Магнитное поле Юпитера удивило исследователей

— газовая оболочка, окружающая Юпитер. Является крупнейшей планетной атмосферой в Солнечной системе. Преимущественно состоит из водорода и гелия. Другие элементы присутствуют в небольших количествах в составе соединений, таких как метан, аммиак, сероводород и вода. Состав атмосферы подобен составу всей планеты в целом[⇨][1].

Атмосфера Юпитера не имеет чёткой нижней границы — она плавно переходит в океан из жидкого водорода[2]. Различают следующие слои атмосферы (снизу вверх): тропосфера, стратосфера, термосфера и экзосфера. Самый нижний слой — тропосфера — содержит сложную систему из облаков и туманов, включая слои аммиака, гидросульфида аммония и воды[⇨][3]. Верхние аммиачные облака, наблюдаемые на «поверхности» Юпитера, организованы в многочисленные полосы, параллельные экватору, и ограниченные сильными зональными атмосферными потоками (ветрами), известными как «струи»

. Полосы имеют различную окраску: более тёмные полосы принято называть «поясами», а светлые — «зонами». Зоны — это области восходящих потоков, имеющих меньшую температуру нежели пояса — области нисходящих потоков[⇨][4].

Происхождение структуры из полос и струй достоверно неизвестно, предложено две модели этой структуры[⇨]. В поверхностной модели предполагается, что это поверхностные явления над стабильными внутренними областями[⇨]. В глубинной модели предполагается, что полосы и струи — поверхностные проявления глубинной циркуляции, протекающей в юпитерианской мантии, которая состоит из молекулярного водорода и организована в виде системы цилиндров[⇨][5].

В атмосфере Юпитера происходят разнообразные активные явления, такие как нестабильность полос, вихри (циклоны и антициклоны), бури и молнии[6]. Вихри выглядят как крупные красные, белые и коричневые пятна (овалы). Два крупнейших пятна — Большое красное пятно (БКП)[7] и овал BA[8] — имеют красноватый оттенок. Они, как и большинство других крупных пятен, являются антициклонами. Маленькие антициклоны обычно бывают белыми. Предполагается, что глубина вихрей не превышает нескольких сотен километров[⇨].

Расположенное в южном полушарии БКП — крупнейший из известных в Солнечной системе вихрей. В пределах этого вихря могло бы разместиться несколько планет размером с Землю, и он существует уже по крайней мере 350 лет[⇨]. Овал BA, который находится южнее БКП и в три раза меньше последнего, представляет собой красное пятно, сформировавшееся в 2000 году при слиянии трёх белых овалов[⇨][9].

На Юпитере постоянно бушуют сильные бури с грозами. Буря — результат влажной конвекции в атмосфере, связанной с испарением и конденсацией воды. Это участки сильного восходящего движения воздуха, которое приводит к формированию ярких и плотных облаков. Бури формируются главным образом в областях поясов. Разряды молний на Юпитере гораздо сильнее, чем на Земле, однако их меньше, поэтому средний уровень грозовой активности близок к земному[⇨][10].

Юпитер мог бы быть звездой

Галилей — человек, который открыл Юпитер.

В 1610 году Галилей открыл Юпитер и его четыре основных спутника: Европу, Ио, Каллисто и Ганимед, которые сегодня известны как «галилеевы спутники». Это был первый раз в истории, когда люди наблюдали какое-либо иное небесное тело в Солнечной системе, помимо Луны. Также открытие Галилея обеспечило отличную поддержку для польского астронома Николая Коперника и его теории, что Земля не является центром Вселенной.

Масса самой большой планеты в Солнечной системе в два раза больше массы остальной части остальных тел в Солнечной системе, вместе взятых (не считая Солнца). Атмосфера Юпитера очень похожа на звезду и состоит в основном из водорода и гелия. Ученые считают, что если бы Юпитер был примерно в 80 раз больше, то он бы превратился в звезду. Сейчас же это по сути миниатюрная солнечная система со своими 4 огромными спутниками и 63 более мелкими. Юпитер настолько массивен, что он в 1300 раз больше Земли.

