Již od vynálezu dalekohledu před čtyřmi sty lety byli astronomové fascinováni plynným obrem známým jako Jupiter. Mezi jejími stálými, vířícími mraky, mnoha a mnoha měsíci a obří rudou skvrnou je na této planetě mnoho věcí, které jsou nádherné i fascinující.
Ale možná nejpůsobivějším rysem Jupiteru je jeho naprostá velikost. Pokud jde o hmotnost, objem a povrch, Jupiter je s velkým náskokem největší planetou v naší sluneční soustavě. A protože lidé věděli o jeho existenci po tisíce let, hraje aktivní roli v kosmologických systémech mnoha kultur. Ale co dělá Jupiter tak masivním a co dalšího o něm víme?
Velikost, hmotnost a oběžná dráha:
Hmotnost, objem, povrch a střední obvod Jupiteru jsou 1,8981 x 1027kg, 1,43128 x 10patnáctkm3, 6,1419 x 1010km2a 4,39264 x 105km resp. Abychom to uvedli do perspektivy, průměr Jupiteru je zhruba 11krát větší než průměr Země a 2,5 hmotnosti všech ostatních planet ve sluneční soustavě dohromady.
Ale jako plynný obr má relativně nízkou hustotu – 1,326 g/cm3– což je méně než jedna čtvrtina Země. To znamená, že zatímco objem Jupitera odpovídá asi 1 321 Zemi, je pouze 318krát hmotnější. Nízká hustota je jedním ze způsobů, jak vědci dokážou určit, že je vyrobena převážně z plynů, ačkoli stále zuří debata o tom, co existuje v jejím jádru (viz níže).
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.
Jupiterova rotace je však nejrychlejší ze všech planet Sluneční soustavy a dokončí rotaci kolem své osy za o něco méně než deset hodin (přesněji 9 hodin, 55 minut a 30 sekund. Jeden rok Jovianu tedy trvá 10 475,8 slunečních dní Jovianů). Tato oběžná doba je dvě pětiny doby Saturnu, což znamená, že dvě největší planety v naší sluneční soustavě tvoří orbitální rezonanci 5:2.
Struktura a složení:
Jupiter se skládá převážně z plynné a kapalné hmoty. Je to největší z plynných obrů a stejně jako oni je rozdělen mezi plynnou vnější atmosféru a vnitřek, který je tvořen hustšími materiály. Jeho horní atmosféra je složena z asi 88–92 % vodíku a 8–12 % helia na objemová procenta molekul plynu a cca. 75 % hmotnostních vodíku a 24 % hélia, přičemž zbývající jedno procento tvoří další prvky.
Tento výřez ilustruje model vnitřku Jupiteru s kamenným jádrem překrytým hlubokou vrstvou tekutého kovového vodíku. Kredit: Kelvinsong/Wikimedia Commons
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.
Vnitřek obsahuje hustší materiály, takže rozložení tvoří 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. Jádro bylo také popsáno jako skalnaté, ale to zůstává také neznámé.
V roce 1997, existence jádra byla navržena gravitačními měřeními, což ukazuje na hmotnost 12 až 45násobku hmotnosti Země, tedy zhruba 4–14 % celkové hmotnosti Jupiteru. Přítomnost jádra podporují také modely planetární formace, které naznačují, jak by kamenné nebo ledové jádro bylo v určitém okamžiku v historii planety nutné, aby se z protosolární mlhoviny shromáždil veškerý její vodík a helium.
Je však možné, že se toto jádro od té doby zmenšilo v důsledku konvekčních proudů horkého, kapalného, kovového vodíku mísícího se s roztaveným jádrem. Toto jádro může nyní dokonce chybět, ale než to bude možné potvrdit, je zapotřebí podrobná analýza. The mise Juno , který byl spuštěn v srpnu 2011 (viz níže), by měl poskytnout určitý náhled na tyto otázky, a tím pokročit v problému jádra.
