Мыслящая Вселенная

Мизун Юрий Гаврилович

изошло сильное сжатие планеты. Оно значительно больше, чем сжатие Земли.

Видимая поверхность Юпитера (как и Солнца) — это газ. Поэтому на разных широтах он вращается с разной скоростью. В экваториальной зоне оборот совершается за 9 часов 50 минут, а в умеренных зонах — за 9 часов 56 минут. В телескопы Юпитер виден желтоватым. На этом фоне четко различаются сероватые полосы, они простираются вдоль параллелей, то есть параллельно экватору. Эти полосы — образования в атмосферном газе, поэтому они весьма изменчивы. Что касается твердой поверхности Юпитера, то мы ее в телескопы не видим (рисунок 109).

Рис. 109. Юпитер — крупнейшая планета Солнечной системы, по диаметру в 11,2 раза превышающая земной шар. На снимке, сделанном с расстояния 28 миллионов километров, видны темные пояса и светлые зоны, охватывающие планету, Большое Красное Пятно (слева внизу) и два из шестнадцати спутников Юпитера: Ио (на фоне планеты) и Европа (справа). Снимок NАSА.

На врезке — Земля в

том же масштабе

Особой достопримечательностью Юпитера является его Красное Пятно. Оно очень стабильно и представляет собой громадную овальную розоватую область, расположенную в Южном полушарии планеты. Оно простирается на 35 000 километров по долготе и на 14 000 километров по широте. Это Пятно было открыто в XVII веке. С тех пор оно остается на одном и том же месте. Меняется со временем только интенсивность его окраски. Причем эти изменения носят периодический характер. Наблюдения с помощью космических аппаратов «Пионер-11» и «Вояджер-1» показали, что Красное Пятно на Юпитере имеет вихревую природу. Другими словами, речь опять же идет об атмосфере Юпитера, а не о его твердой поверхности. Собственно, Красное Пятно представляет собой огромный вихрь в атмосфере Юпитера, который вращается вокруг своей оси с периодом в 6 земных суток. Это своего рода газовый волчок, юла. О таких, по сути, вихрях в земной атмосфере нам ежедневно сообщают синоптики. Это циклоны и антициклоны в зависимости от направления вращения. Вихрь на Юпитере является циклоном. Но он стоит на одном месте и не перемещается, как земные циклоны и антициклоны. Это обусловлено особенностями строения атмосферы Юпитера. Сейчас мы существенно меняем атмосферу на Земле, ее состав и динамический режим, и не исключено, что циклоны и антициклоны в атмосфере Земли застабилизируются. Если это случится, то в одних местах на Земле будет непрерывный ливень, а в других — жара без единой дождинки. Эту проблему мы рассмотрели в книгах «Озонные дыры — мифы и реальность», «Озонные дыры и гибель человечества?» и «Космос и погода».

Что же касается Юпитера, то там это явление (Красное Пятно) имеет естественную природу. Собственно, динамика атмосферы Юпитера характеризуется не только одним Красным Пятном. Оно просто самое выдающееся. Там имеются и другие вихревые образования, которые из-за их неподвижности воспринимаются как пятна. Вторым по размерам является Белое Пятно. Его диаметр весьма внушителен. Он составляет 16 000 километров.

Атмосфера любой планеты находится в электрическом поле. Именно атмосферное электрическое поле является причиной гроз на Земле. Оно меняется в зависимости от облачности и движений в атмосфере. При этом происходит изменение распределения электрических зарядов в атмосфере и на поверхности Земли. Разряды и представляют собой молнии. Молнии в атмосфере Юпитера имеют такую же физическую природу. Только там все более внушительно. Там не просто больше молний-разрядов, но они намного интенсивнее. Находящийся там человек был бы ошеломлен ослепительными вспышками гигантских молний в атмосфере Юпитера. Что же касается раскатов грома, порождаемых этими молниями, то они действительно являются оглушительными. Вынести такую громкость человек не в состоянии. Видимо, не случайно древние назвали бога-громовержца Юпитером. Они знали больше, чем мы думаем.

Что же представляет собой атмосфера Юпитера? Примерно две третьих ее (77 %) составляет водород и одну треть (23 %) — гелий. Это грубо. На самом деле в атмосферном газе Юпитера содержатся незначительные по количеству примеси аммиака и метана.

