Jowisz jest jedną z pięciu planet Układu Słonecznego, które można zobaczyć na nocnym niebie bez żadnych instrumentów optycznych. Wciąż nie mając pojęcia o jego wielkości, starożytni astronomowie nazwali go najwyższym rzymskim bóstwem.
Poznaj Jowisza
Orbita Jowisza znajduje się 778 milionów km od Słońca. Rok trwa tam 11,86 lat ziemskich. Planeta wykonuje pełny obrót wokół własnej osi w zaledwie 9 godzin 55 minut, a prędkość obrotu jest różna na różnych szerokościach geograficznych, a oś jest prawie prostopadła do płaszczyzny orbity, w wyniku czego nie obserwuje się zmian sezonowych.
Temperatura powierzchni Jowisza wynosi 133 stopnie Celsjusza (140 K). Promień jest większy niż 11, a masa jest 317 razy większa od promienia i masy naszej planety. Gęstość (1,3 g/cm3) jest współmierna do gęstości Słońca i znacznie mniejsza niż gęstość Ziemi. Siła grawitacji na Jowiszu jest 2,54 razy większa, a pole magnetyczne 12 razy większe niż podobne parametry ziemskie. Temperatura w ciągu dnia na Jowiszu nie różni się od temperatury w nocy. Wynika to ze znacznej odległości od Słońca i potężnych procesów zachodzących w trzewiach planety.
EruBadania optyczne piątej planety odkrył w 1610 r. G. Galileo. To on odkrył cztery najmasywniejsze satelity Jowisza. Do chwili obecnej wiadomo, że 67 ciał kosmicznych jest częścią układu planetarnego giganta.
Historia badań
Do lat 70. planeta była badana za pomocą metod naziemnych, a następnie orbitalnych w pasmach optycznym, radiowym i gamma. Temperaturę Jowisza po raz pierwszy oszacowała w 1923 roku grupa naukowców z Obserwatorium Lowella (Flagstaff, USA). Korzystając z termopar próżniowych, naukowcy odkryli, że planeta jest „zdecydowanie zimnym ciałem”. Obserwacje fotoelektryczne zakrycia gwiazd przez Jowisza oraz analizy spektroskopowe pozwoliły na wyciągnięcie wniosków na temat składu jego atmosfery.
Kolejne loty pojazdów międzyplanetarnych udoskonaliły i znacznie poszerzyły zgromadzone informacje. Misje bezzałogowe „Pioneer-10; 11” w latach 1973-1974. po raz pierwszy przekazali zdjęcia planety z bliskiej odległości (34 tys. km), dane dotyczące struktury atmosfery, obecności pasa magnetycznego i radiacyjnego. Voyager (1979), Ulysses (1992, 2000), Cassini (2000) i New Horizons (2007) dokonali ulepszonych pomiarów Jowisza i jego układu planetarnego, a Galileo (1995-2003) i Juno (2016) dołączyli do szeregów sztuczne satelity giganta.
Struktura wewnętrzna
Jądro planety o średnicy około 20 tysięcy km, składające się zniewielka ilość skały i metalicznego wodoru znajduje się pod ciśnieniem 30-100 milionów atmosfer. Temperatura Jowisza w tej strefie wynosi około 30 000 ˚С. Masa jądra wynosi od 3 do 15% całkowitej masy planety. Generowanie energii cieplnej przez jądro Jowisza wyjaśnia mechanizm Kelvina-Helmholtza. Istotą tego zjawiska jest to, że przy gwałtownym ochłodzeniu powłoki zewnętrznej (temperatura powierzchni planety Jowisz wynosi -140˚С) następuje spadek ciśnienia, powodujący kompresję ciała i późniejsze nagrzewanie się jądra.
Następna warstwa, o głębokości od 30 do 50 tysięcy km, jest substancją metalicznego i ciekłego wodoru zmieszanego z helem. Wraz z odległością od jądra ciśnienie w tym regionie spada do 2 milionów atmosfer, temperatura Jowisza spada do 6000 ˚С.
Struktura atmosfery. Warstwy i skład
Nie ma wyraźnej granicy między powierzchnią planety a atmosferą. Dla jego dolnej warstwy - troposfery - naukowcy przyjęli obszar warunkowy, w którym ciśnienie odpowiada ziemskiemu. Kolejne warstwy, w miarę oddalania się od „powierzchni”, osadzały się w następującej kolejności:
- Stratosfera (do 320 km).
