ЮПИТЕР

ЮПИТЕР

- крупнейшая планета Солнечной системы, пятая по порядку от Солнца. Расстояние Ю. от Солнца изменяется от 4,95 до 5,45 а. е. (740-814 млн. км), ср. расстояние 5,203 а. е. (778 млн. км). Расстояние между Ю. и Землёй колеблется от 588 до 967 млн. км (видимые угл. размеры Ю. при этом изменяются от 50 до 30 "). Эксцентриситет орбиты 0,0484, наклон плоскости орбиты к эклиптике 1°18'17 "; экватор Ю. наклонён к плоскости его орбиты на 3° 5', т. е. ось вращения Ю. почти перпендикулярна плоскости орбиты. Период обращения Ю. вокруг Солнца 11,862 года. Ср. скорость по орбите 13,06 км/с. Видимая звёздная величина Ю. в ср. противостоянии ок. - 2,3^m (уступает в блеске только Венере и Марсу во время великого противостояния). Значение приэкваториального радиуса 71400км до уровня верх. границы облачного слоя (давление атмосферы 100 кПа), сжатие 0,0647. Масса Ю. 1,899^.10²⁷ кг (317,8 земной), уточнённое значение отношения массы Солнца к массе Ю. 1047,346 + 0,004, ср. плотн. 1330 кг/м ³, ускорение свободного падения на экваторе за вычетом центробежного (равного 2,25 м/с ²) 23,5 м/с ² (2,4 земного), первая космич. скорость на Ю. 43,6 км/с, вторая - 61,7 км/с. Газовая оболочка Ю. изменяет период обращения от зоны к зоне (т. н. дифференц. вращение). Период обращения тропич. зоны атмосферы 9 ч 50 мин 30 с, полярных зон на 5 мин 11 с медленнее. Определение периода вращения по модуляции декамет-рового и дециметрового излучения, связанной с вращением силовых линий магн. поля Ю., даёт значение 9 ч 55 мин 29,7 сb0,07 с.

На видимом диске Ю. хорошо видны параллельные экватору тёмные и светлые полосы, получившие назв. поясов и зон. Крупнейшие из них - тропические, их оттенок и ширина изменяются со временем. В умеренных юж. широтах плавает, медленно перемещаясь по долготе (примерно 3 оборота за 100 лет), Большое Красное Пятно (БКП) - овал с макс. поперечным размером 30-40 тыс. км. Солнечная постоянная на Ю. 50 Вт/м ². Болометрич. сферич. альбедо 0,42 + 0,07. Ср. наблюдаемая эфф. темп-ра 124 К близка к темп-ре наружных облачных слоев; она больше рассчитанной равновесной темп-ры, равной 105 К. Заметного различия по темп-ре между дневной и ночной сторонами не обнаружено.

По возмущениям орбит. амер. космич. аппаратов (КА) "Пионер-10" и "Пионер-11", пролетевших около Ю. в 1973 и 1974, была уточнена степень сжатия планеты и определены гармоники гравитац. потенциала (до шестой включительно). Эти данные свидетельствуют в пользу жидкостной модели Ю., находящегося в состоянии гидростатич. равновесия на всех уровнях. В марте и июле 1979 пролёты около Ю. осуществили К А "Вояджер-1" и "Вояджер-2", передавшие на Землю высококачеств. телевиз. изображения планеты, её кольца и нескольких спутников. Были также проведены исследования атмосферы, облачного слоя, параметров магн. поля, ионосферы и магнитосфер-ной плазмы, дополнительно уточнены параметры гравитац. поля.