Teplota a tlak uvnitř Jupiteru se směrem k jádru neustále zvyšují. Předpokládá se, že na „povrchu“ je tlak a teplota 10 barů a 340 K (67 °C, 152 °F). Předpokládá se, že v oblasti „fázového přechodu“, kde se vodík stává kovem, je teplota 10 000 K (9 700 °C; 17 500 °F) a tlak je 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.
Jupiterovy měsíce:
Systém Jovian v současnosti zahrnuje 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.
Ilustrace Jupiteru a Galileových satelitů. Kredit: NASA
Atmosféra a bouře:
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.
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.
Barevný kompozitní snímek impaktního záblesku Jupiteru ze 3. června. Kredit: Anthony Wesley
Historická pozorování planety:
Jako planetu, kterou lze pozorovat pouhým okem, lidé věděli o existenci Jupiteru tisíce let. Hrálo proto zásadní roli v mytologických a astrologických systémech mnoha kultur. První zaznamenané zmínky o něm pocházejí z období Babylonské říše ze 7. a 8. století před naším letopočtem.
Ve 2. století zkonstruoval řecko-egyptský astronom Ptolemaios svůj slavný geocentrický planetární model, který obsahoval deferenty a epicykly, aby vysvětlil dráhu Jupitera vzhledem k Zemi (tj. retrográdní pohyb). Ve své práci, Almagest , připsal Jupiteru oběžnou dobu 4332,38 dne (11,86 let).
V roce 499 Aryabhata – matematik-astronom z klasického věku Indie – také použil geocentrický model k odhadu Jupiterovy periody na 4332,2722 dní neboli 11,86 let. Také se odvážilo, že čínský astronom Gan De objevil Jupiterovy měsíce v roce 362 př.nl bez použití přístrojů. Pokud by to byla pravda, znamenalo by to, že Galileo nebyl první, kdo objevil měsíce Jovian o dvě tisíciletí později.
V roce 1610 byl Galileo Galilei prvním astronomem, který použil k pozorování planet dalekohled. V průběhu svých zkoumání vnější sluneční soustavy objevil čtyři největší měsíce Jupitera (nyní známé jako Galileovské měsíce). Objev jiných měsíců než Země byl hlavním bodem ve prospěch Koperníka heliocentrická teorie o pohybech planet.
Galileo ukazuje oblohu na náměstí svatého Marka v Benátkách. Všimněte si chybějící adaptivní optiky. Kredit: Public Domain
Během 60. let 17. století Cassini pomocí nového dalekohledu objevil Jupiterovy skvrny a barevné pásy a zjistil, že planeta vypadá jako zploštělý sféroid. V roce 1690 byl také schopen odhadnout rotační periodu planety a všiml si, že atmosféra prochází diferenciální rotací. V roce 1831 vytvořil německý astronom Heinrich Schwabe nejstarší známá kresba zobrazit podrobnosti o Velké rudé skvrně.
V roce 1892 pozoroval E. E. Barnard pátý satelit Jupitera pomocí refraktorového dalekohledu na Lickově observatoři v Kalifornii. Tento relativně malý objekt byl později pojmenován Amalthea a byl by posledním planetárním měsícem, který byl objeven přímo vizuálním pozorováním.
V roce 1932 identifikoval Rupert Wildt absorpční pásy čpavku a metanu ve spektrech Jupiteru; a do roku 1938 byly pozorovány tři dlouhotrvající anticyklonální útvary nazývané „bílé ovály“. Po několik desetiletí zůstávaly jako samostatné prvky v atmosféře, někdy se k sobě přibližovaly, ale nikdy nesplynuly. Nakonec se dva z oválů v roce 1998 sloučily a v roce 2000 pohltily třetí a staly se oválný BA .
Počínaje 50. lety 20. století začal radioteleskopický výzkum Jupiteru. To bylo způsobeno tím, že astronomové Bernard Burke a Kenneth Franklin v roce 1955 detekovali rádiové signály přicházející z Jupiteru. Tyto výbuchy rádiových vln, které odpovídaly rotaci planety, umožnily Burkovi a Franklinovi zpřesnit odhady rychlosti rotace planety.
