Самая большая планета Солнечной системы

Самая большая планета Солнечной системы - это Юпитер. Огромное небесное тело, видимое с Земли как очень яркая звезда, движение которой среди созвездий становится заметным через 2 – 3 месяца наблюдений.

На Юпитер нельзя было не обратить внимания при изучении звёздного неба, поэтому его знали уже древнейшие цивилизации. Подметив, что полный оборот по небесной сфере эта “звезда” делает без малого за двенадцать лет, в Вавилоне разбили область неба, в пределах которой она видна, на соответствующее количество созвездий – так появились знаки зодиака. Учитывая, что за год Луна тоже делает примерно двенадцать оборотов вокруг Земли, появилось очень широкое поле для всевозможных трактовок и предсказаний.

От вавилонян тайное знание попало в Египет, где местные жрецы наряду с восходом Сириуса стали использовать и зодиакальную систему счета дней. Их календарь был полностью солнечным.

В дальнейшем, с походами Александра Македонского, подобный календарь проникает в Грецию и быстро усовершенствуется, к началу нашей эры превратившись в доживший до настоящего времени юлианский календарь. Греки же вводят термин “планета” для немногих подвижных звёзд и с переменным успехом пытаются разгадать кинематику их движения. При этом считая Юпитер верховным божеством всего неба.

Кочевые народности авраамистического толка, напротив, придерживались примитивных представлений о природе светил и никак не выделяли отдельные звёзды, подвижные или нет. Что не помешало им к IV в. н.э. установить свою власть над всем Средиземноморьем и начать сжигать заживо всех, кто не был согласен с их учением.

С разгромом Александрийской библиотеки части её ученых удалось спастись в Индии, куда они принесли тригонометрию и те самые знаки Зодиака.

С другой стороны Гималаев китайские звездочёты независимо пришли к использованию 12-летнего цикла в своем календаре. Причем был и второй цикл – 60-летний. Это тот интервал, по истечении которого взаимное расположение Юпитера (через 5 оборотов) и Сатурна (через 2 оборота) на земной небесной сфере повторяется с точностью до созвездия.

Учитывая такое совпадение выводов, неудивительно, что в Юго-Восточной Азии 12-летний цикл активно используется и до сих пор.

Тем не менее, следующий шаг в изучении Юпитера был сделан всё же в Европе. Через тысячу лет после предыдущих событий фанатизм и невежество понемногу стали уступать место забытому желанию предшественников понять истинную природу неба и таинственных подвижных звёзд на нём.

С изобретением телескопа подвижных звёзд стало больше - были открыты четыре крупнейших спутника Юпитера. Приоритет в те годы делили между собой итальянец Галилео Галилей и немец Симон Марий, преимущество досталось первому. Зато второй ввёл сохранившиеся до нашего времени обозначения этих светил, назвав их именами подруг Зевса Ио, Каллисто и Европы, и его виночерпия на небесном пиру Ганимеда.

При дальнейшем увеличении апертуры стало видно, что эта звезда – не точка, а вполне ощутимых размеров диск, на котором выделяются две темных параллельных полосы. А спутники могут проходить перед этим диском, теряясь на его фоне и отбрасывая тени, заходить за диск или вообще попадать в конус отбрасываемой Юпитером тени, на какое-то время пропадая из виду. С последним обстоятельством оказалось связано осуществление одного из самых выдающихся открытий возрождаемой науки – определение конечности скорости света.

В принципе, геометрические построения, приводящие к такому выводу, не так уж и сложны. Достаточно нарисовать взаимное расположение Юпитера и Земли в разных точках своей орбиты чтобы придти к выводу, что отраженный от спутника свет будет до Земли проходить разное расстояние. Но в те годы господствовала теория “дальнодействия”, согласно которой свет передается мгновенно.

Олаф Рёмер, датский астроном, работавший во Франции, систематически наблюдал моменты затмений спутников Юпитера с целью определения долготы так называемых опорных точек, служивших для составления географических карт. Этот способ был предложен еще Галилеем, но практически применялся мало из-за невысокой точности определения их орбит и связанных с этим погрешностей. В конце XVII в. позиционные наблюдения достигли очень высокой точности, но погрешность определения моментов затмений всё равно превышала 10 минут.

