Пътуване до Галилейските луни на Юпитер

Положението на системата Юпитер в Слънчевата система

Започвайки да говорим за системата на Юпитер, човек не може да не каже поне основното за нейното място в Слънчевата система. Астрономите от миналото са предлагали много теории за формирането на Слънчевата система. Ото Юлиевич Шмид в средата на ХХ век предполага, че Слънцето, въртящо се около центъра на Галактиката, е уловило облак от отломки, прах и газ в гравитационната си прегръдка. От веществото на този огромен студен облак, според неговата теория, са се образували студени плътни предпланетни тела - планетезимали. Нямам нищо против улавянето на такъв облак от Слънцето. Въпреки това, освен камъни, прах и газове в продължение на много години скитания около Галактиката, нашата звезда би могла да вземе и по-големи тела - планети в почти оформена форма. Това може да са ядрата на изчезнали звезди и парчета тежка протоматерия, които са се образували в резултат на експлозията на черни дупки.

Фигура: 1. Сравнителни размери на телата на Слънчевата система.

Ако масата на пропланета е 1-2 земни маси, тя е в състояние да улавя прах и газ и да формира атмосфера около себе си. Постепенно той избира всички отломки и целия газ в своята орбита и процесът се забавя.

В нашата слънчева система по периферията са се образували гигантски планети, способни да задържат огромни газови черупки близо до тях. Първичната атмосфера на гигантските планети, както и самото Слънце, се състоеше от водород и хелий. Масите на ядрата на гигантските планети са приблизително еднакви и равни на 15–20 маси на Земята. Колкото по-голяма е масата на протопланетата, толкова по-бързо се натрупва газ върху нея.

Уран и Нептун растат дори по-бавно от Юпитер и Сатурн. По това време в Слънчевата система е имало още по-малко газ поради действието на слънчевия вятър, така че Уран и Нептун съдържат по-малко водород в проценти от Юпитер.

По-малко масивни планети са се образували в центъра на Слънчевата система. Тук слънчевият вятър издуха малки частици и газ. Но по-тежките частици, напротив, клонят към центъра. Слънчевите приливи забавиха въртенето на планетите близо до Слънцето - Меркурий и Венера.

Фигура 2. Наклон на осите на въртене на планетите към равнините на техните орбити. Смяната на сезоните на планетата зависи от ъгъла на наклона на екватора на планетата към орбиталната равнина и от удължението на орбитата на планетата. Последователност на планетите далеч от слънцето (отляво надясно).

Компютърните експерименти демонстрират забележително свойство на нашата планетарна система: преминаването на звезда с маса около 0,1 слънчеви маси през нейните външни региони малко ще промени орбитите на земните планети. Същото не може да се каже за отдалечени обекти, разположени в облака на Оорт, за които разстоянието от Слънцето е стотици пъти по-голямо от радиуса на земната орбита.

Фигура: 3. Полу-големите оси на планетарните орбити следват добре правилото на Тиций-Боде. Теоретичната графика е подчертана в червено, реалните размери на орбитите са в синьо.

Гравитационното поле на Галактиката нарушава орбитите на малки тела в покрайнините на Слънчевата система и дори кара те да се появяват в орбитата на Земята. Факт е, че телата, уловени от Слънцето в неговата гравитационна прегръдка, отначало имат силно удължени орбити и едва след това, с всяка революция, поради приливни сили, орбитите им стават по-малко удължени.

Що се отнася до Слънцето, централното тяло на Слънчевата система, се смята, че това е типична звезда от главната последователност, чийто баланс се дължи на равенството на силите на газовото налягане и гравитацията. Слънцето съществува от 5 милиарда години и все още ще излъчва почти постоянен поток от енергия поради протичащите върху него процеси. След това, в съответствие със законите на звездната еволюция, Слънцето ще се превърне в червен гигант и радиусът му ще се увеличи значително, ще стане по-голям от земната орбита. След това газовата обвивка ще се разсее и на мястото на Слънцето ще остане бяло джудже. Този остатък от нашето бивше светило ще подчертае запасите от топлинна енергия в продължение на милиарди години, постепенно превръщайки се в невидим студен обект. Впоследствие, попадайки в гравитационното поле на друга звезда, този тъмно охладен обект може да се превърне в една от планетите на новата планетарна система.

Съвременната планетарна космогония е изправена пред много въпроси, които изискват строго решение. Един такъв въпрос е парадоксът на въртящия момент. Протопланетарните дискове имат малка маса, 10-100 пъти по-малка от централната звезда. Така например, в Слънчевата система 99,8% от масата се съдържа в слънцето. Основният въртящ момент обаче са планетите. Въпросът за преразпределението на ротационния момент от централната част на кондензиращия облак от газ и прах към периферията е много актуален и все още не е решен. Това още веднъж предполага, че общоприетата хипотеза за произхода на Слънчевата система от облак от газове и прах е неправилна. Най-вероятно това не беше облак от прах и газ, а уловени тежки тела, които донесоха голям въртящ момент в Слънчевата система.