Атмосфера Юпитера

Большое Красное Пятно

Большое Красное Пятно на Юпитере.

Великолепные полосы на Юпитере (которые, наверняка, видел каждый человек) вызваны постоянными сильными ветрами, которые дуют со скоростью до 650 километров в час. Зоны белых облаков в верхних слоях атмосферы состоят из замерзшего и кристаллизировавшегося аммиака. Темные облака, которые содержат другие химические вещества, находятся в средних слоях атмосферы, а синие облака наблюдаются на самых глубоких видимых слоях атмосферы.

Больше всего на Юпитере выделяется гигантский супер-шторм под названием Большое красное пятно, который бушует уже 300 лет. Вращающееся против часовой стрелки Большое красное пятно в три с лишним раза больше диаметра Земли. Ветер в его центре развивает скорость до 450 километров в час. Большое красное пятно постоянно меняется в размерах, а иногда даже кажется, что оно исчезает, но вновь после этого возвращается.

Невероятное магнитное поле Юпитера

Магнитное поле Юпитера.

Из-за магнитного поля, которое почти в 20 тысяч раз сильнее, чем у Земли, Юпитер можно считать настоящим «магнитным королем» нашей планетарной системы. Юпитер улавливает и притягивает к себе электрически заряженные частицы, которые непрерывно бомбардируют систему, с уровнем радиации в 1000 раз больше, чем фатальный уровень для человека. Это излучение настолько интенсивное, что может повредить даже наиболее сильно экранированным космическим аппаратам НАСА, таким как зонд Galileo.

Юпитер имеет магнитосферу, которая простирается на ошеломляющие 1 — 3 миллиона километров в направлении Солнца, а также тянется, как хвост, за газовым гигантом, летящим по орбите вокруг Солнца, на… 1 миллиард километров.

Странная магнитосфера Юпитера

На прошедшей неделе группа ученых из США и Дании рассказала о результатах исследования магнитного поля Юпитера, сделанных при помощи приборов автоматического космического аппарата «Юнона». Результаты эти оказались весьма странными. Форма магнитосферы Юпитера была непохоже на магнитные поля других планет. Один из магнитных полюсов Юпитера, например, находится в районе экватора.

Напомним, что аппарат «Юнона» (Juno) достиг орбиты Юпитера 5 июля 2020 года. Теперь она обращается вокруг планеты по орбите, проходящей над обоими полюсами, делая один оборот за 53 дня. Среди установленных на «Юноне» приборов есть магнитометр. Нынешнее исследование основано на данных, собранных «Юноной» за первые восемь оборотов. Но прежде, чем рассказать о полученных результатах, напомним, как современная физика объясняет наличие магнитосфер у небесных тел.

То, что Земля – магнит, было замечено давно. Это сделал на рубеже XVI – XVII веков англичанин Уильям Гильберт. Но объяснить природу земной магнитосферы не могли довольно долго. Предлагались разные объяснения. Например, Эйнштейн полагал, что возникновение магнитного поля Земли связано с асимметрией зарядов протона и электрона, а другой знаменитый физик Патрик Блэкетт пытался экспериментально выявить связь между угловым моментом вращения Земли и магнитным моментом земной магнитосферы. Долго предполагали, что все дело в том, что материалы земного ядра представляют собой постоянный магнит. Но, в конце концов, признание получила теория магнитного динамо, или динамо-эффекта, согласно которой магнитное поле поддерживается процессами конвекции в электропроводящей жидкости. Любопытно, что впервые предложивший эту теорию в 1919 году британский физик Джозеф Лармор пытался с помощью нее объяснить возникновение магнитного поля не Земли, а Солнца. Решающий вклад в создание теории магнитного динамо сделал американский физик немецкого происхождения Вальтер Эльзассер.

