Юпитер и его спутники

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Казанский государственный технический университет  им. А.Н. Туполева

Институт  бизнеса и инновационных технологий

Кафедра технической физики 
 
 
 
 

Реферат

по концепциям современного естествознания

на тему «Планета Юпитер и её спутники» 
 
 
 
 

                                                                                                                                    Выполнила:

                                                                                                                                    студентка группы

                                                                                                                                    9105

                                                                                                                                    Куршакова О.А. 
 
 
 
 
 

2011 г.

Содержание.

1. Введение.
2. Наблюдения и их особенности:

           2.1. Оптический диапазон;

2. Гамма-диапазон;
3. Радионаблюдения.
3. Юпитер среди планет Солнечной системы:

    3.1. Масса;

    3.2. Юпитер как «неудавшаяся звезда»;

    3.3. Орбита и вращение;

    3.4. Гипотезы о существовании жизни в атмосфере Юпитера.

4. Внутреннее строение:

         4.1.Химический состав;

         4.2. Структура:

           4.2.1. Атмосфера;

           4.2.2. Слой металлического водорода;

           4.2.3. Ядро;

           4.2.4. Межслоевые процессы.

         4.3. Атмосферные явления и феномены:

           4.3.1. Движение атмосферы;

           4.3.2. Полосы;

           4.3.3. Большое красное пятно;

           4.3.4. Малое красное пятно;

           4.3.5. Молнии;

           4.3.6. Горячие тени от спутников.

            5. Магнитное поле и магнитосфера:

         5.1. Радиационные пояса;

         5.2. Полярные сияния на Юпитере;

         5.3.Большое рентгеновское пятно.

            6. Спутники и кольца:

         6.1. Европа;

         6.2. Ио;

         6.3. Ганимед;

         6.4. Каллисто;

         6.5. Особенности галилеевых спутников;

         6.6. Малые спутники Юпитера;

         6.7. Спутники с обратным вращением вокруг Юпитера;

         6.8. Временные луны Юпитера;

         6.9. Кольца Юпитера;

         6.10. Троянские астероиды.

             7. Столкновения небесных тел с Юпитером:

         7.1. Комета Шумейкеров — Леви;

         7.2. Другие падения.

             8. Название и история изучения:

         8.1. Юпитер в древних культурах;

         8.2. XVII век: Галилей, Кассини, Рёмер;

         8.3. Современные наблюдения.

       

             9. Литература. 
 
 

Введение.

Юпи́тер — пятая планета от Солнца, крупнейшая в Солнечной системе. Наряду с Сатурном, Ураном и Нептуном Юпитер классифицируется как газовый гигант.

Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в  мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца.

Ряд атмосферных  явлений на Юпитере — такие, как  штормы,  молнии,  полярные сияния,  — имеют масштабы, на порядки  превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XVII века.

Юпитер  имеет, по крайней мере, 63 спутника, самые крупные из которых —  Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Исследования  Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-х  годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие.

Во время  великих противостояний (одно из которых  происходило в сентябре 2010 года) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры.  Диск и спутники Юпитера являются популярными объектами наблюдения для астрономов-любителей, сделавших ряд открытий (например, кометы Шумейкеров-Леви, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году,  или исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера в 2010 году).

Улучшенное  изображение Юпитера, созданное  на

основе  снимков «Вояджера-1» в 1979 году. 
 
 
 
 
 
 

Наблюдения  и их особенности.

Оптический  диапазон.

 В  инфракрасной области спектра  лежат линии молекул H2 и He, а также линии множества других элементов. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных — о её внутренней эволюции.

Однако  молекулы водорода и гелия не имеют  дипольного момента, а значит, абсорбционные  линии этих элементов незаметны  до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. Это с одной стороны, с другой — эти линии образуются в самых  верхних слоях атмосферы и  не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере  получены со спускаемого аппарата «Галилео».

Что же касается остальных элементов, то при  их анализе и интерпретации тоже возникают трудности. Пока что нельзя с полной уверенностью сказать, какие  процессы происходят в атмосфере  Юпитера и насколько сильно они  влияют на химический состав — как  во внутренних областях, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной  интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем  или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально  изменить распределения вещества. 

Также Юпитер излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год. 

Гамма-диапазон.

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне связано с полярным сиянием, а также с излучением диска. Впервые зарегистрировано в 1979 году космической лабораторией имени Эйнштейна.

На Земле  области полярных сияний в рентгене и ультрафиолете практически  совпадают, однако, на Юпитере это  не так. Область рентгеновских полярных сияний расположена гораздо ближе к полюсу, чем ультрафиолетовых. Ранние наблюдения выявили пульсацию излучения с периодом в 40 минут, однако, в более поздних наблюдениях эта зависимость проявляется гораздо хуже.