Систематизировав результаты 140 наблюдений затмений Ио, Рёмер пришел к выводу, что погрешности результата вовсе не случайны, а тесно связаны с взаимным расположением Земли и Юпитера, из чего в 1676 году сделал вывод, что свет распространяется с конечной скоростью и именно этим и обусловлено явление запаздывания затмений.

Диаметр Юпитера, позволивший определить, что это самая большая планета Солнечной системы, стал известен за четыре года до работ Рёмера. Джованни Кассини совместно с Жаном Рише измерили параллакс Марса при наблюдении из разных обсерваторий, что позволило рассчитать диаметр земной орбиты. С другой стороны соотношения между параметрами орбит всех видимых планет были известны еще с дотелескопической эры начиная с Коперника, поэтому расстояние до Юпитера также получилось вполне определенное. Угол между краями диска, измеренный в телескоп в сочетании с известным расстоянием позволил однозначно вычислить и линейный диаметр диска, в переводе на современные единицы длины он составляет 140 тысяч километров, что в 12 раз больше диаметра Земли.

Следующим шагом стало определение плотности Юпитера. Соотношение периодов, с какими самая большая планета Солнечной системы обращается вокруг Солнца и крупнейшие спутники обращаются вокруг неё, позволило, используя законы Кеплера, установить, что Юпитер только в 318 раз тяжелее Земли, а следовательно, лишь немногим плотнее воды. Кубометр его вещества весит 1326 килограммов, для сравнения, Земля – 5515.

Спектральные исследования, появившиеся в XIX веке, показали, что в верхних слоях атмосферы присутствуют водород, метан и аммиак, а развитие термодинамики позволило установить, что температура тела, находящегося на таком расстоянии от Солнца и обладающего отражательными способностями атмосферы Юпитера, должно иметь температуру –143 по Цельсию. Атмосфера непрозрачна, и что под ней – неизвестно до сих пор. Пролет автоматической межпланетной станции Галилео, состоявшийся в 1995 году, показал, что скорость ветра внутренних слоев достигает 520 км/ч, а давление – 10 земных атмосфер.

На максимальной глубине в 146 км, куда смог спуститься аппарат, давление поднялось до 22 атмосфер, а температура – до +153 градусов.

Согласно современным представлениям, водородно-гелиевая атмосфера, постепенно уплотняясь, переходит сначала в жидкую, а затем в твердую металлическую фазу, в центре которой находится силикатное ядро, размером с Землю. Сжатие слоев приводит к их нагреву до температуры в десятки тысяч градусов, тем не менее, взрыв водорода, который неминуемо состоялся бы при такой температуре на Земле, на Юпитере полностью исключен, так как отсутствует окислитель – в земных условиях им является кислород. Кроме водорода и метана, в атмосфере обнаружены и более сложные органические молекулы – этан, ацетилен и соединения германия.

Отдельные формации юпитерианской атмосферы на редкость устойчивы, к ним в частности, относится т.н. Большое Красное пятно, наблюдаемое с XVII века.

Не исключено их происхождение вследствие подогрева атмосферы источниками, размещенными на твердой металлической поверхности Юпитера.

Экваториальные пояса даже с Земли позволяют установить дифференциальное вращение – движение атмосферных масс в них происходит всегда в одном и том же направлении, что создает в соседних областях многочисленные завихрения преимущественно овальной формы, поднимающие вещество из глубинных слоев на поверхность и опускающие его за счет конвективных явлений при охлаждении в верхних слоях.

Юпитер является вторым после Солнца источником радиоизлучения в Солнечной системе, что связано с ускорением электронов солнечного ветра чрезвычайно мощной магнитосферой планеты. Излучение фиксируется в широком диапазоне от микроволнового до коротковолнового. Кроме того, самая большая планета Солнечной системы, Юпитер, излучает в рентгеновском, микроволновом и тепловом диапазонах, выделяя тепла в среднем в 4 раза больше, чем получает от Солнца.