Расскажем об этом механизме чуть подробнее. Магнитное поле Земли порождается жидкой фазой земного ядра. Ядро, состоящее в основном из сплавов железа и никеля, начинается примерно на полпути от поверхности земного шара к его центру. В самом центре находится твердая часть ядра при температуре 6000 кельвинов, а между ней и мантией – жидкая часть ядра. Температура на границе жидкой части и мантии уже ниже, «всего» 3800 кельвинов. Движения электропроводящей жидкости, которой и является наружная часть ядра, порождают магнитное поле Земли. Движения в ней складываются из двух составляющих. Во-первых, это конвекция жидкости, происходящая из-за разности температур на границе с твердой частью ядра и на границе с мантией. Жидкость нагревается на границе с твердой фазой ядра, поднимается вверх, к мантии, там остывает и опускается вниз. Вторая составляющая движения в жидкой фазе ядра – сила Кориолиса, возникающая из-за вращения Земли вокруг своей оси.

В своем движении проводящая жидкость, из которой состоит земное ядро, формирует петли. Теорема о циркуляции магнитного поля (четвертое уравнение Максвелла) показывает, что такие петли электрического тока порождают магнитное поле. Изменения этого магнитного поля по закону индукции Фарадея (третье уравнение Максвелла) порождают электрическое поле. Эти электрическое и магнитное поля совместно действуют на частицы (электрическое – на любые, магнитное – только на движущиеся) силой Лоренца, ускоряя по второму закону Ньютона их движение, и возникает петля положительной обратной связи. Все эти взаимоотношения можно описать с помощью дифференциального уравнения в частных производных, что и составляет основу теории магнитного динамо, объясняющей существование магнитосфер у Земли и других планет Солнечной системы, а также у самого Солнца (только у Солнца роль проводящей жидкости играет ионизированный газ). Поскольку в Венеры нет собственного магнитного поля, то, в соответствии с данной теорией, предполагается, что в недрах Венеры не происходит конвекции жидкой составляющей ядра.

Магнитосферы планет испытывают постоянное давление солнечного ветра – потока частиц, испускаемых Солнцем. Поэтому они сжаты с обращенной к Солнцу стороны, а с противоположной вытянуты в так называемый «магнитный хвост». Если пренебречь воздействием солнечного ветра, ожидается, что магнитные поля будут иметь более или менее симметричную форму. Например, в первом приближение магнитосфера Земли соответствует полю магнитного стержня, направленного приблизительно по линии север – юг и отклоненного от оси вращения Земли примерно на 11 градусов.

Магнитное поле Земли. Илл.: NASA

Примерно того же ждали и от Юпитера. Конечно, уже были известны важные отличия его магнитосферы от земной. Например, что Земли в роли электропроводящей жидкости в ядре выступает в основном железо, а ядро Юпитера состоит, вероятно, из жидкого металлического водорода. Но это не меняет принцип динамо-эффекта. Знали ученые, и что на магнитосферу Юпитера влияет взаимодействие с магнитосферой его спутника Ганимеда (у него есть собственное магнитное поле). Но нынешние данные предсказать никто бы не смог.

Линии напряженности магнитного поля Юпитера пересекают условную границу поверхности планеты в северном полушарии, но не возвращаются во внутреннюю часть планеты симметрично на юге, как это происходит на Земле. Южных магнитных полюсов у Юпитера оказалось два, причем один из них расположен у экватора. Поскольку традиционно области южного магнитного полюса на карта обозначаются синим цветом, этот район у экватора ученые назвали Большим синим пятном (Great Blue Spot).

Индукция магнитного поля на Юпитере (Nature 2018/ Moore et al.)

Более того, само магнитное поле распределено между его полушариями неравномерно. Если магнитное поле Земли, как уже говорилось, можно в первом приближении представить как поле магнитного стержня, то магнитосфера Юпитера соответствует магнитному стержню, изогнутому под прямым углом и имеющему дополнительные деформации на концах.