Infračervený snímek Jupitera z letu SOFIA's First Light složený z jednotlivých snímků na vlnových délkách pořízených kamerou FORCAST Cornell University. Kredit: Anthony Wesley/Cornell University
Postupem času vědci zjistili, že existují tři formy rádiových signálů přenášených z Jupiteru – dekametrické rádiové záblesky, decimetrické rádiové emise a tepelné záření. Dekametrické záblesky se mění s rotací Jupitera a jsou ovlivněny interakcí Io s magnetickým polem Jupiteru.
Decimetrické rádiové emise – které pocházejí z torusovitého pásu kolem Jupiterova rovníku – jsou způsobeny cyklotronickým zářením z elektronů, které jsou urychlovány v Jupiterově magnetickém poli. Mezitím je tepelné záření produkováno teplem v atmosféře Jupiteru. Vizualizace Jupiteru pomocí radioteleskopů umožnila astronomům dozvědět se mnoho o jeho atmosféře, tepelných vlastnostech a chování.
Průzkum:
Od roku 1973 byla do systému Jovian vyslána řada automatizovaných kosmických lodí, které provedly planetární průlety, které je přivedly na dosah planety. Nejpozoruhodnější z nich byl Pioneer 10 ,první kosmická loď, která se dostala dostatečně blízko, aby mohla poslat zpět fotografie Jupiteru a jeho měsíců. Mezi touto misí a Pioneer 11, astronomové se dozvěděli mnoho o vlastnostech a jevech tohoto plynného obra.
Umělecký dojem z Pioneer 10 na Jupiteru. Obrazový kredit: NASA/JPL
Zjistili například, že radiační pole v blízkosti planety byla mnohem silnější, než se očekávalo. Trajektorie těchto kosmických lodí byly také použity k upřesnění odhadů hmotnosti Jovianského systému a rádiové zákryty planetou vedly k lepším měřením průměru Jupiteru a množství polárního zploštění.
O šest let později, Cestovat začaly mise, které výrazně zlepšily pochopení galileovských měsíců a objevily Jupiterovy prstence. Potvrdili také, že Velká rudá skvrna byla anticyklonální, že její odstín se změnil sinus misí Pioneer – změnil se z oranžové na tmavě hnědou – a na své temné straně spatřili blesky. Byly provedeny také pozorování a , která ukázala torus ionizovaných atomů podél své orbitální dráhy a sopky na jejím povrchu.
7. prosince 1995, Galileo orbiter se stal první sondou, která vytvořila oběžnou dráhu kolem Jupiteru, kde by zůstala sedm let. Během své mise provedla několik průletů kolem všech Galileovských měsíců a Amalthey a vyslala do atmosféry sondu. Bylo také v ideální pozici, aby bylo svědkem dopadu Comet Shoemaker – Levy 9 když se v roce 1994 přiblížil k Jupiteru.
21. září 2003 byl Galileo záměrně nasměrován na planetu a zřítil se do její atmosféry rychlostí 50 km/s, hlavně proto, aby se vyhnul havárii a případné kontaminaci Europy – měsíce, o kterém se věří, že přístavní život .
Umělecký dojem z New Horizons s Jupiterem. Obrazový kredit: NASA/JPL/JHUAPL
Data shromážděná sondou i orbiterem odhalila, že vodík tvoří až 90 % atmosféry Jupiteru. Zaznamenané údaje o teplotách byly více než 300 °C (570 °F) a rychlost větru byla naměřena více než 644 km/h (400 mph), než se sonda vypařila.
V roce 2000, Cassini sonda (na cestě do Saturn ) proletěl kolem Jupiteru a poskytl některé ze snímků planety s nejvyšším rozlišením, jaké kdy byly pořízeny. Na cestě do Pluto , Nové obzory vesmírná sonda prolétla kolem Jupiteru a měřila výstup plazmy z Jsem sopky , podrobně studoval všechny čtyři měsíce Galileo a také prováděl pozorování na dlouhé vzdálenosti Himálie a Elara .
