Юпітер: останні дослідження та загальні відомості
Реферат
на тему:
“Юпітер: останні дослідження
та загальні відомості”
Першим кораблем, що літав до Юпітера в 1973 році, був Pioneer 10, а пізніше це були Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 і Ulysses. Космічний корабель Galileo нещодавно знаходився на постійній орбіті навколо Юпітера і надсилав одержані дані до 2002 року.
Вивчати планети-гіганти за допомогою космічної техніки почали на десятиліття пізніше, ніж планети земної групи. 3 березня 1972 р. із Землі стартував американський космічний апарат "Піонер-10". Через 6 місяців польоту апарат успішно минав пояс астероїдів і ще через 15 місяців досяг околиць "царя планет", пройшовши на відстані 130 300 км від нього в грудні 1973 р.
За допомогою оригінального фотополяриметра отримано 340 знімків хмарного покриву Юпітера і поверхонь чотирьох самих великих супутників: Іо, Європи, Ганімеда і Каллісто. Крім Великої Червоної Плями, розміри якої перевищують діаметр нашої планети, виявлена біла пляма діаметром більше 10 тис. кілометрів. Інфрачервоний радіометр показав, що температура зовнішнього хмарного покриву складає 133 ДО. Було виявлено також, що Юпітер випромінює в 1,6 рази більше тепла, ніж одержує від Сонця; уточнена маса планети і супутника Іо.
Дослідження показали, що Юпітер володіє могутнім магнітним полем; також була зареєстрована зона з інтенсивною радіацією (у 10 тис. раз більше, ніж у навколоземних радіаційних поясах) на відстані 177 тис. кілометрів від планети. Притягання Юпітера сильно змінило траєкторію польоту апарату. "Піонер-10" почав рухатися по дотичній до орбіти Юпітера, віддаляючись від Землі майже по прямій. Цікаво, що шлейф магнітосфери Юпітера був виявлений за межами орбіти Сатурна. У 1987 р. "Піонер-10" вийшов за границі Сонячної системи.
Траса "Піонера-11", що пролетів на відстані 43 тис. кілометрів від Юпітера в грудні 1974 р., була розрахована інакше. Він пройшов між поясами і самою планетою, не одержавши небезпечної дози радіації. На цьому апараті були встановлені ті ж прилади, що і на попередньому. Аналіз кольорових зображень хмарного шару, отриманих фотополяриметром, дозволив виявити особливості і структуру хмар. Їхня висота виявилася різною в смугах і розташованих між ними зонах. Відповідно до досліджень "Піонера-II", світлі зони і Велика Червона Пляма характеризуються висхідними течіями в атмосфері. Хмари в них розташовані вище, ніж у сусідніх областях смуг, і тут холодніше.
Притягання Юпітера розвернуло "Піонер-11" майже на 180°. Після декількох корекцій траєкторії польоту він перетнув орбіту Сатурна недалеко від самої планети.
"Вояджер-1" зробив проліт біля Юпітера в березні 1979 р., а "Вояджер-2" пройшов повз гіганта на чотири місяці пізніше. Вони передали на Землю знімки хмарного покриву Юпітера і поверхонь найближчих супутників з дивними подробицями. Атмосферні маси червоного, жовтогарячого, жовтого, коричневого і синього кольорів постійно переміщалися. Смуги вихрових потоків захоплювали один одного, то звужуючись, то розширюючись. Швидкість переміщення хмар виявилася рівною 11 км/с. Велика Червона Пляма оберталася проти вартовий стрілки і робилася повний оборот за 6 год. "Вояджер-1" вперше показав, що в Юпітера є система блідих кілець, розташованих на відстані 57 тис. кілометрів від хмарного покриву планети, а на супутнику Іо діють вісім вулканів. "Вояджер-2" повідомив через кілька місяців, що шість з них продовжують активно діяти. Фотографії інших галілеєвих супутників - Європи, Ганімеда і Каллісто - показали, що їхні поверхні різко відрізняються друг від друга.
