Среда, 21.02.2018, 02:31
studentu - знания
Категории раздела
астрономия [27]
биология [13]
география [0]
другие [1]
история [33]
матемятика [0]
психология [2]
физика [10]
философия [9]
химия [21]
экономика [3]
этика [9]
языкознание [0]
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа
Логин:
Пароль:
Главная » Статьи » астрономия

Юпитер
 

 Введение

Юпитер - вторая по яркости после Венеры планета Солнечной системы. Но если Венеру можно видеть только утром или вечером, то Юпитер иногда сверкает всю ночь. Из-за медленного, величественного перемещения этой планеты древние греки дали ей имя своего верховного бога Зевса; в римском пантеоне ему соответствовал Юпитер.

Дважды Юпитер сыграл важную роль в истории астрономии. Он стал первой планетой, у которой были открыты спутники. В 1610 г. Галилей, направив телескоп на Юпитер, заметил рядом с планетой четыре звёздочки, не видимые простым глазом. На следующий день они изменили своё положение и относительно Юпитера, и относительно друг друга. Наблюдая за этими звёздами Галилей заключил, что наблюдает спутники Юпитера, образовавшиеся вокруг него как центрального светила. Это была уменьшенная модель Солнечной системы. Быстрое и хорошо заметное перемещение галилеевых спутников Юпитера –Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто-делает их удобными « небесными часами», и моряки долгое время пользовались ими, чтобы определять положение корабля в открытом море.

В другой раз Юпитер и его спутники помогли решить одну из древнейших загадок: распространяется ли свет мгновенно или скорость его конечна? Регулярно наблюдая затмения спутников Юпитера и сравнивая эти данные с результатами предварительных расчетов, датский астроном Оле Рёмер в 1675 г. обнаружил, что наблюдения и вычисления расходятся, если Юпитер и Земля находятся по разные стороны Солнца. В этом случае затмения спутников запаздывают примерно на 1000 с. Рёмер пришёл к правильному выводу, что 1000 с. – это как раз, которое нужно свету, чтобы пересечь орбиту Земли по диаметру. Поскольку диаметр земной орбиты составляет 300 млн. километров, скорость света оказывается близкой к 300000км./с.

Юпитер- это планета – гигант которая содержит в себе более 2/3 всей нашей планетной системы. Масса Юпитера равна 318 земным. Его объем в 1300 раз больше, чем у Земли. Средняя плотность Юпитера 1330 кг/м^3, что сравнимо с плотностью воды и в четыре раза меньше, чем плотность Земли. Видимая поверхность планеты в 120 раз превосходит площадь Земли. Юпитер представляет собой гигантский шар из водорода, практически его химический состав совпадает с солнечным. А вот температура на Юпитере ужасающе низкая: -140 С.

Юпитер быстро вращается (период вращения 9 ч. 55 мин. 29 с.). Из-за действия центробежных сил планета заметно расплющилась, и её полярный радиус стал на 4400 км меньше экваториального, равного 71400 км. Магнитное поле Юпитера в 12 раз сильнее земного.

Возле Юпитера побывало пять американских космических аппаратов: в 1973 г. – «Пионер-10», в 1974 – «Пионер-11». В марте и в июле 1979 г. его посетили более крупные и «умные» аппараты – «Вояджер-1 и –2». В декабре 1995 до него долетела межпланетная станция «Галилео», которая стала первым искусственным спутником Юпитера и сбросила в его атмосферу зонд. То есть, можно уверенно заявить, что человечество проявляет огромный интерес к этой планете.

В своей работе я хочу рассказать, как происходило исследование Юпитера, какие были получены результаты, выявить методы и средства, с помощью которых это стало возможно, постараюсь собрать максимум информации из наиболее свежих источников.

 Современные исследования Юпитера

Изучать планеты-гиганты с помощью космической техники начали на десятилетие позже, чем планеты земной группы. 3 марта 1972 г. с Земли стартовал американский космический аппарат "Пионер-10". Через 6 месяцев полёта аппарат успешно миновал пояс астероидов и ещё через 15 месяцев достиг окрестностей "царя планет", пройдя на расстоянии 130 300 км от него в декабре 1973 г.

С помощью оригинального фотополяриметра получено 340 снимков облачного покрова Юпитера и поверхностей четырёх самых крупных спутников: Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто. Помимо Большого Красного Пятна, размеры которого превышают диаметр нашей планеты, обнаружено белое пятно поперечником более 10 тыс. километров. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облачного покрова составляет 133 К. Было обнаружено также, что Юпитер излучает в 1,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца; уточнена масса планеты и спутника Ио.

