Jupiter

Jupiter este a cincea planetă de la Soare și cea mai mare din Sistemul Solar. Este un gigant gazos cu o masă de o miime din cea a Soarelui, dar de două ori și jumătate decât masa totală a tuturor celorlalte planete din Sistemul Solar.

Jupiter este unul dintre cele mai strălucitoare obiecte vizibile cu ochiul liber pe cerul nopții și a fost cunoscut civilizațiilor antice încă de pe vremea istoriei înregistrate. Este numit după zeul roman Jupiter. Când este privit de pe Pământ, Jupiter poate fi suficient de luminos pentru ca lumina sa reflectată să arunce umbre, și este în medie cel de-al treilea obiect natural ca strălucire pe cerul nopții după Lună și Venus.

Jupiter este formată din trei sferturi de hidrogen și un sfert din heliu. Poate avea un nucleu stâncos din elemente mai grele,dar la fel ca celelalte planete gigante, lui Jupiter îi lipsește o suprafață solidă bine definită. Datorită rotației sale rapide, forma planetei este cea a unui elipsoid de rotație (mai turtit la poli și mai bombat la ecuator). Atmosfera exterioară este vizibil segregată în mai multe benzi la latitudini diferite, rezultând turbulențe și furtuni de-a lungul granițelor lor de interacțiune. Cel mai cunoscut detaliu al suprafeței sale este Marea Pată Roșie descoperită în secolul al XVII-lea cu un telescop, care este un anticiclon cu diametrul mai mare decât diametrul Pământului. Planeta are inele greu vizibile și o magnetosferă puternică. Jupiter are 95 de sateliți cunoscuți, printre care se numără cei patru sateliți galileeni descoperiți de Galileo Galilei în 1610. Ganymede, cel mai mare dintre aceștia, are un diametru mai mare decât planeta Mercur.

Pioneer 10 a fost prima navă spațială care a vizitat Jupiter, apropiindu-se cel mai mult de planetă la 4 decembrie 1973; aproximativ un an mai târziu a urmat Pioneer 11. Voyager 1 a vizitat planeta în primăvara anului 1979, urmat de Voyager 2 în luna iulie a aceluiași an. Sonda spațială Galileo a ajuns la Jupiter în 1995. La sfârșitul lunii februarie 2007, Jupiter a fost vizitat de sonda New Horizons, care a folosit gravitația lui Jupiter pentru a-și crește viteza și s-a îndreptat spre Pluto. Cea mai recentă sondă care vizitează Jupiter este Juno, care a intrat pe orbită în jurul planetei la 4 iulie 2016. Printre viitoarele ținte pentru explorarea sistemul jupiterian se numără satelitul său Europa, pentru oceanul lichid acoperit cu gheață.

Caracteristici fizice Jupiter este compus în principal din materii gazoase și lichide. Este cea mai mare planetă din Sistemul Solar, cu un diametru ecuatorial de 142.984 km. Densitatea medie a lui Jupiter, 1.326 g/cm3, este a doua densitate ca mărime printre planetele gigantice, dar mai mică decât densitatea celor patru planete telurice.

Compoziție Volumul atmosferei lui Jupiter este format din aproximativ 88-92% hidrogen și 8-12% heliu. Un atom de heliu are de aproximativ patru ori mai multă masă decât un atom de hidrogen, astfel încât compoziția calculată în funcție de ponderea de masă a diferitelor substanțe din atmosferă este diferită. Astfel, în ceea ce privește masa, atmosfera lui Jupiter este formată din aproximativ 75% hidrogen și 24% heliu, aproximativ 1% sunt alte componente. Atmosfera conține urme de metan, vapori de apă, amoniac și compuși pe bază de siliciu. Există, de asemenea, urme de carbon, etan, hidrogen sulfurat, neon, oxigen, fosfină și sulf. Stratul cel mai exterior al atmosferei conține amoniac sub formă de cristale. Observațiile în infraroșu și ultraviolet au confirmat prezența unor urme de benzen și alte hidrocarburi. Interiorul conține materiale mai dense — în funcție de masă este aproximativ 71% hidrogen, 24% heliu și 5% alte elemente.