Американський космічний апарат "Галілео", доставлений на навколоземну орбіту у вантажному відсіку корабля багаторазового використання "Атлантіс", являв собою апарат нового покоління для дослідження хімічного складу і фізичних характеристик Юпітера, а також для більш детального фотографування його супутників. Апарат складався з орбітального модуля для тривалих спостережень і спеціального зонда, що повинен був проникнути в атмосферу планети. Траєкторія "Галілео" була досить складною. Спочатку апарат направився до Венери, повз яку пройшов у лютому 1990 р. Потім по новій траєкторії в грудні він повернувся до Землі. Були передані численні фотографії Венери, Землі і Місяці.
У жовтні 1991 р., проходячи через пояс астероїдів, апарат сфотографував малу планету Гаспра. Повернувшись до Землі друг раз у грудні 1992 р. і одержавши нове прискорення, він кинувся до основної мети своєї подорожі - Юпітерові. Виявившись у серпні 1993 р. знову в поясі астероїдів, він сфотографував ще одну малу планету, Йду.
Через два роки "Галілео" досяг околиць Юпітера. По команді з Землі від нього відокремився зонд, що спускається, і протягом п'яти місяців робив самостійний політ до границь атмосфери Юпітера зі швидкістю 45 км/с. За рахунок опору її верхніх шарів протягом двох хвилин швидкість знизилася до кількох сотень метрів у секунду. При цьому перевантаження перевершували земну силу ваги в 230 разів. Апарат проникнув в атмосферу на глибину 156 км і функціонував протягом 57 хв. Дані про атмосферу ретранслювалися через основний блок "Галілео".
Газові планети, до яких відноситься Юпітер, не мають твердої поверхні, їхній газоподібний матеріал просто стає більш щільним із глибиною (радіуси і діаметри для таких планет визначаються по рівнях, що відповідає тиску в 1 атмосферу). Так що коли ми дивимося на таку планету, ми бачимо верхні шари хмар.
Юпітер складається приблизно на 90% з водню і на 10% з гелію (по числу атомів і в співвідношенні 75/25 % по масі) зі слідами метану, води, аміаку. Цей склад дуже близький до складу споконвічної Сонячної Туманності, з якої сформувалася вся Сонячна система. Подібний склад і в Сатурна, а до складу Урана і Нептуна входить набагато менше водню і гелію.
Наші знання щодо внутрішньої будови Юпітера (і інших газових планет) носять непрямий характер і, імовірно, ще довго залишаться такими. Атмосферний зонд Галілео передав дані про склад атмосфери усього на глибині 150 км. нижче верхніх шарів хмар. Юпітер, можливо, має ядро з твердого матеріалу, маса якого складає приблизно від 10 до 15 мас Землі.
Вище ядра знаходиться основний обсяг планети у формі рідкого металевого водню. Ця екзотична форма можлива тільки при тисках, що перевищують 4 мільйони бар. Рідкий металевий водень складається з іонізованих протонів і електронів (як усередині Сонця, але при більш низькій температурі). При такій температурі і тиску, як у Юпітера, водень усередині нього - рідина, а не газ. Він є електричним провідником і джерелом магнітного поля Юпітера. Цей водневий шар, можливо, також містить деяку кількість гелію.
Найбільш віддалений від ядра шар складається насамперед зі звичайного молекулярного водню і гелію, що знаходяться в рідкому стані усередині і поступово переходять у газоподібний ззовні. Атмосфера, що ми бачимо - тільки сама верхня частина цього глибокого рівня. Також присутні, але в малюсіньких кількостях, вода, двоокис вуглецю, метан і інші прості молекули.
Як думають, існує три чітко виділюваних шари хмар: із замороженого аміаку, гідросульфіду амонію і суміші льоду і води.
Дані атмосферного зонда Galileo також показують значно меншу кількість води, ніж очікували.
На Юпітері й інших газових планетах існують смуги, обмежені по широті, усередині яких дують вітри з дуже високими швидкостями, причому їхні напрямки протилежні в суміжних смугах. Невеликої різниці в хімічному складі і температурі між цими областями досить для того, щоб вони виглядали як кольорові смуги, що ми бачимо на зображеннях цих планет. Світлі смуги називаються зонами, темні - поясами. Смуги були відомі якийсь час на Юпітері, але вихри на границі між смугами були вперше замічені завдяки спостереженням на Voyager. Згідно даним зонда Galileo виявлено, що швидкість вітру виявилася набагато вище очікуваною (більше ніж 400 миль у годину), і ці потоки простираються на всю глибину атмосфери, на яку був здатний опуститися зонд; вони можуть проникати на тисячі кілометрів усередину планети. Виявилося, що атмосфера Юпітера високо турбулентна.