Юпитер, как и Земля, имеет свое собственное магнитное поле. Он образует магнитосферу, которая оказывает влияние на движение заряженных частиц. То же самое характерно для Земли. Но магнитное поле Юпитера в 50 раз сильнее магнитного поля Земли. Направлено оно противоположно магнитному полю Земли. Мы уже описывали магнитосферу Земли и убедились в том, что магнитные полюса не совпадают с географическими. То же самое характерно и для Юпитера. Его магнитные полюса смещены относительно географических на 11°. Другими словами, ось магнитного поля Юпитера наклонена под углом в 11° к оси его вращения.

Магнитное поле Земли простирается со стороны Солнца примерно на десять земных радиусов. Магнитное поле Юпитера, будучи более интенсивным, простирается с дневной (солнечной) стороны на 90 радиусов Юпитера. Это составляет 6 миллионов километров.

Везде в космосе, где имеется магнитное поле, оно захватывает заряженные частицы и исправляет их движение. Такие магнитные ловушки образуют и магнитосферы Земли и Юпитера. Чем сильнее магнитное поле, тем мощнее ловушка. Поэтому вокруг Юпитера имеются области (пояса), которые заполнены заряженными частицами. У Земли также имеются подобные радиационные пояса, но они в 40 000 раз слабее по интенсивности. Эти пояса обнаруживаются исследователями заряженных частиц, но и измерениями электромагнитных волн, которые эти частицы излучают. Это очень удобно, поскольку электромагнитную волну можно измерить, зафиксировать далеко от места ее излучения и для этого не надо отправлять измерительную аппаратуру на Юпитер. С заряженными частицами в магнитосфере Земли связаны северные сияния. Ученые их называют полярными сияниями, поскольку они одинаково часто наблюдаются в полярных широтах как Северного, так и Южного полушария. В атмосфере Юпитера (в высоких широтах обоих полушарий) также имеют место полярные сияния. Они очень интенсивные. Это позволило исследователям наблюдать их даже с Земли.

Все эти процессы изменяются во времени, они протекают в ритме Солнца, поскольку источником заряженных частиц является именно Солнце. Само же Солнце, его активность, его кипение и выброс заряженных частиц меняются во времени. Эти изменения не строго периодические, а циклические. Продолжительность циклов составляет от 11 до 1800 лет.

Внутри Юпитер состоит из водорода

и гелия. Полагают, что соотношение у них такое же, как и у Солнца: 20 % гелия и около 80 % водорода. Если это так, то в центре Юпитера давление достигает 5 миллионов МПа. Температура там достигает 20 000 °C. Самый наружный слой Юпитера толщиной в 0,02 радиуса планеты, состоит полностью из водорода и гелия. Под этим слоем находится очень толстый слой жидкого молекулярного водорода. Это своего рода водородный океан, глубина которого достигает 0,22 радиуса Юпитера. Напомним, что экваториальный радиус Юпитера равен 71 400 метрам. Твердая поверхность Юпитера находится только под этим океаном. Она составляет его дно. Но это дно очень своеобразное. Оно образовано водородом в твердой фазе — металлическим водородом. Толщина этого твердого дна меньше, чем глубина океана. Она составляет 0,16 радиуса Юпитера. Но дно своеобразно не только этим. Оно очень вязкое, поскольку нет резкого перехода от жидкого водорода к твердому (металлическому). Молекулярный водород переходит в твердую (металлическую) фазу под большим давлением. Уже на глубине около 10 000 километров давление достигает 250 тысяч МПа. При таком давлении молекулярный водород переходит в одновалентный металлический водород. В этом металле протоны и электроны существуют раздельно. Металлический водород по своим свойствам очень напоминает обычный жидкий металл с высокой проводимостью. Но поскольку планета быстро вращается, то в этом проводящем металле возникают кольцевые электрические токи большой интенсивности. Любой электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Поэтому и эти интенсивные кольцевые электрические токи создают мощное магнитное поле.

Ядро Юпитера является железосиликатным. Его радиус составляет 0,15 радиуса Юпитера. Ученые допускают, что ядро Юпитера покрыто сплошной коркой льда или даже обычным жидким океаном, масса которого в 30 раз больше массы Земли.