NASA Junomise , který odstartoval v srpnu 2011, dosáhl oběžné dráhy kolem planety Jovian na 4. července 2016 . Účelem této mise je studovat vnitřek Jupitera, jeho atmosféru, jeho magnetosféru a gravitační pole, v konečném důsledku za účelem určení historie formování planety (což vrhne světlo na formování sluneční soustavy).
Když sonda vstoupila na svou polární eliptickou dráhu dne 4. července po dokončení 35 minut dlouhého spouštění hlavního motoru, známého jako Jupiter Orbital Insertion (nebo JOI). Když se sonda přiblížila k Jupiteru nad jeho severním pólem, naskytl se jí pohled na Jovianský systém, který konečný obrázek před zahájením JOI.
Ilustrace kosmické lodi Juno od NASA, která spouští svůj hlavní motor, aby zpomalila a dostala se na oběžnou dráhu kolem Jupiteru. Poděkování: NASA/Lockheed Martin
10. července odeslala sonda Juno své první snímky z oběžné dráhy poté, co napájela svou sadu vědeckých přístrojů. Snímky byly pořízeny, když byla sonda 4,3 milionu km (2,7 milionu mil) od Jupiteru a na odletové části své počáteční 53,5denní oběžné dráhy. The barevný obrázek ukazuje atmosférické útvary na Jupiteru, včetně slavné Velké rudé skvrny, a tři ze čtyř největších měsíců hmotné planety – Io, Europa a Ganymede, na snímku zleva doprava.
Příští plánovanou misi do systému Jovian bude provádět Evropská kosmická agentura Průzkumník ledového měsíce Jupiter (JUICE), který má být spuštěn v roce 2022, následovaný NASA Evropa Clipper mise v roce 2025.
Exoplanety:
Objev exoplanet odhalil, že planety mohou být ještě větší než Jupiter. Ve skutečnosti počet „ Super Jupitery ” pozorovaná kosmickou sondou Kepler (stejně jako pozemními dalekohledy) v posledních několika letech byla ohromující. Ve skutečnosti bylo od roku 2015 identifikováno více než 300 takových planet.
Pozoruhodné příklady zahrnují PSR B1620-26 b (Methuselah), který byl prvním super-Jupiterem, který byl pozorován (v roce 2003). Ve stáří 12,7 miliard let je to také třetí nejstarší známá planeta ve vesmíru. Existuje také HD 80606 b (Niobe), která má nejexcentričtější dráhu ze všech známých planet, a 2M1207b (Lerna), která obíhá kolem hnědého trpaslíka Fomalhaut b (Illion).
Zde je zajímavý fakt. Vědci se domnívají, že zisk plynu by mohl dosáhnout 15krát větší velikosti než Jupiter před zahájením fúze deuteria, což z něj činí hnědého trpaslíka. Dobrá věc, protože poslední věc, kterou Sluneční soustava potřebuje, je, aby se Jupiter změnil na novu!
Jupiter byl vhodně pojmenován starověkými Římany, kteří se rozhodli pojmenovat po králi bohů (také známém jako Jove). Čím více toho o této nejhmotnější sluneční planetě víme a rozumíme jí, tím více si toto jméno zaslouží.
Máme mnoho zajímavých článků o Jupiteru zde na Universe Today. Zde jsou některé články o barva a gravitace Jupitera, jak dostalo své jméno , a jak to formovalo naši sluneční soustavu .
Máte otázky ohledně větších záhad Jupitera? Pak tady je Má Jupiter pevné jádro? , Mohl by se Jupiter stát hvězdou? , Mohli bychom žít na Jupiteru? , a Mohli bychom Terraformovat Jupiter?
Natočili jsme celou sérii podcastů o Solar System at Astronomy Cast .