Яскраві кольори, видимі в хмарах Юпітера, є результатом протікання різних хімічних реакцій елементів, що є присутніми в атмосфері, можливо, включаючи сірку, наявність якої може давати широкий спектр квітів, але подробиці поки не відомі.
Кольори співвідносяться з висотою хмар: сині - найнижчі, супроводжувані коричневими та білими, найвищі - червоні. Іноді ми можемо спостерігати нижні рівні через розриви у верхніх шарах хмар.
Велика Червона Пляма була помічена земними спостерігачами більш ніж 300 років тому (відкриття приписується Кассіні, чи Робертові Хуку, у 17 столітті). Вона має розміри 12 000 на 25 000 км - досить для того, щоб вмістити дві такі планети, як Земля. Інші менші подібні плями спостерігалися протягом десятиліть. Інфрачервоні спостереження і напрямок її обертання вказують, що ця пляма - область високого тиску, над якою верхні шари хмар розташовуються значно вище і вони більш холодні, ніж над навколишніми областями. Подібні структури були помічені на Сатурні і Нептуні. Не відомо, як такі структури можуть зберігатися так довго.
Юпітер випромінює в космос більшу кількість енергії, ніж одержує від Сонця. Усередині Юпітера - гаряче ядро, температура якого складає приблизно 20 000 K. Теплота генерується механізмом Кельвіна - Гельмгольца, за рахунок повільного гравітаційного стиску планети. Юпітер не робить енергію ядерним синтезом, як Сонце; він занадто малий, і його внутрішня температура занадто холодна для того, щоб запустити ядерні реакції. Ця внутрішня теплота, можливо, викликає конвекцію глибоко в рідких шарах Юпітера, вследствии чого ми спостерігаємо складні рухи у верхніх шарах хмар. Сатурн і Нептун подібні Юпітерові в цьому відношенні, але Уран, як не дивно, немає.
Юпітер має величезне магнітне поле, набагато більш сильне, чим у Землі. Магнітосфера тягнеться більше чим на 650 мільйонів км - за орбіту Сатурна! Зверніть увагу, що магнітосфера Юпітера далека від сферичної - вона тягнеться на кілька мільйонів кілометрів у напрямку до Сонця. Супутники Юпітера, отже, знаходяться в межах його магнітосфери, що може частково пояснювати активність на Іо. На жаль для майбутніх космічних мандрівників і проектувальників космічних кораблів Voyager і Galileo, навколишнє середовище навколо Юпітера містить високі рівні енергетичних часток, захоплених магнітним полем Юпітера. Ця радіація подібна знайденої в межах Радіаційних поясів Ван Аллена Землі, але набагато більш інтенсивна, вона згубна для незахищеної людини.
У Юпітера є кільця, подібно Сатурну, але набагато більш слабкі.
На відміну від Сатурна, кільця Юпітера - темні (альбедо приблизно 0.05). Вони складаються з дуже дрібних часток гірських порід. Також на відміну від кілець Сатурна вони не містять льоду.
У липні 1994 року комета Шумахера-Леві зіштовхнулася з Юпітером. Наслідки було ясно видно навіть в аматорські телескопи. Уламки, що залишилися від зіткнення, можна було спостерігати ще майже цілий рік.
Юпітер часто є самою яскравою "зіркою" нашого неба, уступаючи по яскравості тільки Венері, що рідко видна в темному небі. Чотири його супутники легко можна побачити в бінокль; кілька смуг і Велика Червона Пляма можна спостерігати за допомогою невеликого телескопа.
Обертання Юпітера поступово сповільнюється через приливне гальмування, виробленого на нього його великими супутниками. Ті ж самі приливні сили змінюють орбіти місяців, змушуючи їх дуже повільно віддалятися від Юпітера.
