Od té doby Galileo Galilei poprvé pozoroval Jupiter zblízka v roce 1610 pomocí dalekohledu vlastní konstrukce, vědci a astronomové byli nesmírně fascinováni planetou Jovian. Nejen, že je to největší planeta Sluneční soustavy, ale stále jsou na tomto světě věci – navzdory staletí výzkumu a četným průzkumným misím –, které nepřestávají mystifikovat i naše největší mysli.
Jedním z hlavních důvodů je to, že Jupiter je tak výrazně odlišný od toho, co my, obyvatelé Země, považujeme za normální. Mezi jeho neuvěřitelnou velikostí, hmotností, složením, záhadami jeho magnetických a gravitačních polí a působivým systémem měsíců nám jeho existence ukázala, jak rozmanité planety skutečně mohou být.
Velikost, hmotnost a hustota:
Země má střední poloměr 6 371 km (3 958,8 mil) a hmotnost 5,97 × 1024kg, zatímco Jupiter má střední poloměr 69 911 ± 6 km (43441 mi) a hmotnost 1,8986 × 1027kg. Stručně řečeno, Jupiter je téměř 11krát větší než Země a necelých 318krát hmotnější. Hustota Země je však výrazně vyšší, protože se jedná o a terestrická planeta – 5,514 g/cm3ve srovnání s 1,326 g/cm³.
Z tohoto důvodu je Jupiterova „povrchová“ gravitace výrazně vyšší než normální Země – tj. 9,8 m/s² nebo 1G. Zatímco Jupiter jako plynný obr nemá žádný povrch jako takový, astronomové se domnívají, že v Jupiterově atmosféře, kde je atmosférický tlak roven 1 baru (což se rovná tlaku Země na úrovni moře), zažívá Jupiter gravitační sílu 24,79 m/s.2(což je ekvivalent 2,528G).
Srovnání Jupiter/Země. Poděkování: NASA/SDO/Goddard/Tdadamemd
Složení a struktura:
Země je pozemská planeta, což znamená, že se skládá ze silikátových minerálů a kovu, které se rozlišují mezi kovovým jádrem a silikátovým pláštěm a kůrou. Samotné jádro se také rozlišuje mezi vnitřním jádrem a vnějším jádrem (které se točí v opačném směru rotace Země). Jak člověk sestupuje z kůry do nitra, teploty a tlak se zvyšují.
Tvar Země se blíží tvaru zploštělého spheroidu, koule zploštělé podél osy od pólu k pólu tak, že kolem rovníku je vyboulenina. Tato boule je důsledkem rotace Země a způsobuje, že průměr na rovníku je o 43 kilometrů (27 mil) větší než průměr od pólu k pólu.
Naproti tomu Jupiter se skládá především z plynné a kapalné hmoty, která je rozdělena mezi plynnou vnější atmosféru a hustší vnitřek. Jeho horní atmosféra je složena z asi 88–92 % vodíku a 8–12 % objemových helia na molekuly plynu a cca. 75 % hmotnostních vodíku a 24 % hélia, přičemž zbývající jedno procento tvoří další prvky.
Atmosféra obsahuje stopová množství metanu, vodní páry, amoniaku a sloučenin na bázi křemíku a také stopová množství benzenu a dalších uhlovodíků. Jsou zde také stopy uhlíku, etanu, sirovodíku, neonu, kyslíku, fosfinu a síry. Krystaly zmrzlého čpavku byly také pozorovány v nejvzdálenější vrstvě atmosféry.
Struktura a složení Jupiteru. (Image Credit: Kelvinsong CC od S.A. 3.0)
Hustší vnitřek se skládá ze zhruba 71 % hmotnostních vodíku, 24 % helia a 5 % dalších prvků. Předpokládá se, že Jupiterovo jádro je hustá směs prvků – obklopující vrstva tekutého kovového vodíku s trochou helia a vnější vrstva převážně molekulárního vodíku. Také se předpokládá, že jádro je kamenité, ale i to zůstává neznámé.
A podobně jako na Zemi se teploty a tlaky uvnitř Jupiteru dramaticky zvyšují směrem k jádru. Předpokládá se, že na „povrchu“ je tlak a teplota 10 barů a 340 K (67 °C, 152 °F). V oblasti, kde se vodík stává kovovým, se předpokládá, že teploty dosahují 10 000 K (9 700 °C; 17 500 °F) a tlaky 200 GPa. Teplota na hranici jádra se odhaduje na 36 000 K (35 700 °C; 64 300 °F) a vnitřní tlak přibližně 3 000–4 500 GPa.
Stejně jako Země má Jupiter tvar zploštělého sféroidu. Ve skutečnosti je polární zploštění Jupiteru větší než u Země – 0,06487 ± 0,00015 ve srovnání s 0,00335. Je to kvůli rychlé rotaci Jupiteru kolem své osy, a proto je rovníkový poloměr planety přibližně o 4600 km větší než její polární poloměr.