Ю. состоит в осн. из водорода и гелия. Для большинства моделей внутр. строения (см. в ст. Планеты и спутники )принимается, что отношение содержания водорода и гелия (по массе) на уровне, отвечающем давлению ~100 кПа и темп-ре 150-175 К, примерно соответствует солнечному- 3,4:1. Граница перехода от молекулярного водорода к металлическому лежит на глубине 0,75-0,8 радиуса Ю. Это соответствует давлению 300 ГПа. Согласно моделям, в центре планеты находится жидкое ядро из металлов и силикатов, окружённое ледяной оболочкой, состоящей из воды и, возможно, аммиака. Радиус центр. ядра составляет менее 0,1 радиуса Ю., масса - 3-4% массы всей планеты, темп-pa в центр. части ядра 25000 К, давление 8000 ГПа. Совокупности имеющихся данных хорошо соответствует модель с примерно адиабатич. температурным градиентом в недрах планеты.

Измерения с КА подтвердили существование значит. теплового потока из недр Ю., хотя и несколько меньшего, чем по данным наземных наблюдений. Т. о., Ю. излучает в космос приблизительно в 2 раза больше энергии, чем получает от Солнца. С этим связано упомянутое превышение эфф. темп-ры над равновесной. Механизм генерации внутр. тепла до конца не ясен. Вероятными источниками могут быть: продолжающееся сжатие (~1 мм в год), сопровождаемое выделением гравитац. энергии; непрерывный переход молекулярного водорода в металлический; "осаждение" гелия из водородно-гелиевого раствора и дрейф гелия к центру планеты.

Об атмосфере Ю. можно говорить в известном смысле условно как о приблизительно 1000-километровом газовом слое, поскольку планета не обладает поверхностью, отделяющей твёрдую оболочку от газообразной. Давлению 100 кПа соответствует темп-ра (165 b5) К. В первом приближении высотный ход темп-ры можно охарактеризовать адиабатич. градиентом. Ниж. атмосфере свойственны интенсивные вертикальные движения и крупномасштабная циркуляция. Осн. составляющие атмосферы - водород и гелий, присутствуют также метан, аммиак и вода. Содержание воды определено не очень уверенно (в ср. менее 0,01%). Содержание СН ₄ составляет 0,07%, a NH₃ - менее 0,02%, хотя обе эти составляющие создают сильные полосы поглощения в спектре Ю. Обнаружены также молекулы CH₃D, HCN, С ₂ Н ₆, С ₂,Н ₂, СО. Предполагается, что красноватые и желтоватые оттенки на диске Ю. связаны с присутствием в атмосфере водородных и аммонийных полисульфидов и серы, а также, возможно, органич. соединений, образующихся под действием электрич. разрядов в атмосфере. Наличие молекул фосфина (РН ₃), с чем связывалось возможное образование в облаках аморфного красного фосфора, не подтверждено более поздними исследованиями.

Цветные изображения планеты, полученные с КА, дали определённые сведения об особенностях и структуре облаков, характере движений в атмосфере Ю. Высота облаков различна в хорошо выделяющихся на диске планеты поясах и зонах. Расчётная модель облачного покрова включает три осн. слоя. Верхний (давление 50-100 кПа) состоит из кристаллич. аммиака, промежуточный - из гидросульфида аммония NH₄SH, нижний (давление неск. сотен кПа) - из кристаллов водяного льда.

Светлые зоны и БКП характеризуются восходящими течениями. Облака в них расположены выше, их поверхностная темп-pa ниже, чем в соседних областях поясов. На границе зон и поясов образуются встречные (сдвиговые) течения, развивается сильная турбулентность. Природа БКП аналогична обнаруженным на снимках другим красным, белым, голубым пятнам меньшего размера: это ме-теорологич. явления, представляющие собой громадные устойчивые вихри в атмосфере. Вихревая структура БКП, являющегося по своей природе антициклоном, отчётливо различима на снимках. Вопрос о механизме подвода энергии и об удивительной стабильности таких образований остаётся открытым.