Пятый спутник Юпитера, Амальтея, был открыт только в 1892 году, до начала космической эры было открыто еще семь. Сейчас известно 65 плюс один потерянный. Кроме того, мощное гравитационное поле Юпитера приводит к уникальному явлению “временных спутников”, когда астероид или комета захватывается его притяжением, совершает несколько оборотов и покидает орбиту Юпитера навсегда.

Согласно современным данным, спутники Юпитера делятся на несколько групп с общими свойствами орбит и самих этих тел. В первую группу входят внутренние спутники, находящиеся в непосредственной близости от планеты: Метида, Адрастея, Амальтея и Феба. Их период обращения не превышает суток, а размеры самого крупного – Амальтеи – 250 км. Орбиты почти круговые и спутники вращаются в том же направлении, что и Юпитер.

Вторая группа представлена упоминавшимися галилеевыми спутниками. За исключением Европы диаметром 3122 километра, все небесные тела этой группы превосходят по размерам Луну, а спутник Ганимед – и Меркурий.

Ио, Европа, и Ганимед находятся в так называемом приливном резонансе: их периоды обращения вокруг Юпитера точно соотносятся как 1:2:4. Это явление приводит к дополнительному разогреву их вещества приливными силами по сравнению с энергией сжатия и энергией радиоактивного распада тяжёлых элементов ядра.

На Европе, Каллисто и Ганимеде поверхность состоит из водяного льда, под которым возможен жидкий океан глубиной 100 – 200 км. Недавно были получены доказательства существования на Европе подледных вулканов, что почти несомненно указывает на существование на спутнике жидкой воды. Ганимед, кроме того, имеет собственную тонкую атмосферу, причем, как и на Земле – кислородную. На Каллисто атмосфера из углекислого газа.

Ио содержит крупнейшие в Солнечной системе вулканы, выброс которых превышает 200 км. Ни воды ни льда на спутнике нет, зато есть горы, превышающие Эверест, действующие лавовые потоки и обильные отложения кристаллической серы и сульфидов. Этот спутник – ближайший к Юпитеру из крупных, поэтому не исключено, что интенсивный вулканизм смог развиться из-за разогрева недр Ио приливными силами Юпитера.

Все четыре спутника этой группы, как и Луна к Земле, повернуты к самой большой планете солнечной системы только одной стороной. Их периоды обращения от 1,77 до 16 суток.

Следующая группа, крупнейший спутник которой Гималия имеет диаметр 160 километров, состоит из семи спутников, также обращающихся в одну сторону с вращением Юпитера. Радиусы их орбит от 7 до 17 млн. км., а периоды обращения от 130 до 459 суток. В отличие от предыдущих двух групп, орбиты этих спутников сильно эллиптические.

Оставшаяся группа, которую делят на несколько подгрупп, содержит все оставшиеся спутники. Её основным отличием от предыдущей является обращение составляющих её спутников в сторону, противоположную вращению Юпитера. Орбиты также сильно вытянутые, периоды обращения от 482 до 1077 земных суток, а диаметр крупнейших лун группы Пасифе и Карме составляет соответственно 60 и 46 км. По традиции, всем спутникам Юпитера с обратным вращением присваивается наименование, оканчивающееся на “е”.

Спутники – не единственные объекты, захваченные притяжением Юпитера. Планета имеет также тонкое пылевое кольцо, хотя и несопоставимое по эффектности с кольцами Сатурна, но все же заметное при наблюдении против Солнца. Источниками его частиц считаются внутренние спутники, вследствие малой силы тяжести выбрасывающие в космос вещество после каждого столкновения с метеорной частицей.

Но и это – не всё. В т.н. точках Лагранжа орбиты Юпитера находится свыше полутора тысяч астероидных тел, путешествующих вместе с ним вокруг Солнца. Получившие название “троянцы”, эти астероиды достаточно крупны для устройства на них базы для будущих полетов по Солнечной системе и достаточно далеки от радиационных поясов Юпитера, захватывающих его основные спутники.