на тему:
“Юпітер: останні дослідження
та загальні відомості”
Першим кораблем, що літав до Юпітера в 1973 році, був Pioneer 10, а пізніше це були Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 і Ulysses. Космічний корабель Galileo нещодавно знаходився на постійній орбіті навколо Юпітера і надсилав одержані дані до 2002 року.
Вивчати планети-гіганти за допомогою космічної техніки почали на десятиліття пізніше, ніж планети земної групи. 3 березня 1972 р. із Землі стартував американський космічний апарат "Піонер-10". Через 6 місяців польоту апарат успішно минав пояс астероїдів і ще через 15 місяців досяг околиць "царя планет", пройшовши на відстані 130 300 км від нього в грудні 1973 р.
За допомогою оригінального фотополяриметра отримано 340 знімків хмарного покриву Юпітера і поверхонь чотирьох самих великих супутників: Іо, Європи, Ганімеда і Каллісто. Крім Великої Червоної Плями, розміри якої перевищують діаметр нашої планети, виявлена біла пляма діаметром більше 10 тис. кілометрів. Інфрачервоний радіометр показав, що температура зовнішнього хмарного покриву складає 133 ДО. Було виявлено також, що Юпітер випромінює в 1,6 рази більше тепла, ніж одержує від Сонця; уточнена маса планети і супутника Іо.
Дослідження показали, що Юпітер володіє могутнім магнітним полем; також була зареєстрована зона з інтенсивною радіацією (у 10 тис. раз більше, ніж у навколоземних радіаційних поясах) на відстані 177 тис. кілометрів від планети. Притягання Юпітера сильно змінило траєкторію польоту апарату. "Піонер-10" почав рухатися по дотичній до орбіти Юпітера, віддаляючись від Землі майже по прямій. Цікаво, що шлейф магнітосфери Юпітера був виявлений за межами орбіти Сатурна. У 1987 р. "Піонер-10" вийшов за границі Сонячної системи.
Траса "Піонера-11", що пролетів на відстані 43 тис. кілометрів від Юпітера в грудні 1974 р., була розрахована інакше. Він пройшов між поясами і самою планетою, не одержавши небезпечної дози радіації. На цьому апараті були встановлені ті ж прилади, що і на попередньому. Аналіз кольорових зображень хмарного шару, отриманих фотополяриметром, дозволив виявити особливості і структуру хмар. Їхня висота виявилася різною в смугах і розташованих між ними зонах. Відповідно до досліджень "Піонера-II", світлі зони і Велика Червона Пляма характеризуються висхідними течіями в атмосфері. Хмари в них розташовані вище, ніж у сусідніх областях смуг, і тут холодніше.
Притягання Юпітера розвернуло "Піонер-11" майже на 180°. Після декількох корекцій траєкторії польоту він перетнув орбіту Сатурна недалеко від самої планети.
"Вояджер-1" зробив проліт біля Юпітера в березні 1979 р., а "Вояджер-2" пройшов повз гіганта на чотири місяці пізніше. Вони передали на Землю знімки хмарного покриву Юпітера і поверхонь найближчих супутників з дивними подробицями. Атмосферні маси червоного, жовтогарячого, жовтого, коричневого і синього кольорів постійно переміщалися. Смуги вихрових потоків захоплювали один одного, то звужуючись, то розширюючись. Швидкість переміщення хмар виявилася рівною 11 км/с. Велика Червона Пляма оберталася проти вартовий стрілки і робилася повний оборот за 6 год. "Вояджер-1" вперше показав, що в Юпітера є система блідих кілець, розташованих на відстані 57 тис. кілометрів від хмарного покриву планети, а на супутнику Іо діють вісім вулканів. "Вояджер-2" повідомив через кілька місяців, що шість з них продовжують активно діяти. Фотографії інших галілеєвих супутників - Європи, Ганімеда і Каллісто - показали, що їхні поверхні різко відрізняються друг від друга.