Схема линий магнитного поля Юпитера. A – вид северного полюса, B – вид южного полюса, C – вид экватора. Показана недипольная природа магнитного поля в северном и дипольная в южном полушарии. Очерченная сфера представляет собой предполагаемую границу ядра из металлического водорода, ее радиус равен 0,85 радиуса Юпитера. (Nature 2018/ Moore et al.)

Специалист по планетарному магнетизму из Гарвардского университета Кимберли Мур (Kimberly M. Moore) и ее коллеги в статье, опубликованной журналом Nature, выдвигают предположения о том, что бы могло объяснить столь необычный вид магнитосферы Юпитера. Если внешняя часть земного ядра, порождающая магнитосферу Земли, действует как единое динамо, то ядро Юпитера, по мнению ученых, может иметь более сложную структуру. В ней может быть более одного слоя электропроводящей жидкости, и в каждом из этих слоев существует конвекция и действует сила Кориолиса. Поэтому магнитное поле Юпитера представляет собой суммарный итог их воздействий.

Также, возможно, в формировании магнитного поля Юпитера играют роль атмосферные явления: стойкие сильные ветра и дожди из жидкого гелия. Так как у Юпитера нет твердой поверхности, они способны воздействовать на его жидкое ядро.

Ученые рассчитывают, что дальнейшая работа «Юноны» обеспечит их новой информацией и поможет построить более точную модель магнитного поля Юпитера.

Источник

Бешеный волчок

Бешеный волчок.

Юпитер, несмотря на свои гигантские размеры, совершает полный оборот вокруг своей оси меньше, чем за 10 часов (по сравнению с 24 часами в случае Земли). Будучи газообразной планетой, Юпитер не вращается как твердая планета, подобная Земле. Вместо этого, он вращается немного быстрее на экваторе, чем в полярных районах (со средней скоростью в 50 000 километров в час или в 27 раз быстрее, чем Земля). Поэтому сутки на Юпитере длятся 9 часов и 56 минут на обоих полюсах и 9 часов и 50 минут в районе экватора планеты-гиганта. Это чрезвычайно быстрое вращение приводит к тому, что Юпитер более выпуклый на экваторе и сплющенный на полюсах.

Физические характеристики[править]

Параметры планеты[править]

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает радиус Земли. При наблюдении Юпитера в телескоп с 40-кратным увеличением, его угловые размеры соответствуют размерам Луны, наблюдаемой невооружённым глазом. Масса Юпитера более чем в 2 раза превышает суммарную массу всех остальных планет, в 318 раз — массу Земли и всего в 1000 раз меньше массы Солнца. Если бы Юпитер был примерно в 70 раз массивнее, он мог бы стать звездой. Плотность Юпитера примерно равна плотности Солнца и значительно уступает плотности Земли. Экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты, поэтому на Юпитере не бывает смен времён года. Юпитер вращается вокруг своей оси, причём не как твёрдое тело: угловая скорость вращения уменьшается от экватора к полюсам. На экваторе сутки длятся около 9 ч 50 мин. Юпитер вращается быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы. Вследствие быстрого вращения, полярное сжатие Юпитера весьма заметно: полярный радиус меньше экваториального на 4,6 тыс. км (т. е. на 6,5%). Всё, что мы можем наблюдать на Юпитере — это облака верхнего слоя атмосферы. Гигантская планета состоит преимущественно из газа и не имеет привычной нам твёрдой поверхности. Юпитер выделяет в 2—3 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Это может объясняться постепенным сжатием планеты, опусканием гелия и более тяжёлых элементов или процессами радиоактивного распада в недрах планеты.