Ожидалось, что рентгеновский спектр авроральных сияний на Юпитере схож с рентгеновским спектром комет, однако, как показали наблюдения на Chandra, это не так. Спектр состоит из эмиссионных линий с пиками у кислородных линий вблизи 650 эВ, у OVIII линий при 653 эВ и 774 эВ, а также у OVII на 561 эВ и 666 эВ. Существуют также линии излучения при более низких энергиях в спектральной области от 250 до 350 эВ, возможно, они принадлежат сере или углероду.

Гамма-излучение, не связанное с полярным сиянием, впервые было обнаружено при наблюдениях  на ROSAT в 1997 году. Спектр схож со спектром полярных сияний, однако в районе 0,7—0,8 кэВ. Особенности спектра хорошо описываются моделью корональной плазмы с температурой 0,4—0,5 кэВ с солнечной металличностью, с добавлением эмиссионных линий Mg10+ и Si12+. Существование последних, возможно, связано с солнечной активностью в октябре-ноябре 2003 года. 

Наблюдения  космической обсерватории XMM-Newton показали, что излучение диска в гамма-спектре — это отражённое солнечное рентгеновское излучение. В отличие от полярных сияний, никакой периодичности изменения интенсивности излучения на масштабах от 10 до 100 мин обнаружено не было. 

Радионаблюдения.

 

Юпитер  — самый мощный (после Солнца) радиоисточник Солнечной системы  в дециметровом — метровом диапазонах длин волн. Радиоизлучение имеет спорадический  характер и в максимуме всплеска достигает 106 Янских.

Всплески  происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц (чаще всего около 18 МГц), в  среднем их ширина составляет примерно 1 МГц. Длительность всплеска невелика: от 0,1—1 с (иногда до 15 с). Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, степень поляризации достигает 100 %. Наблюдается модуляция излучения близким спутником Юпитера Ио, вращающимся внутри магнитосферы: вероятность появления всплеска больше, когда Ио находится вблизи элонгации по отношению к Юпитеру. Монохроматический характер излучения говорит о выделенной частоте, скорее всего гирочастоте. Высокая яркостная температура (иногда достигает 1015 K) требует привлечения коллективных эффектов (типа мазеров).

Радиоизлучение  Юпитера в миллиметровом — короткосантиметровом диапазонах имеет чисто тепловой характер, хотя яркостная температура несколько выше равновесной, что предполагает поток тепла из недр. Начиная с волн ~9 см Tb (яркостная температура) возрастает — появляется нетепловая составляющая, связанная с синхротронным излучением релятивистских частиц со средней энергией ~30 МэВ в магнитном поле Юпитера; на волне 70 см Tb достигает значения ~5×104 K. Источник излучения расположен по обе стороны планеты в виде двух протяжённых лопастей, что указывает на магнитосферное происхождение излучения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Юпитер  среди планет Солнечной системы. 

Масса.

Масса Юпитера в 2,47 раза превосходит массу  остальных планет Солнечной системы.

Юпитер  — самая большая планета Солнечной  системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает радиус Земли.

Юпитер  — единственная планета, у которой  центр масс с Солнцем находится  вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса.

Масса Юпитера в 2,47 раза превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых, в 317,8 раз — массу Земли и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца. Плотность (1326 кг/м³) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м³). При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 100 кг, будет весить столько же, сколько весит тело массой 240 кг на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с² на Юпитере против 9,80 м/с² для Земли.

Большинство из известных на настоящее время  экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (MJ) и радиус (RJ) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров. 

Юпитер  как «неудавшаяся звезда». 

Теоретические модели показывают, что если бы масса  Юпитера была намного больше его  реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие изменения  массы не повлекли бы за собой сколько-нибудь значительных изменений радиуса. Однако если бы масса Юпитера превышала  его реальную массу в четыре раза, плотность планеты возросла бы до такой степени, что под действием  возросшей гравитации размеры планеты  сильно уменьшились. Таким образом, по всей видимости, Юпитер имеет максимальный диаметр, который могла бы иметь  планета с аналогичным строением  и историей. С дальнейшим увеличением  массы сжатие продолжалось бы до тех  пор, пока в процессе формирования звезды Юпитер не стал бы коричневым карликом с массой, превосходящей его нынешнюю примерно в 50 раз. Это даёт астрономам основания считать Юпитер «неудавшейся звездой», хотя неясно, схожи ли процессы формирования таких планет, как Юпитер, с теми, что приводят к формированию двойных звёздных систем. Хотя для того, чтобы стать звездой, Юпитеру потребовалось бы быть в 75 раз массивнее, самый маленький из известных красных карликов всего лишь на 30 % больше в диаметре.