- Termosfera (do 1000 km).
- Egzosfera.
Nie ma jednej odpowiedzi na pytanie, jaka jest temperatura na Jowiszu. W atmosferze zachodzą gwałtowne procesy konwekcyjne, spowodowane wewnętrznym ciepłem planety. Obserwowany dysk ma wyraźną prążkowaną strukturę. W białych paskach (strefach) masy powietrza pędzą w górę, w ciemności (pasy) opadają,tworzenie cykli konwekcyjnych. W górnych warstwach termosfery temperatura dochodzi do 1000 ˚С, a wraz ze wzrostem ciśnienia spada stopniowo do wartości ujemnych. Gdy Jowisz dociera do troposfery, temperatura Jowisza zaczyna ponownie rosnąć.
Górne warstwy atmosfery to mieszanina wodoru (90%) i helu. Skład niższych, gdzie występuje główne tworzenie się chmur, obejmuje również metan, amoniak, wodorosiarczan amonu i wodę. Analiza spektralna wykazała śladowe ilości etanu, propanu i acetylenu, kwasu cyjanowodorowego oraz związków tlenku węgla, fosforu i siarki.
Poziomy chmury
Różne kolory obłoków Jowisza wskazują na obecność w ich składzie złożonych związków chemicznych. W strukturze chmury wyraźnie widoczne są trzy poziomy:
- Góra - nasycona kryształkami zamrożonego amoniaku.
- Zawartość wodorosiarczku amonu średnio znacznie wzrasta.
- Na dnie - lód wodny i ewentualnie małe krople wody.
Niektóre modele atmosferyczne opracowane przez naukowców i badaczy nie wykluczają obecności kolejnej warstwy chmur składającej się z ciekłego amoniaku. Promieniowanie ultrafioletowe Słońca i potężny potencjał energetyczny Jowisza inicjują przepływ licznych procesów chemicznych i fizycznych w atmosferze planety.
Zjawiska atmosferyczne
Granice stref i pasów na Jowiszu charakteryzują się silnymi wiatrami (do 200 m/s). Od równika do biegunów kierunkustrumienie zmieniają się okresowo. Prędkość wiatru maleje wraz ze wzrostem szerokości geograficznej i praktycznie nie występuje na biegunach. Skala zjawisk atmosferycznych na planecie (burze, wyładowania atmosferyczne, zorza polarna) jest o rząd wielkości większa niż na Ziemi. Słynna Wielka Czerwona Plama to nic innego jak gigantyczna burza o powierzchni większej niż dwa ziemskie dyski. Miejsce powoli przesuwa się z boku na bok. W ciągu stu lat obserwacji jego pozorny rozmiar zmniejszył się o połowę.
Misja Voyager odkryła również, że centra formacji wirów atmosferycznych są pełne błysków piorunów, których wymiary liniowe przekraczają tysiące kilometrów.
Czy istnieje życie na Jowiszu?
Pytanie wprawi wielu w osłupienie. Jowisz – planeta, której temperatura powierzchni (podobnie samo istnienie samej powierzchni) ma niejednoznaczną interpretację – z trudem może być „kolebką umysłu”. Ale istnienie organizmów biologicznych w atmosferze giganta w latach 70. ubiegłego wieku naukowcy nie wykluczyli. Faktem jest, że w górnych warstwach ciśnienie i temperatura bardzo sprzyjają zachodzeniu i przebiegu reakcji chemicznych z udziałem amoniaku czy węglowodorów. Astronom K. Sagan i astrofizyk E. Salpeter (USA), kierując się prawami fizycznymi i chemicznymi, poczynili śmiałe założenie o formach życia, których istnienie w tych warunkach nie jest wykluczone:
- Sinkers to mikroorganizmy, które mogą się szybko i w dużych ilościach namnażać, umożliwiając populacjom przetrwanie w zmieniającym się środowisku.warunki prądów konwekcyjnych.
- Floaters to gigantyczne stworzenia podobne do balonów. Uwalnianie ciężkiego helu, dryfowanie w górnych warstwach.
W każdym razie ani Galileo, ani Juno nie znaleźli niczego w tym rodzaju.