Всички планети, астероиди, комети се въртят около Слънцето в една и съща посока (обратно на часовниковата стрелка, когато се гледа от Северния полюс на света). Орбитите на планетите са практически кръгли, техните равнини са леко наклонени към равнината на земната орбита. Само две планети - Меркурий и Плутон - имат орбити с голям наклон към еклиптиката. Най-вероятно тези тела са били заловени от Слънцето от друга система и по различно време. Или може би всички планети на Слънчевата система са попаднали в обятията на Слънцето по различно време. Орбитите на кометите са силно удължени и силно ексцентрични. Повечето обекти в Слънчевата система се въртят около оста си в една посока, която се нарича права. Венера обаче се върти в обратна посока, а Уран се върти, както се казва, „легнал настрани“. Тези факти също не подкрепят хипотезата на О.Ю. Шмит.

Почти всички спътници се въртят около планетата в същата посока като планетите около Слънцето. Изключение правят спътниците на Юпитер - Карма, Синопе, Ананке, Пасифа и спътникът на Нептун Тритон.

Дните и годините на всяка от планетите са различни по продължителност. Всички планети се въртят около Слънцето с различна скорост. Меркурий има най-висока скорост, най-бавната планета Плутон се върти около Слънцето със своя сателит Харон.

Най-дългият ден на Венера, той продължава 243 земни дни. Гигантските планети се въртят по оста си много бързо. Продължителността на един ден на Юпитер е само 9,92 часа.

Един от най-важните фактори, влияещи върху климата на планетите, е слънчевата радиация, падаща върху планетата. Слънчевата радиация, падаща на планетата, се отразява частично в космоса, частично се абсорбира. Погълнатата енергия загрява повърхността на планетата. Изключително важен фактор, влияещ върху климата на планетите, е наличието или отсъствието на атмосферата. Атмосферата на планетата влияе на нейния термичен режим. Плътната атмосфера влияе на климата по няколко начина:
а) създавайки парников ефект, той също така увеличава повърхностната температура;
б) атмосферата изглажда дневните температурни колебания;
в) движението на въздушните маси (атмосферната циркулация) изглажда температурната разлика между екватора и полюсите.

Вътрешната топлина, отделена от недрата на планетите, обаче не може да бъде отхвърлена при формирането на климата. Това важи особено за планетите далеч от Слънцето и техните спътници, които са спътниците на гигантската планета Юпитер.

Юпитер е господар на небето

Фигура: 5. Вътрешна структура на Юпитер.

Юпитер е кръстен на царя на римските богове. Той доминира над деветте планети на нашата Слънчева система, съперник на Слънцето в своята гравитационна сила и електромагнитно великолепие. Той се намира далеч отвъд основния астероиден пояс. Масата на Юпитер е много по-голяма от масата на всички останали планети, взети заедно. Масата на планетата е равна на 318 земни маси и е 1,9 ∙ 10 27 кг, радиусът й е 71 492 км. В същото време Юпитер е много рядък: плътността му е 1,33 g/cm 3, което е четири пъти по-малко от плътността на Земята. Ускорението на свободно падане на нивото на облачната повърхност на Юпитер е само 2,53 g.

Полу-голямата ос на орбитата на Юпитер е 5,2 AU, ексцентриситетът на орбитата е e = 0,0489, а орбиталният период е 11,867 години. Наклон на орбиталната равнина към равнината на еклиптиката - 1 ° 18´17 ". Средна скорост на движение в орбита - 13,1 km/s.

Юпитер е отличен обект за наблюдение. Дори в най-простия телескоп или бинокъл се виждат четири от гигантските му спътници Юпитер, открити от Галилей още през 1610 г. .

Фигура: 6. Схема на орбитите на спътниците на Юпитер.

Когато веществото на газопраховия облак беше уловено, Юпитер представляваше 2/3 от масата му, но това не беше достатъчно, за да започнат термоядрени реакции на Юпитер. Юпитер е 80 пъти по-лек от най-малката звезда от главната последователност. Той обаче има свой собствен източник на топлина. Ако се нагряваше само от Слънцето, температурата на горните слоеве би била равна на 100 градуса по Келвин, докато измерванията дават 140 градуса. В термичния режим на Юпитер важната роля играят потоците от вътрешна енергия от центъра на планетата. Планетата излъчва повече енергия, отколкото получава от слънцето. Следователно в близост до Юпитер телата се нагряват не само поради излъчването на Слънцето, но и поради топлинния поток от Юпитер.

Атмосферата на Юпитер е 89% водород и 11% хелий и наподобява слънчевата атмосфера по химичен състав. Капацитетът му е около 6 хиляди километра. Съединенията на фосфор и сяра придават на атмосферата оранжев цвят. За хората той е разрушителен, тъй като съдържа токсичен амоняк и ацетилен. Смята се, че Юпитер има три облачни слоя: облаци от замразен амоняк; облаци от кристали на амониев сероводород и метан и облаци, които съдържат воден лед и вероятно течна вода. Всички тези облаци са потопени във водородно-хелиева атмосфера.

Фигура: 8. Изображение на Юпитер в инфрачервено лъчение. Светлина - най-топлите райони на планетата.

Фигура: 9. Магнитосфера на Юпитер.

Е, сега нека направим кратко пътуване до големите, така наречените Галилееви спътници на Юпитер. Нека се опитаме да разберем произхода на техния релеф, видян от космическите станции, летящи през вселената на Юпитер.