Внутреннее строение[править]

Юпитер состоит, в основном, из водорода и гелия. Под облаками находится слой глубиной 7—25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет своё состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С). Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. Это должно выглядеть как непрерывное кипение глобального водородного океана. Под жидким водородом находится слой металлического водорода толщиной, согласно теоретическим моделям, около 30-50 тыс. км. Жидкий металлический водород формируется при давлении в несколько миллионов атмосфер. Протоны и электроны в нём существуют раздельно и он является хорошим проводником электричества. Мощные электротоки, возникающие в слое металлического водорода, порождают гигантское магнитное поле Юпитера. Учёные полагают, что Юпитер имеет ядро, состоящее из тяжёлых элементов (более тяжёлых, чем гелий). Его размеры — 15—30 тыс. км в диаметре, ядро обладает высокой плотностью. По теоретическим расчётам, температура ядра планеты — порядка 30 000°С, а давление — 30—100 млн. атмосфер.

Атмосфера[править]

Атмосфера Юпитера состоит из водорода (81 % по числу атомов и 75 % по массе) и гелия (18 % по числу атомов и 24 % по массе). На долю остальных веществ приходится не более 1 %. В атмосфере присутствуют метан, водяной пар, аммиак; имеются также следы органических соединений, этана, сероводорода, неона, кислорода, фосфина, серы. Внешние слои атмосферы содержат кристаллы замороженного аммиака. Красноватые вариации цвета Юпитера могут объясняться наличием соединений фосфора, серы и углерода. Поскольку цвет может сильно варьироваться, следовательно, химический состав атмосферы также различен в разных местах. Например, имеются «сухие» и «мокрые» области с разным содержанием водяного пара. Температура внешнего слоя облаков — около −130 °C, однако быстро растёт с глубиной. По данным спускаемого аппарата «Галилео», на глубине 130 км температура равна +150 °C, давление — 24 атмосферы. Давление у верхней границы облачного слоя — около 1 атм, т. е. как у поверхности Земли. «Галилео» обнаружил «тёплые пятна» вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок и можно видеть более тёплые внутренние области. Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 км/ч. Циркуляция атмосферы определяется двумя основными факторами. Во-первых, вращение Юпитера в экваториальных и полярных областях неодинаково, поэтому атмосферные структуры вытягиваются в полосы, опоясывающие планету. Во-вторых, имеется температурная циркуляция за счёт тепла, выделяющегося из недр. В отличие от Земли (где циркуляция атмосферы происходит за счёт разницы солнечного нагрева в экваториальных и полярных областях) на Юпитере воздействие солнечной радиации на температурную циркуляцию незначительно. Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и тёмных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне (примерно на 20 км), а их светлая окраска объясняется видимо повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже тёмные облака поясов состоят предположительно из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Период обращения колеблется на несколько минут в зависимости от широты. Это приводит к существованию устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих параллельно экватору в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе достигают от 50 до 150 м/с и выше. На границах поясов и зон наблюдается сильная турбулентность, которая приводят к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет. В атмосфере Юпитера наблюдаются молнии, мощность которых на три порядка превышает земные, а также полярные сияния. Кроме того, орбитальным телескопом «Чандра» обнаружен источник пульсирующего рентгеновского излучения (названный Большим рентгеновским пятном), причины которого представляют пока загадку.

Большое красное пятно[править]

Основная статья

:
Большое красное пятно
Полярные сияния на полюсе Юпитера Внутреннее строение планеты Юпитер по современным представлениям

Большое красное пятно — овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время оно имеет размеры 15×30 тыс. км (значительно больше размеров Земли), а 100 лет назад наблюдатели отмечали в 2 раза большие размеры. Иногда оно бывает не очень чётко видимым. Большое красное пятно — это уникальный долгоживущий гигантский ураган (антициклон), вещество в котором вращается против часовой стрелки и совершает полный оборот за 6 земных суток. Оно характеризуется восходящими течениями в атмосфере. Облака в нём расположены выше, а температура их ниже, чем в соседних областях.

Магнитное поле и магнитосфера[править]

Юпитер обладает мощным магнитным полем; ось диполя наклонена к оси вращения на 10°. Напряжённость поля на уровне видимой поверхности облаков равна 14 у северного полюса и 10,7 Э у южного. Его полярность обратна полярности земного магнитного поля.