Proporțiile atmosferice de hidrogen și heliu sunt apropiate de compoziția teoretică a nebuloasei solare primordiale. Neonul din atmosfera superioară are o concentrație de masă de 20 ppm, ceea ce reprezintă aproximativ o zecime din cea găsită la Soare. Atmosfera este, de asemenea, puțin mai săracă în heliu - conține aproximativ 80% din compoziția de heliu a Soarelui. Reducerea conținutului său poate fi rezultatul condensului și al precipitațiilor de heliu în straturile sale mai profunde.

Studiile spectroscopice arată că Saturn are o compoziție similară cu Jupiter, dar celelalte planete gigant, Uranus și Neptun, conțin mult mai puțin hidrogen și heliu și relativ mai multe substanțe volatile.

Masă și dimensiune

Masa lui Jupiter este de 2,5 ori mai mare decât masa totală a tuturor celorlalte planete din Sistemul Solar. Este atât de masivă încât baricentrul său cu Soarele (punctul în jurul căruia cele două corpuri se rotesc, centrul de greutate al sistemului) este situat deasupra suprafeței solare, la 1,068 raze solare de centrul astrului. Diametrul lui Jupiter este de 11 ori mai mare decât Pământul, dar are o densitate mult mai mică. Volumul lui Jupiter este de 1,321 de ori mai mare decât volumul Pământului, iar masa sa de 318 ori mai mare decât masa Pământului. Raza lui Jupiter este de aproximativ 1/10 din raza Soarelui, iar masa sa este de 0,001 ori mai mare decât a Soarelui, deci densitățile celor două corpuri sunt similare. O „masă Jupiter” (MJ sau MJUP) este adesea folosită ca unitate pentru determinarea masei altor obiecte, în special a planetelor extrasolare și a piticelor cenușii. De exemplu, planeta HD 209458 b are o masă de 0,69 MJ, în timp ce Kappa Andromedae b are o masă de 12,8 MJ.

Modelele teoretice indică faptul că, dacă Jupiter ar avea mult mai multă masă decât în prezent, s-ar micșora. Pentru mici modificări de masă, raza nu s-ar schimba în mod apreciabil, iar peste 500 M⊕ (1,6 mase Jupiter) interiorul ar deveni mult mai comprimat sub presiunea crescută, încât volumul său ar scădea în ciuda creșterii cantității de materie. Din acest motiv, se crede că Jupiter este o planetă cu diametrul maxim pe care un corp cu o astfel de compoziție și evoluție îl poate atinge. Unele planete extrasolare au diametre mai mari, dar sunt corpuri mult mai apropiate de stelele lor; dimensiunile mai mari sunt rezultatul unei temperaturi mult mai mari. Procesul de contracție suplimentară pe măsură ce masa crește continuă până când reacțiile de fuziune se aprind, ceea ce poate apărea în cazul unei pitice cenușii cu o masă de aproximativ 50 de mase Jupiter. Din acest motiv, unii astronomi numesc Jupiter o „stea eșuată”, deși nu este clar dacă procesele asociate cu formarea planetelor, cum ar fi Jupiter, sunt similare cu formarea mai multor sisteme stelare.

Deși Jupiter ar trebui să fie de aproximativ 75 de ori mai masivă pentru a fuziona hidrogenul și a deveni o stea, cea mai mică pitică roșie are o rază cu doar aproximativ 30% mai mare decât Jupiter. În ciuda lipsei reacțiilor termonucleare din interior, Jupiter radiază încă mai multă căldură decât primește de la Soare; cantitatea de căldură produsă în interiorul acesteia este similară cu radiația solară totală pe care o primește. Această radiație suplimentară este generată conform mecanismului Kelvin–Helmholtz prin contracție adiabatică. În urma acestui proces, Jupiter se micșorează cu aproximativ 3 cm pe an. După formare, Jupiter era mult mai fierbinte și avea aproximativ de două ori diametrul său actual.

Structura internă

Se crede că Jupiter este format dintr-un nucleu dens care conține diverse elemente, înconjurat de un strat de hidrogen metalic lichid cu adăugare de heliu, care se extinde spre exterior la aproximativ 78% din raza planetei, și un strat exterior care constă în principal din hidrogen molecular. În afară de acest contur general, structura interioară nu este cunoscută. Misiunea Juno, care a ajuns în iulie 2016, a descoperit că Jupiter are un miez foarte difuz, amestecat în manta. O posibilă cauză este un impact cu o planetă de aproximativ zece mase de Pământ la câteva milioane de ani după formarea lui Jupiter, care ar fi perturbat un nucleu jovian inițial solid.