Американський космічний апарат "Галілео", доставлений на навколоземну орбіту у вантажному відсіку корабля багаторазового використання "Атлантіс", являв собою апарат нового покоління для дослідження хімічного складу і фізичних характеристик Юпітера, а також для більш детального фотографування його супутників. Апарат складався з орбітального модуля для тривалих спостережень і спеціального зонда, що повинен був проникнути в атмосферу планети. Траєкторія "Галілео" була досить складною. Спочатку апарат направився до Венери, повз яку пройшов у лютому 1990 р. Потім по новій траєкторії в грудні він повернувся до Землі. Були передані численні фотографії Венери, Землі і Місяці.
У жовтні 1991 р., проходячи через пояс астероїдів, апарат сфотографував малу планету Гаспра. Повернувшись до Землі друг раз у грудні 1992 р. і одержавши нове прискорення, він кинувся до основної мети своєї подорожі - Юпітерові. Виявившись у серпні 1993 р. знову в поясі астероїдів, він сфотографував ще одну малу планету, Йду.
Через два роки "Галілео" досяг околиць Юпітера. По команді з Землі від нього відокремився зонд, що спускається, і протягом п'яти місяців робив самостійний політ до границь атмосфери Юпітера зі швидкістю 45 км/с. За рахунок опору її верхніх шарів протягом двох хвилин швидкість знизилася до кількох сотень метрів у секунду. При цьому перевантаження перевершували земну силу ваги в 230 разів. Апарат проникнув в атмосферу на глибину 156 км і функціонував протягом 57 хв. Дані про атмосферу ретранслювалися через основний блок "Галілео".
Газові планети, до яких відноситься Юпітер, не мають твердої поверхні, їхній газоподібний матеріал просто стає більш щільним із глибиною (радіуси і діаметри для таких планет визначаються по рівнях, що відповідає тиску в 1 атмосферу). Так що коли ми дивимося на таку планету, ми бачимо верхні шари хмар.
Юпітер складається приблизно на 90% з водню і на 10% з гелію (по числу атомів і в співвідношенні 75/25 % по масі) зі слідами метану, води, аміаку. Цей склад дуже близький до складу споконвічної Сонячної Туманності, з якої сформувалася вся Сонячна система. Подібний склад і в Сатурна, а до складу Урана і Нептуна входить набагато менше водню і гелію.
Наші знання щодо внутрішньої будови Юпітера (і інших газових планет) носять непрямий характер і, імовірно, ще довго залишаться такими. Атмосферний зонд Галілео передав дані про склад атмосфери усього на глибині 150 км. нижче верхніх шарів хмар. Юпітер, можливо, має ядро з твердого матеріалу, маса якого складає приблизно від 10 до 15 мас Землі.
Вище ядра знаходиться основний обсяг планети у формі рідкого металевого водню. Ця екзотична форма можлива тільки при тисках, що перевищують 4 мільйони бар. Рідкий металевий водень складається з іонізованих протонів і електронів (як усередині Сонця, але при більш низькій температурі). При такій температурі і тиску, як у Юпітера, водень усередині нього - рідина, а не газ. Він є електричним провідником і джерелом магнітного поля Юпітера. Цей водневий шар, можливо, також містить деяку кількість гелію.
Найбільш віддалений від ядра шар складається насамперед зі звичайного молекулярного водню і гелію, що знаходяться в рідкому стані усередині і поступово переходять у газоподібний ззовні. Атмосфера, що ми бачимо - тільки сама верхня частина цього глибокого рівня. Також присутні, але в малюсіньких кількостях, вода, двоокис вуглецю, метан і інші прості молекули.
Як думають, існує три чітко виділюваних шари хмар: із замороженого аміаку, гідросульфіду амонію і суміші льоду і води.
Дані атмосферного зонда Galileo також показують значно меншу кількість води, ніж очікували.
На Юпітері й інших газових планетах існують смуги, обмежені по широті, усередині яких дують вітри з дуже високими швидкостями, причому їхні напрямки протилежні в суміжних смугах. Невеликої різниці в хімічному складі і температурі між цими областями досить для того, щоб вони виглядали як кольорові смуги, що ми бачимо на зображеннях цих планет. Світлі смуги називаються зонами, темні - поясами. Смуги були відомі якийсь час на Юпітері, але вихри на границі між смугами були вперше замічені завдяки спостереженням на Voyager. Згідно даним зонда Galileo виявлено, що швидкість вітру виявилася набагато вище очікуваною (більше ніж 400 миль у годину), і ці потоки простираються на всю глибину атмосфери, на яку був здатний опуститися зонд; вони можуть проникати на тисячі кілометрів усередину планети. Виявилося, що атмосфера Юпітера високо турбулентна.