Исследования показали, что Юпитер обладает мощным магнитным полем; также была зарегистрирована зона с интенсивной радиацией (в 10 тыс. раз больше, чем в околоземных радиационных поясах) на расстоянии 177 тыс. километров от планеты. Притяжение Юпитера сильно изменило траекторию полёта аппарата. "Пионер-10" начал двигаться по касательной к орбите Юпитера, удаляясь от Земли почти по прямой. Интересно, что шлейф магнитосферы Юпитера был обнаружен за пределами орбиты Сатурна. В 1987 г. "Пионер-10" вышел за границы Солнечной системы.

Трасса "Пионера-11", пролетевшего на расстоянии 43 тыс. километров от Юпитера в декабре 1974 г., была рассчитана иначе. Он прошёл между поясами и самой планетой, не получив опасной дозы радиации. На этом аппарате были установлены те же приборы, что и на предыдущем. Анализ цветных изображений облачного слоя, полученных фотополяриметром, позволил выявить особенности и структуру облаков. Их высота оказалась различной в полосах и расположенных между ними зонах. Согласно исследованиям "Пионера-II", светлые зоны и Большое Красное Пятно характеризуются восходящими течениями в атмосфере. Облака в них расположены выше, чем в соседних областях полос, и здесь холоднее.

Притяжение Юпитера развернуло "Пионер-11" почти на 180°. После нескольких коррекций траектории полёта он пересёк орбиту Сатурна недалеко от самой планеты.

Уникальное взаимное расположение Земли и планет-гигантов с 1976 по 1978г. было использовано для последовательного изучения этих планет. Под влиянием полей тяготения космические аппараты смогли переходить с трассы полёта от Юпитера к Сатурну, затем к Урану и Нептуну. Без использования гравитационных полей промежуточных планет полёт к Урану занял бы 16 лет вместо 9, а к Нептуну - 20 лет вместо 12. В 1977 г. в длительное путешествие отправились аппараты "Вояджер -1, -2", причём "Вояджер-2" был запущен раньше, 20 августа 1977 г., по "медленной" траектории, а "Вояджер-1" - 5 сентября 1977 г. по "быстрой".

"Вояджер-1" совершил пролёт около Юпитера в марте 1979 г., а "Вояджер-2" прошёл мимо гиганта на четыре месяца позже. Они передали на Землю снимки облачного покрова Юпитера и поверхностей ближайших спутников с удивительными подробностями. Атмосферные массы красного, оранжевого, жёлтого, коричневого и синего цветов постоянно перемещались. Полосы вихревых потоков захватывали друг друга, то сужаясь, то расширяясь. Скорость перемещения облаков оказалась равной 11км/с. Большое Красное Пятно вращалось против часовой стрелки и делало полный оборот за 6 ч. "Вояджер-1" впервые показал, что у Юпитера имеется система бледных колец, расположенных на расстоянии 57 тыс. километров от облачного покрова планеты, а на спутнике Ио действуют восемь вулканов. "Вояджер-2" сообщил спустя несколько месяцев, что шесть из них продолжают активно действовать. Фотографии других галилеевых спутников - Европы, Ганимеда и Каллисто - показали, что их поверхности резко отличаются друг от друга.

Американский космический аппарат "Галилео", доставленный на околоземную орбиту в грузовом отсеке корабля многоразового использования "Атлантис", представлял собой аппарат нового поколения для исследования химического состава и физических характеристик Юпитера, а также для более детального фотографирования его спутников. Аппарат состоял из орбитального модуля для длительных наблюдений и специального зонда, который должен был проникнуть в атмосферу планеты. Траектория "Галилео" была довольно сложной. Сначала аппарат направился к Венере, мимо которой прошёл в феврале 1990 г. Затем по новой траектории в декабре он вернулся к Земле. Были переданы многочисленные фотографии Венеры, Земли и Луны.

В октябре 1991 г., проходя через пояс астероидов, аппарат сфотографировал малую планету Гаспра. Вернувшись к Земле второй раз в декабре 1992 г. и получив новое ускорение, он устремился к основной цели своего путешествия - Юпитеру. Оказавшись в августе 1993 г. снова в поясе астероидов, он сфотографировал ещё одну малую планету, Иду.