Файл:Jupmag.jpg Схема магнитного поля Юпитера

Существование магнитного поля объясняется наличием в недрах Юпитера металлического водорода, который, будучи хорошим проводником, вращающимся с большой скоростью, создаёт магнитные поля. Юпитер окружён мощной магнитосферой, которая на дневной стороне тянется до расстояния в 50—100 радиусов планеты, а на ночной стороне протягивается за орбиту Сатурна. Ускоренные в магнитосфере Юпитера электроны достигают Земли. Если бы магнитосферу Юпитера можно было бы видеть с поверхности Земли, то её угловые размеры превышали бы размеры Луны. Магнитосфера формируется преимущественно за счёт потоков заряженных частиц, которые выносятся магнитным полем планеты из плазменного тора вокруг орбиты . Источником частиц являются вулканы Ио. Магнитосфера формируется также за счёт частиц солнечного ветра. Юпитер обладает мощными радиационными поясами. При сближении с Юпитером «Галилео» получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека. Радиоизлучение радиационного пояса Юпитера впервые было обнаружено в 1955. Радиоизлучение носит синхротронный характер. Юпитер окружён ионосферой протяжённостью 3000 км. Подобно полярным сияниям на Земле полярные сияния на Юпитере обусловлены стеканием заряженных частиц вдоль линий магнитного поля в атмосферу в районе северного и южного полюсов планеты. Однако магнитное поле Юпитера очень велико, поэтому выброшенное с вулканического спутника Ио ионизованное вещество, улавливаемое магнитным полем Юпитера, создаёт сияния в тысячу раз интенсивнее, чем полярные сияния на Земле.

Юпитер — крупнейшее радио в Солнечной системе

Радио Солнечной системы.

Еще одна область, в которой выделяется Юпитер, это «взрывы» мощных природных радиоволн, которые производит эта планета, создавая жуткие шумы при приеме радиопередач коротковолновыми радиостанциями на Земле. Эти выбросы радиоволн естественным образом генерируются благодаря неустойчивой плазме в магнитосфере газового гиганта. Когда их впервые открыли земные ученые, то эти радиоволны вызвали настоящий переполох, поскольку их посчитали переговорами инопланетян.

Большинство астрофизиков предполагают, что ионизированные газы верхних слоев атмосферы Юпитера и его магнитные полюса иногда действуют как очень сильный радио-лазер, производя настолько интенсивное излучение, что газовый гигант довольно часто затмевает даже солнце в качестве источника радиоволн. Ученые считают, что сила этого явления каким-то образом связана с вулканическим спутником Ио.

Кольца Юпитера

Кольца Юпитера.

Ученые НАСА были удивлены, когда в 1979 году космический аппарат Voyager-1 обнаружил три кольца вокруг экватора Юпитера. Эти кольца гораздо слабее , чем кольца Сатурна и их попросту не было видно с Земли. Главное кольцо составляет около 30 километров в толщину и 6 000 километров в ширину, а плоское внутреннее кольцо-облако, которое называются «Кольцо-гало», в толщину составляет около 20 000 км. И Главное кольцо и Гало состоят из мелких темных частиц. Третье кольцо, также известное как «Паутинное», в действительности представляет собой три кольца, состоящие из микроскопических обломков трех спутников Юпитера — Адрастеи, Фив и Амальтеи.

Защитник планет

Юпитер — защитник планет.

Поскольку Юпитер является самым большим небесным телом в Солнечной системе (кроме самого Солнца), его гравитационные силы, возможно, помогли в формировании буквально всей остальной части Солнечной системы. Согласно данным исследования, опубликованного в журнале Nature, Юпитер, возможно, «оттеснил» Уран и Нептун на современные орбиты этих планет. А согласно статье, опубликованной в журнале Science, Юпитер, наряду с Сатурном, возможно, также «отложил» огромное количество мусора на внутренних планетах во время ранней истории Солнечной системы. Также ученые теперь почти уверены, что газовый гигант сдерживает некоторые астероиды, «не пуская» их к Земле. Текущие данные показывают, что гравитационное поле Юпитера оказывает сильное влияние на многие астероиды.

