§ 45. Юпитер и его система

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Его объем в 1310 раз превосходит объем Земли, а масса - в 318 раз. Средняя плотность вещества Юпитера равна 1,34 г/см³, что в четыре раза меньше плотности Земли. Ускорение силы тяжести на поверхности Юпитера в 2,66 раза превосходит земное, а скорость улетучивания равна 60,4 км/сек. Это в значительной степени определяет строение и состав его атмосферы. В спектре Юпитера видны полосы поглощения метана СН₄ и аммиака NH₃. В красной и инфракрасной областях спектра видны полосы поглощения молекулы водорода Н₂. Вероятно, присутствуют также гелий и неон. Кроме того, заметны слабые полосы поглощения углекислого газа, так что газообразного СО₂ в атмосфере Юпитера мало.

Достаточно взглянуть на Юпитер даже в небольшой телескоп, чтобы увидеть на нем темные полосы и светлые зоны. Это - внешняя граница облаков, взвешенных в протяженной атмосфере планеты. Достаточно двух-трех часов наблюдений, как будет обнаружено осевое вращение Юпитера: картина его поверхности быстро изменится. Он вращается вокруг оси очень быстро; экваториальная зона совершает полный оборот за 9 ч. 50 м., в то время как далекие от экватора области - за 9 ч. 55 м. Ось вращения планеты почти перпендикулярна к плоскости орбиты.

Каждая из полос и зон имеет свое название; эти названия приведены на рис. 102.

Рис. 102. Полосы и зоны Юпитера. 1 - южная полярная шапка, 2 - южная умеренная полоса, 3 - южная тропическая зона, 4 - южная тропическая полоса, 5 - экваториальная зона, 6 - северная тропическая полоса, 7 - северная тропическая зона, 8 - север - умеренная полоса, 9 - северная полярная шапка, 10 - красное пятно

Различие в периодах осевого вращения разных полос и зон свидетельствует о том, что мы наблюдаем внешние слои облаков, а не твердую поверхность планеты.

Радиотелескопы обнаружили у Юпитера нетепловое радиоизлучение весьма сложной природы. В частности, на длинах волн превосходящих 15 м, происходят сильные всплески, длящиеся 1-2 секунды. Они происходят периодически, с периодом, равным 9 ч. 55 м. 29,75 с., и можно предполагать, что это период осевого вращения твердого тела планеты.

В южном полушарии планеты (на рис. 102 - в верхнем полушарии) внутри умеренной зоны находится знаменитое «красное пятно», которое систематически наблюдается уже несколько десятилетий, то становясь интенсивным, то ослабевая и почти сливаясь с окружающим светлым фоном облаков. Красное пятно - загадочное образование, так как период его осевого вращения не остается постоянным, т. е. оно меняет свое положение по отношению к твердому телу планеры. Возможно, что это устойчивое образование, всплывающее и погружающееся, в результате чего изменяется период его обращения.

Поверхность Юпитера можно фотографировать, но тщательно выполненные рисунки могут дать даже более богатую информацию, чем фотоснимки.

При подготовке к визуальным наблюдениям надо заготовить контур диска Юпитера. В результате быстрого осевого вращения Юпитер сплюснут вдоль оси вращения, поэтому полезно приготовить из картона шаблон в виде овала со сжатием 1/16, а затем, наложив шаблон на бумагу, обвести его карандашом. Для изготовления шаблона нужно нарисовать две взаимно перпендикулярные оси, одну горизонтальную, а другую вертикальную, и наметить на них четыре точки на расстояниях, равных 2,5 мм от точки пересечения осей. Соединив эти точки отрезками прямых линий, получим квадрат (рис. 103). Продолжив стороны квадрата, разделим координатную плоскость на части. Для того чтобы нарисовать верхнюю дугу контура, устанавливаем ножку циркуля в нижнюю вершину квадрата и описываем дугу окружности А В радиусом, равным 26 мм. Для получения дуги CD производим ту же самую операцию, с тем же радиусом окружности, но с центром в верхней вершине квадрата.

Рис. 103. Способ вычерчивания шаблонного диска для наблюдений Юпитера и Сатурна

Для получения части ВС проводим дугу окружности радиусом 22,5 мм из центра, находящегося в левой вершине квадрата. Далее строим часть DA тем же радиусом, но с центром в правой вершине квадрата. Конечно, мы не получили точной фигуры эллипса, но эти четыре дуги окружностей с успехом ее заменят. Вырезав полученную фигуру, изготовленную из плотного картона, мы получаем нужный нам шаблон. Заготовив рисунок контура диска планеты, можно приступить к наблюдениям.

