в атмосфере постоянно происходят изменения. Полный оборот он делает менее, чем за 10 часов, что позволяет увидеть на нем множество изменяющихся деталей. Поэтому это очень удобный объект для первых наблюдений, даже для тех, у кого довольно скромный инструмент.
Возникновение и размеры планеты
Планета Юпитер является самой крупной в Солнечной системе. Благодаря своим размерам планета имеет более яркое свечение среди других объектов на ночном небе.
Масса Юпитера превышает суммарную массу всех планетарных тел, комет, спутников, астероидов и других космических объектов солнечной системы в два с половиной раза, а это 71,16 % от общей массы объектов системы.
Юпитер в солнечной системе
Одно из предположений касательно таких габаритов, заключается в том, что он являлся одной из первейших планет солнечной системы. Во время формирования Солнца, межзвездное облако из раскаленного газа и обломков породило планеты.
Предполагается, что молодая звезда вызвала мощный поток энергии, который снес большую часть остатков межзвездного облака. И учитывая, что от Юпитера до Солнца 778 млн. км., он оказался в состоянии удержать некоторую часть облака.
Исследования Юпитера подтверждают данную точку зрения. Состав газового гиганта имеет схожие компоненты с другими звездными телами. Такое соответствие лишний раз намекает на происхождение Юпитера в Солнечной системе, а его планетарные процессы — это пример синтеза материи, которая служит для генезиса разнообразных планетарных объектов Солнечной системы.
Атмосфера и температура
По оценке учёных, в атмосфере содержится много простых соединений (воды, аммиака, сероводорода, метана и фосфина). Таким образом, атмосфера включает в себя большое количество углерода, азота и серы и, предположительно, в ней присутствует кислород. Но по больше й части она состоит из водорода и гелия.
Более того, Юпитер богаче на инертные газы, криптон, ксенон и аргон, нежели Солнце.
Вероятно, что химический состав газовой оболочки на отдельных участках отличается друг от друга. Поскольку по цвету они также различаются. К примеру, существуют, так называемые, сухие и мокрые районы, где разная концентрация водяного пара.
Стоит отметить, что юпитерская атмосфера по структуре напоминает земную. Она также имеет слои: экзосфера, термосфера, стратосфера, тропопауза и тропосфера. Хотя в отличие от нашей планеты отсутствует мезосфера и, соответственно, мезопауза.
Причем нагрев этих слоёв неравномерный. Так, например, верхние области сильно нагреты. Однако их температура понижается к тропопаузе, а давление при этом повышается. А затем и температура, и давление вновь увеличиваются в самых нижних слоях.
Кроме того, атмосферные пояса и зоны подразделяются на экваториальные, тропические, умеренные и полярные. Между ними действует сильная турбулентность, то есть колебания потоков. Что приводит к сильнейшим ветрам, скорость которых может достигать более 600 км/час.
Атмосфера Юпитера
Полосы в атмосфере
Юпитер по внешнему виду очень отличается от других планет. Главным образом из-за характерных полос. Возможно, они возникли в результате конвекции (нагревания и остывания), а также то подниманию, то опусканию слоёв.
Не так давно учёные предположили, что появление полос связано с воздействием на планету её спутников. По данной гипотезе, притяжение спутниковых объектов образовало целые столбы веществ, при вращении которых и произошло формирование своеобразных полосовых линий.
Большое красное пятно — вихревое образование овальной формы, находящееся в южной стороне тропической зоны. Сейчас его размер 15*30 тысяч км. Это особый продолжительный ураган, где вещество в центре вращается по часовой стрелке, а по краям у него противоположное направление. Оно делает полный оборот за 6 земных дней. А вот красный окрас пятна до сих пор является загадкой для учёных. Вероятно, он связан с содержанием фосфора, но это не точно.
Вдобавок, существует Малое красное пятно — вихрь, состоящий из двух небольших белых облаков.
Большое красное пятно
Помимо этого, изучая вихревые образования, в их центре обнаружили повышенное давление. По снимкам, полученным с космических зондов, заметили вспышки молний огромных размеров, которые намного мощнее земных.
К удивлению, при радиоизмерении Юпитера оказалось, что в тех местах, куда на него падают тени от спутников, температура не уменьшается, а напротив, растёт.