Атмосфера Юпитера: мечта для химика и кошмар для всех остальных

Атмосфера Юпитера — химический склад.

Состав атмосферы Юпитера в основном представляет собой смесь из 89,2 процентов молекулярного водорода и 10,2 процентов гелия. Остальная часть атмосферы состоит из следовых количеств аммиака, дейтерида водорода, метана, этана, воды, аммиачного льда, замерзшей воды и аммиачных гидро-сульфидных аэрозолей. Из-за магнитного поля в 20 000 раз более сильного, чем у Земли, огромный газовый гигант имеет плотное внутреннее ядро из (в настоящее время) неизвестного состава, которое полностью окружено толстым слоем обогащенного гелия и жидкого металлического водорода.

Химический состав

Состав атмосферы Юпитера подобен составу всей планеты в целом[1]. Атмосфера Юпитера изучена наиболее полно относительно прочих атмосфер газовых гигантов, так как непосредственно была зондирована спускаемым космическим аппаратом Галилео, который был запущен в атмосферу Юпитера 7 декабря 1995 года[25]. Прочими источниками информации о составе юпитерианской атмосферы служат наблюдения Инфракрасной космической обсерватории

(ISO)[26], межпланетных зондов Галилео и Кассини[27], а также данные наземных наблюдений[1].

Два основных компонента атмосферы Юпитера — молекулярный водород и гелий[1]. Относительное количество гелия 0,157 ± 0,0036 по отношению к молекулярному водороду по числу молекул и его массовая доля, 0,234 ± 0,005, ненамного ниже первичного[28] значения по Солнечной системе[1]. Причина этого не до конца ясна, но, будучи плотнее водорода, большая часть гелия может конденсироваться в ядро Юпитера[18]. Атмосфера содержит также немало простых соединений, например воду, метан (CH₄), сероводород (H₂S), аммиак (NH₃) и фосфин (PH₃)[1]. Их относительное количество в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере подразумевает, что атмосфера Юпитера в 3—4 раза богаче углеродом, азотом, серой и, возможно, кислородом чем Солнце[c][1]. Количество благородных газов, таких как аргон, криптон и ксенон, превосходит количество таковых на Солнце (см. таблицу), тогда как неона явно меньше[1]. Другие химические соединения, арсин (AsH₃) и герман (GeH₄), присутствуют только в следовых количествах[1]. Верхняя атмосфера Юпитера содержит малые относительные количества простых углеводородов: этана, ацетилена, и диацетилена, которые формируются под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и заряженных частиц, прибывающих из магнитосферы Юпитера[1]. Диоксид углерода, моноксид углерода и вода в верхней части атмосферы, как полагают, обязаны своим присутствием столкновениям с атмосферой Юпитера комет, таких, как комета Шумейкеров-Леви 9. Вода не может прибывать из тропосферы, потому что тропопауза, действующая как холодная ловушка, эффективно препятствует поднятию воды до уровня стратосферы[⇨][1].

Наземные наблюдения, а также наблюдения с бортов космических аппаратов привели к улучшению знаний об изотопном соотношении в атмосфере Юпитера. По данным на июль 2003 года, принятое значение для относительного количества дейтерия — (2,25 ± 0,35)⋅10−5[1], что вероятно представляет собой первичное значение для протосолнечной туманности, из которой и сформировалась Солнечная система[26]. Соотношение изотопов азота 15N и 14N в атмосфере Юпитера составляет 2,3⋅10−3, что на треть ниже, чем в земной атмосфере (3,5⋅10−3)[1]. Последнее открытие особо существенно, так как предыдущие теории формирования Солнечной системы полагали, что земные значения для изотопов азота были первичны[26].