На заготовленном контуре должно быть отмечено положение большой оси эллипса. Это поможет нарисовать узкую, еле различимую полосу, идущую вдоль экватора. Оценив в долях малого диаметра эллипса положения границ полос, наносим их на рисунок. Это даст представление о ширине полос и зон в данный момент. Затем уже легко нарисовать сами полосы, обратив особое внимание на правильное изображение по возможности всех деталей - утолщений, выступов, «заливов», выемок... Совершенно обязательно отметить момент времени наблюдений, а сам процесс создания рисунка должен занимать не более 10-15 минут: нельзя забывать о быстром вращении планеты.

Полезно отмечать цвет полос и оценивать их яркость по условной шкале, считая, что светлые экваториальные области соответствуют баллу нуль, а самые темные - баллу 5. Установлено, что интенсивность полос изменяется со временем, и, по-видимому, это явление связано с изменением солнечной активности. При наблюдениях полезно применять светофильтры.

Как совместить два рисунка, сделанных в различные моменты времени? Мы видели, что периоды вращения различных зон зависят от йовиграфической широты (Координаты на поверхности Юпитера называются йовиграфическими. )Следовательно, если две какие-либо детали находятся в данный момент на одном меридиане, то в дальнейшем они будут располагаться на разных меридианах. Коль скоро лучше всего изображаются на рисунках экваториальные части планеты и ее области с умеренными широтами, введены две системы отсчета долготы. В первой системе, экваториальной, принимается период вращения, равный 9 ч. 50 м. 30,003 с., а во второй, относящейся к средним широтам,- 9ч. 55м. 40,632 с. Следовательно, при составлении единой карты поверхности облачного слоя Юпитера приходится обрабатывать экваториальные и умеренные области раздельно. На таких картах можно наглядно видеть, как изменялся общий вид планеты. Способ определения йовиграфических координат деталей по рисункам описан в Дополнении II (см. стр. 362).

Юпитер более чем в пять раз дальше Земли от Солнца, а потому солнечные лучи в 27 раз слабее согревают его поверхность, чем поверхность Земли, что приводит к крайне низкой температуре атмосферы и облачного слоя Юпитера. Радиометрические измерения температуры Юпитера показали, что она близка к - 120° Ц. Поэтому и облака Юпитера состоят, по-видимому, из сжиженного аммиака, или даже из твердых аммиачных частиц.

Юпитер отличается от других планет еще одной замечательной характеристикой. Он обладает мощным магнитным полем, которое, по-видимому, в десять раз сильнее магнитного поля Земли. Поэтому около Юпитера образовались протяженные радиационные пояса, простирающиеся вероятно, до ближайшего крупного спутника планеты - Ио, т. е. до расстояния, равного 422 тыс. км. Размеры «радиодиска» Юпитера в несколько раз превышают его «оптический» диск, а насыщенность электронами в несколько тысяч раз превосходит электронную концентрацию в радиационных поясах Земли! Бурные движения электронов внутри этих поясов Юпитера и их торможение являются причиной сильного радиоизлучения планеты.

Юпитер удерживает своим тяготением 12 спутников. Четыре наиболее ярких - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто носят название галилеевых, так как они были открыты Галилеем, который видел в системе Юпитера подтверждение системы мира Коперника. Их можно хорошо разглядеть даже в бинокль. Пятый, ближайший к Юпитеру спутник, Амальтея, обладает крайне слабым блеском и его можно видеть только в очень крупные телескопы. Остальные семь спутников малы, далеки от планеты, обладают длительными периодами обращения и, весьма вероятно, что они являются захваченными притяжением Юпитера астероидами.

Ниже мы приводим таблицу VII, характеризующую как систему Юпитера, так и физические свойства его близких спутников. Два спутника, Ио и Каллисто, обладают значительной отражательной способностью, и есть основания думать, что они покрыты снегом или льдом. Астроном Лйо, пользуясь очень крупным телескопом, построил карты поверхности галилеевых спутников (рис. 104). Эти спутники вращаются вокруг осей подобно Луне, т. е. они всегда обращены к Юпитеру одной стороной.

Таблица VII. Данные о пяти спутниках Юпитера

Более подобные сведения о системе спутников Юпитера можно найти в книге П. Г. Куликовского «Справочник любителя астрономии», в табл. 26 на стр. 409.

В системе Юпитера происходят затмения спутников. При некоторых положениях на орбите спутник заходит в тень, отбрасываемую планетой. Тогда он быстро гаснет. Затмения хорошо наблюдаются, когда планета близка к квадратуре (см. § 37). Напомним, что затмения спутников Юпитера сыграли в истории науки выдающуюся роль. Олаф Рёмер открыл конечность скорости распространения света, изучая запаздывание затмений спутников по сравнению с предвычисленными моментами. Галилей предлагал морякам проверять часы по затмениям спутников Юпитера и определять долготу корабля в море. Одно время этот способ применялся.

Иногда наблюдается прохождение спутников перед диском планеты. Особенно интересно следить за темным пятном тени, которую спутник отбрасывает на поверхность Юпитера. Черноту этой тени принимают за балл, равный шести.