Согласно данным радиоизмерений, самая низкая темп-ра в атмосфере Ю. (80-120 К) достигается на уровне, где давление 10 кПа. Между уровнями, соответствующими давлениям 1 и 10 кПа, лежит область температурной инверсии, и на уровне 1 кПа темп-pa возрастает до 130- 170 К. Эти данные удовлетворительно согласуются с измерениями темп-ры, проводившимися с КА при помощи ИК-радиометров. Согласно расчётам, мезосфера Ю. в области давлений 0,1-100 Па характеризуется примерно постоянной темп-рой 180 К. В верх. слоях атмосферы (термосфере и экзосфере), где происходит прямое поглощение солнечного УФ-излучения, темп-pa близка к ср. электронной темп-ре, равной 800-1000 К. В атмосфере Ю. примерно на уровне облаков зарегистрирована грозовая активность.

Ю. обладает ионосферой, протяжённость к-рой превышает 3 тыс. км, а концентрация электронов составляет (в максимуме) 10⁵ см ^-3. Зарегистрированы заметные флуктуации электронной плотности. Эти нерегулярности носят однородный характер в ниж. части ионосферы, однако на более высоких уровнях обнаруживаются отклонения от равномерного распределения в пространстве, обусловленные магн. полем планеты.

Уникальный феномен представляет магнитосфера Ю. (см. также Магнитосферы планет). При наблюдении с Земли её угл. размер составляет 2°. На дневной стороне планеты магнитосфера простирается на 50-100 радиусов Ю. в зависимости от флуктуации набегающего потока солнечного ветра, обусловливаемых вариациями солнечной активности. С ночной стороны магн. шлейф Ю. простирается далеко за орбиту Сатурна, отстоящего от Ю. на ~ 5 а. е.

Дипольное магн. поле Ю. имеет напряжённость 318 А/м на экваторе (на уровне с давлением 100 кПа). Магн. ось наклонена к оси вращения планеты на (10,2 + 0,6)°. Напряжённость поля у полюсов составляет 1105 А/м (у сев.) и 1063 А/м (у юж.). Дипольный характер магн. поля сохраняется примерно до расстояния 15 радиусов Ю., хотя нек-рый вклад вносят квадрупольная и октупольная составляющие. Дальше заметное влияние на конфигурацию поля оказывают заряж. частицы, захваченные магн. полем планеты и вращающиеся вместе с нею. В результате вокруг Ю. образуется "магн. диск", во внеш. областях к-рого магн. силовые линии, возможно, не замкнуты, а сам диск на больших расстояниях, вероятно, отклоняется от плоскости, перпендикулярной оси магн. диполя в направлении плоскости, перпендикулярной оси вращения планеты.

Магнитосфера Ю. во мн. чертах аналогична земной, увеличенной в ~100 раз. Протоны и электроны внутри магнитосферы образуют радиационные пояса. В этих поясах генерируется дециметровое излучение Ю. Механизм дециметрового излучения - синхротронный: оно образуется при движении захваченных электронов в тороидальной области магнитосферы на расстоянии 1,5-6 радиусов Ю. Энергия этих электронов ~10 МэВ. В свою очередь, всплески декаметрового излучения на частоте 8 МГц, вероятно, связаны с плазменными неустойчивостями ионосферы. Ю. излучает также в метровом диапазоне.

В магнитосфере Ю. происходит мощное ускорение электронов, к-рые проникают до орбиты Земли. Их энергия 3-30 МэВ. Как внутри, так и вне магнитосферы потоки ускоренных электронов характеризуются 10-часовой периодичностью, к-рая соответствует периоду вращения Ю. По-видимому, найденные вариации отражают взаимодействие солнечной плазмы с магнитосферой Ю.