Юпитер получает от Солнца в 27 раз меньше тепла, чем Земля. Это и понятно — он находится значительно дальше от Солнца, чем Земля. Но зато он согревается своим собственным теплом, которое идет из его недр.

Можно сказать, что Юпитер является чем-то средним между карликовой звездой и планетами земного типа. Поэтому он очень своеобразный, мало похожий на другие планеты. Снаружи планеты имеется быстроменяющаяся оболочка из облаков, которые окрашены. Эта окраска создается небольшими примесями каких-то веществ, возможно фосфина РН3. Под этой оболочкой скрывается огромный океан из жидкого водорода. Глубина этого океана достигает многих тысяч километров. Под этим водородным океаном находится дно из металлического водорода. Под этим дном находится твердое ядро планеты. И все это в полной темноте, которая наступает уже на глубине 200–300 километров, то есть в его атмосфере.

САТУРН

Сатурн стоит на втором месте после Юпитера по величине своей массы. Но он очень экзотический. Так, если бы поместили Сатурн в миску с водой, то он не утонул бы. Он легче воды, что очень удивляет.

Наибольшая достопримечательность Сатурна — это его знаменитые кольца (рис. 110). Размеры его огромны, но он все же меньше Юпитера. Сатурн тяжелее Земли в 95 раз. Сжатие его больше, чем у Юпитера. Сутки на Юпитере равны 10,5 часа. Атмосферный газ Сатурна, как и Юпитера, вращается на разных широтах с разной скоростью. Сатурн имеет 17 спутников. Долгое время считалось, что кольцо (а точнее, кольца) имеются только у Сатурна. Но не так давно было установлено, что кольца имеются и у других планет-гигантов Солнечной системы — Юпитера, Урана и Нептуна. Просто у Сатурна кольца более плотные, а значит и более яркие, и наблюдать их легче. Кольца не представляют собой что-то сплошное. Они состоят из мелких камней и пыли. Так, автоматическая космическая станция «Вояджер» обнаружила два кольца вокруг Юпитера, находящиеся в экваториальной плоскости Юпитера. Радиус внешнего края большого кольца составляет 126 000 километров, а внутреннего края — 11 300 километров. Толщина кольца составляет всего 1 километр. У Юпитера было

Рис. 110. Сатурн с расстояния 18 миллионов километров. Темная полоса на планете — тень кольца. На снимке показаны внешнее кольцо А, среднее В и деление Кассини между ними; внутреннее кольцо С не видно. Снимок NASA

обнаружено и второе, внутреннее кольцо. Природа его такая же, что и внешнего кольца. Оно почти примыкает к внешним слоям атмосферы планеты. Кольца были обнаружены и у Нептуна и Урана.

Поскольку кольца Сатурна более плотные, то они были обнаружены еще в XVII веке. Но после их открытия они рисовались чем-то сплошным, такой беговой дорожкой вокруг планеты. На самом деле покрытые льдом камни образуют не одно однородное кольцо, а великое множество узких и тонких колечек. Толщина же всех колец Сатурна не превышает 2 километров. Отдельные камни, из которых состоят кольца, в поперечнике не превышают 10 метров (рис. 111).

Измерения с применением спектрального анализа показали, что атмосфера Сатурна состоит из водорода, метана, ацетилена и этана. Присутствует в атмосфере Сатурна и гелий. Но измерять его трудно, поскольку его спектральные линии находятся за пределами видимой нам части спектра. Во всяком случае специалисты утверждают, что Сатурн на 90 % состоит из водорода и гелия.

Газовая атмосфера Сатурна составляет примерно 1000 километров по высоте. Под атмосферой расположен заливающий всю планету океан, который состоит из водорода и гелия. Чем глубже, тем температура выше. На глубине примерно в половину радиуса планеты (60 000 километров) температура повышается до 10 000 °C, а давление достигает 3 тысяч МПа. Под этим глобальным океаном имеется дно из металлического водорода, как и у Юпитера. В этом проводящем слое создаются колоссальные электрические токи, которые, в свою очередь, создают интенсивное магнитное поле.