Юпитер, Cатурн, Уран и Нептун

Вскоре наблюдения на более длинных (дециметровых) волнах показали, что помимо теплового радиоизлучения Юпитер испускает нетепловое излучение, имеющее электромагнитную природу. Радиояркостная температура такого излучения растет с длиной волны, достигая на волне 10 см 650°К, на волне 20 см 2900°К, на волне 70 см — 26 000°К и т.д. Источником этого радиоизлучения являются быстрые (релятивистские) э

лектроны, разгоняемые, а затем тормозящиеся в сильном магнитном поле планеты. В пользу этого заключения свидетельствует тот факт, что размеры излучающей области в несколько раз превышают диаметр самого Юпитера.

Так, еще за 10—12 лет до подлета к Юпитеру «Пионера-10» у этой планеты было установлено наличие сильного магнитного поля и мощных радиационных поясов.

Строение магнитосферы Юпитера.

Полеты «Пионера-10» и «Пионера-11» позволили уточнить параметры и структуру магнитосферы Юпитера (рис. 33). Головная ударная волна, отделяющаямежпланетное магнитное поле от магнитосферы планеты, расположена на расстоянии 8 млн. км от Юпитера. Температура заряженных частиц на фронте этой волны скачком возрастает с 10 тыс. до 1 млн. градусов. Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного, которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера, и недипольного, занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность поля у поверхности планеты 10—15 эрстед, т. е. примерно в 20 раз больше, чем на Земле. Полярность дипольного поля противоположна земному (северный магнитный полюс находится в северном полушарии), магнитная ось наклонена к оси вращения на 11°. Из-за быстрого вращения Юпитера и значительно меньшей интенсивности солнечного ветра на расстоянии Юпитера (он там в 30 раз слабее, чем в районе орбиты Земли) магнитное поле Юпитера почти симметрично относительно магнитной оси планеты (земное магнитное поле «смято» со стороны Солнца давлением солнечного ветра). Кроме теплового и дециметрового излучений, Юпитер является источником радиовсплесков на декаметровых волнах (от 4 до 85 м). Продолжительность этих всплесков различна: от долей секунды до минут и даже часов. Впрочем, минуты и часы — это длительность не отдельных всплесков, а целых серий всплесков, своеобразных шумовых бурь или гроз.

В качестве возможных причин этих всплесков в разное время был выдвинут целый ряд механизмов. Среди них и гипотеза о настоящих грозовых (т. е. электрических) разрядах в атмосфере планеты, и о так называемых свистящих атмосфериках, т.е. разрядах, уходящих в космос вдоль силовых линий магнитного поля планеты, и об излучении электронов в магнитном поле Юпитера.

Наиболее обоснованной теоретически является гипотеза советского радиоастронома В. В. Железнякова о том, что всплески на декаметровых волнах порождаются плазменными колебаниями в ионосфере Юпитера. Причин таких колебаний может быть много: нестабильность ионосферной плазмы за счет неоднородности и колебаний магнитного поля и сложного вида распределения заряженных частиц до скоростям, потоки частиц из радиационных поясов, вспышки на Солнце и, наконец, модулирование магнитного поля Юпитера его спутником Ио.

Находясь на среднем расстоянии в 5,9 радиуса планеты от ее центра, этот спутник, имеющий собственную ионосферу, не только захватывает заряженные частицы из радиационного пояса Юпитера, но может их производить и ускорять. Движение Ио в магнитном поле Юпитера генерирует потенциал электрического поля, проходящего через спутник, в 400 киловольт. Этот потенциал приводит к разгону заряженных частиц и порождает излучение декаметровых радиоволн. Измерения «Пионера-11» полностью подтвердили этот факт.

Инфракрасный спектрометр «Пионера-11» не зарегистрировал заметного различия температур дневного и ночного полушарий планеты, что говорит в пользу сильного динамического перемешивания в его атмосфере. Была получена яркостная температура 145°К, откуда следует, что Юпитер испускает вдвое больше тепла, чем получает от Солнца. Остальная часть энергии идет из недр планеты, причем ее источником может служить гравитационное сжатие на 0,1 см/год.

Впрочем, возможно, что энергия недр Юпитера сохранялась еще с момента его образования из первичной туманности. Эта энергия и определяет всю метеорологию планеты. Данные инфракрасного радиометра показывают, что темные полосы Юпитера теплее светлых зон. Их образование связывается с нисходящими и восходящими движениями в атмосфере планеты.

О сложной системе циркуляции в атмосфере Юпитера говорят и прямые фотографии «Пионеров». В атмосфере и в недрах планеты господствуют конвективные движения. Именно они приводят к выравниванию температур дневного и ночного полушарий. На низких широтах мощные кориолисовы силы превращают вертикальные конвективные движения в горизонтальные, а движения в направлении север — юг — в западно-восточные, направленные вдоль параллелей. Это и приводит к характерной полосатой структуре Юпитера. В высоких широтах, где линейная скорость вращения не так велика, как на экваторе (а там она равна 12 км/сек}, движения вдоль параллелей не возникают и поэтому в полярных районах планеты мы не наблюдаем полосатой структуры, столь характерной для тропических и умеренных широт. Зато почти вся область полярной шапки испещрена мелкими ячейками циркуляции.

С проблемой циркуляции атмосферы тесно связан вопрос о природе Красного пятна на Юпитере, которое существует уже более 100 лет (а возможно, и дольше). Раньше, когда считали, что под облаками Юпитера есть твердая поверхность. Красное пятно объясняли вихревым образованием типа столба Тейлора: чем-то вроде стоячей волны над каким-либо образованием на поверхности (горой или, наоборот, ложбиной). Однако эта гипотеза противоречила переменности периода вращения Красного пятна. Сейчас более вероятным считается предположение, что Красное пятно — циклоническое возмущение в атмосфере планеты, нечто вроде мощного урагана. Напомним, что его размеры — 14 тыс. км по широте и 30—40 тыс. км по долготе. Возможно, что время жизни таких образований пропорционально их площади. Другие подобные образования меньших размеров не раз наблюдались с Земли и хорошо видны на снимках «Пионеров» (рис. 34).

Фотография Юпитера с <Пионера-II>.

Пока еще не удалось объяснить цвет полос и зон Юпитера и других планет-гигантов. Светлые зоны имеют желтоватую, а темные полосы красновато-белую окраску. Все газы, обнаруженные в атмосфере Юпитера (водород, гелий, метан, аммиак, водяной пар и др.), бесцветны. Какое же вещество придает окраску его деталям? Почему Красное пятно — красное? В качестве красящих веществ различными учеными предлагались сульфид и гидросульфид аммония, свободные радикалы,; различные органические соединения и сложные неорганические полимеры. Однако конвекция должна увлекать все эти соединения вниз, где они при высоких температурах должны диссоциировать. Значит, при вертикальных движениях вверх эти вещества должны вновь восстанавливаться. Поскольку бесцветные светлые зоны расположены выше, чем окрашенные полосы, можно считать, что вещество зон состоит из кристаллов аммиака, тогда как красящие вещества формируются ниже, на уровне полос.

 Скачать реферат