Известно 16 спутников Ю. Четыре самых крупных (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) открыты в 1610 Г. Галилеем и наз. галилеевыми. Кроме того, в устойчивых либрацион-ных точках L₄ и L₅ орбиты Ю. находятся две группы астероидов (восточная и западная) - "троянцы". Ю. оказывает сильное возмущающее воздействие на периодич. кометы, движущиеся по вытянутым орбитам между Солнцем и внеш. областями Солнечной системы. У Ю. обнаружено кольцо, внеш. край к-рого находится на расстоянии 55 тыс. км от верх. границы облаков. Ширина кольца 6 тыс. км, толщина ~ 1 км; оно состоит из частиц, обладающих низким альбедо, диапазон их размеров от неск. мкм до неск. см.

По результатам пролётов КА получены след. отношения масс галилеевых спутников к массе Ю. и значения их диаметров: (4,684 b 0,022)•10^-5, диам. (363Оb10) км для Ио; (2,523 b 0,025)^.10^-5, диам. (3138 b 20) км для Европы; (7,803 b 0,030)^.10^-5, диам. (5262 b 20) км для Ганимеда; (5,661 b0,019)•10^-5, диам. (4800 b 20) км для Каллисто. Их плотности последовательно убывают с ростом расстояния от Ю.: 3550 кг/м ³ (Ио), 3040 кг/м ³ (Европа), 1930 кг/м ³ (Ганимед), 1830 кг/м ³ (Каллисто). Это отражает особенности их внутр. строения: Ио целиком состоит из "скальных" (силикатных) пород, в то время как Европа на 20%, Ганимед на 40% и Каллисто почти на 50% состоят из водяного льда. На Ио открыта сильная вулканич. активность; совр. активный вулканизм, вероятнее всего, объясняется приливной диссипацией энергии из-за возникновения резонансов при движении в гравитац. поле Ю. галилеевых спутников по орбитам, обладающим заметным эксцентриситетом. Зарегистрированы мощные выбросы серы из вулканов (на высоту до 250 км со скоростью ~ 1 км/с). Вероятно, толстый (до неск. км) слой серы и двуокиси серы (вместе с силикатными породами) покрывает поверхность Ио, придавая ему красно-оранжевую окраску. В свою очередь, поверхность Европы-ледяная, сильно выровненная, с многочисл. широкими протяжёнными трещинами, что, возможно, обусловлено находящимся под ледяной корой водным океаном. Поверхности Ганимеда и Каллисто также в осн. ледяные с обширными отложениями и выходами тёмного материала, испещрённые кратерами (особенно Каллисто); в формировании наблюдаемых структур значит. роль, по-видимому, играла тектонич. активность этих небесных тел в далёком прошлом.

У Ио обнаружены очень разрежённая атмосфера и ионосфера, состоящая в осн. из ионов серы и натрия. Эти частицы образуют вдоль орбиты спутника своеобразный газовый тор. Ионосфера, очевидно, создаётся за счёт ударной ионизации атм. атомов энергич. заряж. частицами магнитосферы Ю. В свою очередь, сами спутники вносят заметное возмущение в магнитосферу; ионосфера Ио вызывает модуляцию радиоизлучения Ю. Между тором Ио и магнитосферой Ю. в полярных областях образуются сильные электрич. поля, приводящие к ускорению заряж. частиц и их "высыпанию" в атмосферу Ю., вызывающему полярные сияния. Очень слабая атмосфера обнаружена космич. телескопом им. Хаббла у Европы.

Первые прямые измерения параметров атмосферы Ю. произведены 7 дек. 1995 космич. зондом, отделившимся от КА "Галилей". Предварит. анализ указывает на незначит. содернажие в атмосфере Ю. воды и не подкрепляет модельные представления о многослойной структуре облаков. Науч. программа КА предусматривает подробные исследования Ю. и его галилеевых спутников.

Лит.: Юпитер, под ред. Т. Герелса, пер. с англ., т. 1-3, М., 1979; Маров М. Я., Планеты Солнечной системы, 2 изд., М., 1986; Спутники Юпитера, под ред. Д. Моррисона, пер. с англ., т. 1-3, М., 1985-86: М. Я. Маров.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.