Orbitální parametry:
Země má velmi malou excentricitu oběžné dráhy (přibližně 0,0167) a pohybuje se ve vzdálenosti od 147 095 000 km (0,983 AU) od Slunce v periheliu do 151 930 000 km (1,015 AU) v aféliu. Vychází to z průměrné vzdálenosti (aka. hlavní semi-osa) 149 598 261 km, což je základ jedné astronomické jednotky (AU).
Dráhy vnitřních planet Sluneční soustavy s Jupiterem a pásem asteroidů ve tvaru koblihy se nachází mezi nimi. Kredit: Wikipedia Commons
Země má oběžnou dobu 365,25 dne, což je ekvivalent 1,000017 juliánského roku. To znamená, že každé čtyři roky (v tom, co je známé jako přestupný rok), musí pozemský kalendář obsahovat jeden den navíc. Ačkoli je technicky celý den považován za 24 hodin, naší planetě trvá přesně 23 h 56 ma 4 s, než dokončí jedinou hvězdnou rotaci (0,997 pozemského dne). Ale v kombinaci s oběžnou dobou kolem Slunce je doba mezi jedním východem a druhým (slunečním dnem) 24 hodin.
Při pohledu z nebeského severního pólu se pohyb Země a její axiální rotace jeví proti směru hodinových ručiček. Z výhodného bodu nad severními póly Slunce i Země obíhá Země kolem Slunce proti směru hodinových ručiček. Zemská osa je také nakloněna o 23,4° směrem k ekliptice Slunce, což je zodpovědné za produkci sezónních změn na povrchu planety. Kromě kolísání teploty to také vede ke kolísání množství slunečního záření, které polokoule dostává v průběhu roku.
Mezitím Jupiter obíhá kolem Slunce v průměrné vzdálenosti (hlavní poloosa) 778 299 000 km (5,2 AU), v rozmezí od 740 550 000 km (4,95 AU) v perihéliu a 816 040 000 km (5,455 AU) v aféliu. V této vzdálenosti trvá Jupiteru 11,8618 pozemských let, než dokončí jeden oběh Slunce. Jinými slovy, jeden Jovian rok trvá ekvivalent 4 332,59 pozemských dnů.
Pásovitý vzhled horní atmosféry Jupiteru, který je částečně způsoben jeho rychlou rotací. Kredit: NASA
Jupiterova rotace je však nejrychlejší ze všech planet Sluneční soustavy, přičemž jedinou rotaci kolem své osy dokončí za méně než deset hodin (9 hodin, 55 minut a 30 sekund). Proto jeden Jovian rok trvá 10 475,8 Jovian slunečních dnů.
Atmosféry:
Zemská atmosféra se skládá z pěti hlavních vrstev – troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra. Tlak a hustota vzduchu zpravidla klesají, čím výše jde do atmosféry a čím dále je od povrchu. Vztah mezi teplotou a nadmořskou výškou je však složitější a v některých případech může s nadmořskou výškou dokonce stoupat.
Troposféra obsahuje zhruba 80 % hmoty zemské atmosféry, přičemž asi 50 % se nachází ve spodních 5,6 km (3,48 mil), díky čemuž je hustší než všechny její nadložní atmosférické vrstvy. Primárně se skládá z dusíku (78 %) a kyslíku (21 %) se stopovými koncentracemi vodní páry, oxidu uhličitého a dalších plynných molekul.
Téměř veškerá atmosférická vodní pára nebo vlhkost se nachází v troposféře, takže je to vrstva, kde se odehrává většina meteorologických jevů na Zemi (mraky, déšť, sníh, bouřky). Jedinou výjimkou je termoposféra, kde se vyskytují jevy známé jako polární záře a Aurara Australis (aka. Severní a Jižní světlo) je známo, že se konají.
Jak již bylo uvedeno, atmosféra Jupiteru se skládá především z vodíku a hélia, se stopovým množstvím dalších prvků. Podobně jako Země zažívá Jupiter polární záře poblíž jeho severního a jižního pólu. Ale na Jupiteru je polární aktivita mnohem intenzivnější a zřídkakdy se zastaví. Intenzivní záření, Jupiterovo magnetické pole a množství materiálu ze sopek Io, které reagují s Jupiterovou ionosférou, vytvářejí světelnou show, která je skutečně velkolepá.
Jupiter také zažívá násilné vzorce počasí . Rychlost větru 100 m/s (360 km/h) je u zónových proudů běžná a může dosáhnout rychlosti až 620 km/h (385 mph). Bouře se tvoří během několika hodin a přes noc mohou mít průměr tisíce kilometrů. Jedna bouře, Velká červená skvrna , zuří přinejmenším od konce 17. století. Bouře se během své historie zmenšovala a rozšiřovala; ale v roce 2012 bylo navrženo, že Giant Red Spot může nakonec zmizet .
Jupiter je neustále zahalen mraky složenými z krystalů čpavku a možná i hydrosulfidu amonného. Tyto mraky se nacházejí v tropopauze a jsou uspořádány do pásů různých zeměpisných šířek, známých jako „tropické oblasti“. Vrstva oblačnosti je hluboká jen asi 50 km (31 mi) a sestává z nejméně dvou palub mraků: tlusté spodní paluby a tenké čistší oblasti.