Спустя два года "Галилео" достиг окрестностей Юпитера. По команде с Земли от него отделился спускаемый зонд и в течение пяти месяцев совершал самостоятельный полёт к границам атмосферы Юпитера со скоростью 45 км/с. За счёт сопротивления её верхних слоев в течение двух минут скорость снизилась до нескольких сот метров в секунду. При этом перегрузки превосходили земную силу тяжести в 230 раз. Аппарат проник в атмосферу на глубину 156 км и функционировал в течение 57 мин. Данные об атмосфере ретранслировались через основной блок "Галилео".

 Строение планеты

Видимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету. Благодаря этому все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид. Из устойчивых деталей известно Большое Красное пятно, наблюдающееся уже более 300 лет . Это - громадное овальное образование, размерами около 35000 км по долготе и 14000 по широте между Южной тропической и Южной умеренной полосами. Цвет его красноватый, но подвержен изменениям. Спектральные исследования Юпитера показали, что атмосфера его состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольших количествах присутствуют также этан, ацетилен, фосфен и водяной пар. Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака. В декабре 1973 г. с помощью американского космического аппарата "Пионер -10" удалось обнаружить наличие гелия в атмосфере Юпитера и измерить его содержание. Можно считать, что атмосфера Юпитера на 74% состоит из водорода и на 26% из гелия. На долю метана приходится не более 0,1% состава атмосферы планеты. Атмосферный слой имеет толщину около 1000 км. Ниже чисто газового слоя в атмосфере лежит слой облаков, которые мы и видим в телескоп.

В настоящее время построена двухслойная модель внутреннего строения планеты. Оболочка планеты состоит в основном из газовой компоненты (водород, гелий, неон), а ядро - из тяжелой компоненты (оксиды кремния, магния и железа, сульфиды, железо, никель и др.). Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24000 км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура 11000 К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние, т.е. становится подобным жидкому металлу. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину около 42000 км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твердое ядро радиусом 4000 км . На границе ядра температура достигает 30000 К. По массе ядро Юпитера составляет 3-4% от полной массы.

В 1956 г. было обнаружено радиоизлучение Юпитера на волне 3 см, соответствующее тепловому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном диапазоне температура самых наружных облаков Юпитера 130 К. Полеты американских космических аппаратов "Пионер-10" и "Пионер-11" позволили уточнить строение магнитосферы Юпитера, а изменение температуры облачного слоя в основном подтвердило известный из наземных наблюдений результат: количество тепла, которое Юпитер испускает, более чем вдвое превышает тепловую энергию, которую планета получает от Солнца. Возможно, что идущее из недр планеты тепло выделяется в процесс медленного сжатия гигантской планеты (1мм. в год). Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного (как поле Земли), которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера, и не дипольного, занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность магнитного поля у поверхности в 20 раз больше, чем на Земле. Кроме теплового и дециметрового радиоизлучения Юпитер является источником радиовсплесков (резких усилений мощности излучения) на волнах длиной от 4 до 85 м, продолжительностью от долей секунды до нескольких минут или даже часов. Однако длительные возмущения - это не отдельные всплески, а серии всплесков - своеобразные шумовые бури и грозы. Согласно современным гипотезам, эти всплески объясняются плазменными колебаниями в ионосфере планеты.

 Атмосфера

Атмосфера Юпитера представляет собой огромную бушующую часть планеты, состоящую из водорода и гелия. Механизм, приводящий в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же, как и на Земле: разность в количестве тепла, получаемого от Солнца на полюсах и экваторе, вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении кориолисовой силой. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые более интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх окрашивающее вещество, присутствием которого объясняется слегка красноватый цвет Юпитера. В области темных полос конвективные движения наиболее сильны, и это объясняет их более интенсивную окраску.

Так же как и в земной атмосфере, на Юпитере могут формироваться циклоны. Оценки показывают, что крупные циклоны, если они образуются в атмосфере Юпитера, могут быть очень устойчивы (время жизни до 100 тысяч лет). Вероятно, Большое Красное пятно является примером такого циклона. Изображения Юпитера, полученные при помощи аппаратуры, установленной на американских аппаратах «Пионер-10» и «Пионер-11», показали, что Красное пятно не является единственным образованием подобного типа: имеется несколько устойчивых красных пятен меньшего размера.

Спектроскопическими наблюдениями было установлено присутствие в атмосфере Юпитера молекулярного водорода, гелия, метана, аммиака, этана, ацетилена и водяного пара. По-видимому, элементный состав атмосферы (и всей планеты в целом) не отличается от солнечного (90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжелых элементов).

Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 1 атм. Облачный слой имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристаллов аммиака ниже, должны быть расположен облака из кристаллов льда и капелек воды.

Инфракрасная яркостная температура Юпитера, измеренная в интервале 8 – 14 мк, равна в центре диска 128 – 130К. Если рассмотреть температурные разрезы по центральному меридиану и экватору, можно увидеть, что температура, измеренная на краю диска, ниже, чем в центре. Это можно объяснить следующим образом. На краю диска луч зрения идет наклонно, и эффективный излучающий уровень (то есть уровень, на котором достигается оптическая толщина =1) расположен в атмосфере на большей высоте, чем в центре диска. Если температура в атмосфере падает с увеличением высоты, то яркость и температура на краю будут несколько меньше. Слой аммиака толщиной в несколько сантиметров (при нормальном давлении) уже практически непрозрачен для инфракрасного излучения в интервале 8 – 14 мк. Отсюда следует, что инфракрасная яркостная температура Юпитера относится к довольно высоким слоям его атмосферы. Распределение интенсивности в полосах СН показывает, что температура облаков значительно больше (160 – 170К) При температуре ниже 170К аммиак (если его количество соответствует спектроскопическим наблюдениям) должен конденсироваться; поэтому предполагается, что облачный покров Юпитера, по крайней мере частично, состоит из аммиака. Метан конденсируется при более низких температурах и в образовании облаков на Юпитере принимать участие не может.

Яркостная температура 130К заметно выше, чем равновесная, то есть такая, которую должно иметь тело, светящееся только за счет переизлучения солнечной радиации. Расчеты, учитывающие измерение отражательной способности планеты приводят к равновесной температуре около 100К. Существенно, что величина яркостной температуры около 130К была получена не только в узком диапазоне 8-14мк, но и далеко за его пределами. Таким образом, полное излучение Юпитера 2,9 раз превосходит энергию, получаемую от Солнца, и большая часть излучаемой им энергии обусловлена внутренним источником тепла. В этом смысле Юпитер ближе к звездам, чем к планетам земного типа. Однако источником внутренней энергии Юпитера не являются, конечно, ядерные реакции. По-видимому, излучается запас энергии, накопленный при гравитационном сжатии планеты (в процессе формирования планеты из протопланетной туманности гравитационная, когда гравитационная энергия пыли и газа, образующих планету, должна переходить в кинетическую и затем в тепловую).

Наличие большого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстро растет с глубиной. Согласно наиболее вероятным теоретическим моделям она достигает 400К на глубине 100 км ниже уровня верхней границы облаков, а на глубине 500 км – около 1200К. А расчеты внутреннего строения показывают, что атмосфера Юпитера очень глубокая – 10000 км, но надо отметить, что основная масса планеты (ниже этой границы) находится в жидком состоянии. Водород при этом находится в вырожденном, что то же самое, в металлическом состоянии (электроны оторваны от протонов). При этом в самой атмосфере водород и гелий, строго говоря, находятся в сверхкритическом состоянии: плотность в нижних слоях достигает 0,6-0,7г/см і, и свойства скорее напоминают жидкость, чем газ. В самом центре планеты (по расчетам на глубине 30000 км), возможно, находится твердое ядро из тяжелых элементов, образовавшееся в результате слипания частиц металлов и каменных образований.

 Кольцо Юпитера

Юпитер преподносит много сюрпризов: он генерирует мощные полярные сияния, сильные радиошумы, возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури – потоки мелких твердых частиц, выброшенных в результате электромагнитных процессов в магнитосфере Юпитера. Мелкие частицы, которые получают электрический заряд при облучении солнечным ветром, обладают очень интересной динамикой: являясь промежуточным случаем между макро и микротелами, они примерно одинаково реагируют и на гравитационные и на электромагнитные поля.

Именно из таких мелких каменных частиц, в основном состоит кольцо Юпитера, открытое в марте 1979 года (косвенное обнаружение кольца в 1974 г. по данным «Пионера» осталось непризнанным). Его главная часть имеет радиус 123-129 тыс. км. Это плоское кольцо около 30км толщиной и очень разреженное – оно отражает лишь несколько тысячных долей процента падающего света. Более слабые пылевые структуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и образуют над кольцом толстое гало, простирающееся до ближайших спутников. Увидеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повернуто к наблюдателю ребром из-за малого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты.

Категория: астрономия | Добавил: studentu (20.03.2008) | Автор: vladimir E W
Просмотров: 679 | Комментарии: 1 | Рейтинг: 4.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Copyright MyCorp © 2018