Яскраві кольори, видимі в хмарах Юпітера, є результатом протікання різних хімічних реакцій елементів, що є присутніми в атмосфері, можливо, включаючи сірку, наявність якої може давати широкий спектр квітів, але подробиці поки не відомі.
Кольори співвідносяться з висотою хмар: сині - найнижчі, супроводжувані коричневими та білими, найвищі - червоні. Іноді ми можемо спостерігати нижні рівні через розриви у верхніх шарах хмар.
Велика Червона Пляма була помічена земними спостерігачами більш ніж 300 років тому (відкриття приписується Кассіні, чи Робертові Хуку, у 17 столітті). Вона має розміри 12 000 на 25 000 км - досить для того, щоб вмістити дві такі планети, як Земля. Інші менші подібні плями спостерігалися протягом десятиліть. Інфрачервоні спостереження і напрямок її обертання вказують, що ця пляма - область високого тиску, над якою верхні шари хмар розташовуються значно вище і вони більш холодні, ніж над навколишніми областями. Подібні структури були помічені на Сатурні і Нептуні. Не відомо, як такі структури можуть зберігатися так довго.
Юпітер випромінює в космос більшу кількість енергії, ніж одержує від Сонця. Усередині Юпітера - гаряче ядро, температура якого складає приблизно 20 000 K. Теплота генерується механізмом Кельвіна - Гельмгольца, за рахунок повільного гравітаційного стиску планети. Юпітер не робить енергію ядерним синтезом, як Сонце; він занадто малий, і його внутрішня температура занадто холодна для того, щоб запустити ядерні реакції. Ця внутрішня теплота, можливо, викликає конвекцію глибоко в рідких шарах Юпітера, вследствии чого ми спостерігаємо складні рухи у верхніх шарах хмар. Сатурн і Нептун подібні Юпітерові в цьому відношенні, але Уран, як не дивно, немає.
Юпітер має величезне магнітне поле, набагато більш сильне, чим у Землі. Магнітосфера тягнеться більше чим на 650 мільйонів км - за орбіту Сатурна! Зверніть увагу, що магнітосфера Юпітера далека від сферичної - вона тягнеться на кілька мільйонів кілометрів у напрямку до Сонця. Супутники Юпітера, отже, знаходяться в межах його магнітосфери, що може частково пояснювати активність на Іо. На жаль для майбутніх космічних мандрівників і проектувальників космічних кораблів Voyager і Galileo, навколишнє середовище навколо Юпітера містить високі рівні енергетичних часток, захоплених магнітним полем Юпітера. Ця радіація подібна знайденої в межах Радіаційних поясів Ван Аллена Землі, але набагато більш інтенсивна, вона згубна для незахищеної людини.
У Юпітера є кільця, подібно Сатурну, але набагато більш слабкі.
На відміну від Сатурна, кільця Юпітера - темні (альбедо приблизно 0.05). Вони складаються з дуже дрібних часток гірських порід. Також на відміну від кілець Сатурна вони не містять льоду.
У липні 1994 року комета Шумахера-Леві зіштовхнулася з Юпітером. Наслідки було ясно видно навіть в аматорські телескопи. Уламки, що залишилися від зіткнення, можна було спостерігати ще майже цілий рік.
Юпітер часто є самою яскравою "зіркою" нашого неба, уступаючи по яскравості тільки Венері, що рідко видна в темному небі. Чотири його супутники легко можна побачити в бінокль; кілька смуг і Велика Червона Пляма можна спостерігати за допомогою невеликого телескопа.
Обертання Юпітера поступово сповільнюється через приливне гальмування, виробленого на нього його великими супутниками. Ті ж самі приливні сили змінюють орбіти місяців, змушуючи їх дуже повільно віддалятися від Юпітера.