Složené snímky z observatoře Chandra X-Ray Observatory a Hubbleova vesmírného dalekohledu ukazují hyperenergetické rentgenové polární záře na Jupiteru. Poděkování: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al/STScI
Může být také tenká vrstva vodní mraky pod vrstvou amoniaku, jak dokazují záblesky detekovaný blesk v atmosféře Jupitera, což by bylo způsobeno polaritou vody vytvářející oddělení náboje potřebné pro blesk. Pozorování těchto elektrických výbojů naznačují, že mohou být až tisíckrát silnější než ty pozorované zde na Zemi.
Měsíce:
Země má pouze jeden obíhající satelit, Měsíc . O jeho existenci se ví již od pravěku a hraje významnou roli v mytologických a astronomických tradicích všech lidských kultur a má významný vliv na příliv a odliv na Zemi. V moderní době Měsíc nadále sloužil jako ústřední bod pro astronomický a vědecký výzkum, stejně jako pro výzkum vesmíru.
Ve skutečnosti je Měsíc jediným nebeským tělesem mimo Zemi, po kterém lidé skutečně chodili. První přistání na Měsíci proběhlo 20. července 1969 a Neil Armstrong byl prvním člověkem, který vstoupil na povrch. Od té doby bylo na Měsíci celkem 13 astronautů a výzkum, který provedli, nám pomohl dozvědět se o jeho složení a formování.
Díky zkoumání měsíčních hornin, které byly přivezeny zpět na Zemi, převládající teorie tvrdí, že Měsíc vznikl zhruba před 4,5 miliardami let ze srážky mezi Zemí a objektem velikosti Marsu (známým jako Theia ). Tato srážka vytvořila masivní mrak trosek, který začal kroužit kolem naší planety, který se nakonec spojil a vytvořil Měsíc, který dnes vidíme.
Ilustrace Jupiteru a Galileových satelitů. Kredit: NASA
Měsíc je jedním z největších přirozených satelitů ve Sluneční soustavě a je druhým nejhustším satelitem z těch, jejichž hustoty jsou známé (po Jupiterově satelitu a ). Je také slapově uzamčen se Zemí, což znamená, že jedna strana je neustále obrácena k nám, zatímco druhá je obrácena pryč. Odvrácená strana, známá jako „Temná strana“, zůstala lidem neznámá, dokud nebyly vyslány sondy, aby ji vyfotografovaly.
Na druhé straně má Joviánský systém 67 známých měsíců. Čtyři největší jsou známé jako Galileovské měsíce které jsou pojmenovány po svém objeviteli, Galileo Galilei . Obsahují: a , vulkanicky nejaktivnější těleso v naší sluneční soustavě; Evropa , který je podezřelý z toho, že má masivní podpovrchový oceán; Ganymede , největší měsíc v naší sluneční soustavě; a Callisto , o kterém se také předpokládá, že má podpovrchový oceán a obsahuje některé z nejstarších povrchových materiálů ve sluneční soustavě.
Pak je tu Vnitřní skupina (neboli skupina Amalthea), která se skládá ze čtyř malých měsíců, které mají průměr menší než 200 km, obíhají v poloměrech menším než 200 000 km a mají sklony oběžné dráhy menší než půl stupně. Tato skupina zahrnuje měsíce Metis , Adrastea , Amalthea , a Thebes . Spolu s řadou dosud neviditelných vnitřních měsíců tyto měsíce doplňují a udržují Jupiterův systém slabých prstenců.
Jupiter má také řadu nepravidelných satelitů, které jsou podstatně menší a mají vzdálenější a excentričtější dráhy než ostatní. Tyto měsíce jsou rozděleny do rodin, které mají podobnosti v oběžné dráze a složení, a předpokládá se, že jsou z velké části výsledkem kolizí velkých objektů, které byly zachyceny gravitací Jupitera.
Téměř ve všech myslitelných ohledech by Země a Jupiter nemohli být odlišnější. A na planetě Jovian je stále mnoho věcí, kterým ještě plně nerozumíme. Když už o tom mluvíme, určitě zůstaňte naladěni na Universe Today, kde najdete nejnovější aktualizace od NASA mise Juno .
Napsali jsme mnoho zajímavých článků o planetách Sluneční Soustava zde na Universe Today. Zde je Země ve srovnání s Merkurem , Země ve srovnání s Venuší , Měsíc ve srovnání se Zemí , Země ve srovnání s Marsem , Saturn ve srovnání se Zemí , a Neptun ve srovnání se Zemí .
Chcete více informací o Jupiteru? Zde je odkaz na Tiskové zprávy Hubblesite o Jupiteru , a tady je Průvodce průzkumem sluneční soustavy NASA .
Právě jsme nahráli podcast o Jupiteru pro Astronomy Cast. Klikněte zde a poslouchejte 56. díl: Jupiter .