Deasupra stratului de hidrogen metalic se află o atmosferă interioară transparentă de hidrogen. La această adâncime, presiunea este deasupra presiunii critice a hidrogenului de 1,2858 MPa și temperatura deasupra temperaturii critice de numai 32,938 K. În această stare, nu există o limită clară între diferite faze de hidrogen (lichid, gazos) - se spune că hidrogenul se află într-o stare fluidă supercritică. Este convenabil să tratăm hidrogenul drept gazul care se extinde în jos de la stratul de nor până la o adâncime de aproximativ 1.000 km, și ca lichid în straturi mai adânci. Fizic, nu există o graniță clară - gazul devine mai cald și mai dens pe măsură ce coboară. Picăturile sub formă de ploaie de heliu și neon se precipită în jos prin atmosfera inferioară, epuizând abundența acestor elemente în atmosfera superioară.

Conform mecanismului Kelvin-Helmholtz, temperatura și presiunea din Jupiter cresc constant. La nivelul presiunii de 10 bari (1 MPa), temperatura este în jur de 340 K (67 °C). În regiunea fază de tranziție în care hidrogenul - încălzit dincolo de punctul său critic - devine metalic, se calculează că temperatura este de 10.000 K (9.700 °C), iar presiunea este de 200 GPa. Temperatura la limita nucleului este estimată la 36.000 K (35.700 °C), iar presiunea interioară este de aproximativ 3.000-4.500 GPa.

Atmosferă

Jupiter are cea mai mare atmosferă planetară din Sistemul Solar, care se întinde pe o altitudine de 5.000 km. Deoarece Jupiter nu are suprafață, baza atmosferei sale este de obicei considerată a fi punctul în care presiunea atmosferică este egală cu 100 kPa.

Straturi de nori

Jupiter este acoperit perpetuu cu nori compuși din cristale de amoniac și posibil hidrosulfură de amoniu. Norii sunt localizați în tropopauză și sunt aranjați în benzi de diferite latitudini, cunoscute sub numele de regiuni tropicale. Acestea sunt sub-împărțite în zone cu nuanțe mai deschise și centuri mai închise. Interacțiunile acestor structuri provoacă furtuni și turbulențe. Viteza vântului în aceste regiuni atinge adesea 100 m/s (360 km/h). S-a observat că zonele variază pe lățime, culoare și intensitate de la an la an, dar au rămas suficient de stabile pentru ca oamenii de știință să le ofere denumiri de identificare.

Stratul de nori are o adâncimea de aproximativ 50 km și constă din cel puțin două punți de nori: o punte inferioară groasă și o regiune mai clară. De asemenea, poate exista un strat subțire de nori de apă care stau la baza stratului de amoniac. Acest strat este evidențiat prin sclipiri de fulgere detectate în atmosfera lui Jupiter. Descărcările electrice pot fi de până la o mie de ori mai puternice decât fulgerele de pe Pământ. Se presupune că norii de apă generează furtuni la fel ca furtunile terestre, conduse de aportul de căldură din interiorul planetei.

Culoarea portocalie și maro a norilor lui Jupiter este cauzată de compuși care își schimbă culoarea atunci când sunt expuși la lumina ultravioletă de la Soare. Compoziția lor exactă rămâne necunoscută, dar se crede că substanțele sunt: fosfor, sulf și eventual hidrocarburi. Acești compuși colorați, cunoscuți sub numele de cromofori, se amestecă cu puntea de nori mai caldă și inferioară. Zonele luminoase apar când mișcarea în sus în interiorul celulelor convective provoacă cristalizarea amoniacului, ale cărui cristale acoperă norii inferiori.

Înclinarea axială scăzută a lui Jupiter înseamnă că polii primesc constant mai puțin radiații solare decât în regiunea ecuatorială a planetei. În același timp, convecția din interiorul planetei transportă mai multă energie către poli, echilibrând temperaturile la nivelul stratului de nori.

Marea Pată Roșie și alte furtuni