101 ключевая идея: Астрономия - Джим Брейтот

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 318 раз превышает массу Земли, а диаметр более чем в 11 раз больше земного. Юпитер вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 5,2 астрономической единицы, совершая полный оборот каждые 11,9 лет; при этом расстояние до Солнца изменяется в пределах от 5,0 до 5,4 астрономической единицы. Каждые 13 месяцев Юпитер находится в оппозиции с Землей, когда наша планета догоняет, а затем перегоняет его. При наблюдении с Земли в телескоп он виден как немного сплюснутый диск, пересекаемый светлыми и темными параллельными поясами. Внутри поясов существуют долговременные стабильные регионы, включая большое Красное пятно, впервые описанное почти 2 века назад. Своеобразная форма Юпитера объясняется тем, что он представляет собой шар жидкого материала, вращающийся вокруг своей оси и совершающий полный оборот каждые 10 часов. Из-за быстрого вращения его экваториальный диаметр значительно больше полярного. Полюса образуются из-за эффекта быстрого вращения планеты и термальной конвекции в ее недрах. "Стабильные" регионы, наблюдаемые в виде точек на поверхности планеты, считаются долгоживущими вихреобразными структурами.

Спектральный анализ атмосферы Юпитера выявил присутствие аммиака, метана и водорода. Принято считать, что Юпитер имеет плотное железосиликатное ядро, окруженное водородом, который при таком огромном давлении имеет свойства металла. Между оболочкой из металлического водорода и атмосферой существует водород в молекулярной форме. Средняя температура атмосферы Юпитера составляет примерно — 110 °C, что больше ожидаемого, судя по расстоянию от Солнца. Таким образом, Юпитер излучает тепловую энергию, возникшую, вероятно, при формировании планеты или при ее последующем сжатии. В июле 1994 года комета Шумейкера — Леви-9 врезалась в Юпитер, распавшись на множество фрагментов, что привело к образованию временных темных пятен в атмосфере планеты, подвергшейся ударному воздействию.

Обширная программа изучения Юпитера была выполнена с помощью космических зондов, особенно двух аппаратов "Вояджер", которые пролетели мимо Юпитера с интервалом в несколько месяцев в 1979 году.[42] Они послали на Землю крупномасштабные фотографии поверхности Юпитера, его спутников и тусклого кольца вокруг планеты, о котором ранее не было известно.

См. также статьи "Кометы", "Планеты", "Орбиты планет".

ЮПИТЕР 2: СПУТНИКИ

Известно, что Юпитер имеет по меньшей мере 16 спутников, расположенных на расстоянии от 130 тысяч до более 20 млн. километров от планеты. Галилей открыл четыре самых больших спутника: Ио, Ганимед, Каллисто и Европа. Эти четыре спутника можно наблюдать в телескоп как яркие точки в экваториальной плоскости планеты. Их положение изменяется от одной ночи к следующей, так как они вращаются вокруг планеты с периодом порядка нескольких суток, а не лет. Космический зонд "Вояджер-2" послал на Землю подробные фотографии крупных спутников Юпитера, когда пролетал мимо них. Еще более подробные изображения поступили от космического зонда "Галилей", который вышел на орбиту вокруг Юпитера в 1995 году.[43]

Диаметр Ио, ближайшего к Юпитеру спутника планеты, примерно равен диаметру земной Луны. Его период обращения составляет 1,8 суток, а радиус орбиты 0,42 млн. км. Вулканическая активность на поверхности Ио поразила астрономов, когда она впервые наблюдалась на фотографиях, полученных с космического зонда "Вояджер-2". Считается, что наличие расплавленного материала в недрах Ио и извержения на поверхности спутника вызваны периодическим растяжением и сжатием под воздействии гравитационного поля Юпитера в сочетании с другими внешними спутниками. Средняя плотность Ио примерно такая же, как у земной Луны. Европа, второй крупный спутник Юпитера, меньше Ио и совершает полный оборот вокруг планеты за 3,6 суток. Радиус ее орбиты составляет 0,67 млн. км. Гладкая поверхность Европы расцвечена коричневыми пятнами и покрыта трещинами. Средняя плотность этого спутника примерно такая же, как у земной Луны.

Ганимед, следующий по счету, — самый большой спутник Юпитера. Период его обращения вокруг планеты составляет 7,2 суток при радиусе орбиты 1,1 млн. км. На его поверхности, которая, как считается, покрыта мощным слоем льда, видны разломы и яркие кратеры. Средняя плотность Ганимеда в 1,9 раза превышает плотность воды.

Каллисто, наиболее отдаленный из крупных спутников Юпитера, не такой большой, как Ганимед, и имеет сходную с ним среднюю плотность. Он обращается вокруг Юпитера за 16,7 суток, а радиус его орбиты составляет 1,9 млн. км. Его поверхность, густо покрытая кратерами, представляет собой мощную кору, состоящую изо льда и скальных образований.

См. также статьи "Кратеры", "Галилей".

ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ

Энергия, излучаемая звездой, возникает в процессе ядерного синтеза, который происходит в ядре звезды. В ходе этого процесса легкие ядра соединяются, образуя более тяжелые ядра, и высвобождается энергия в виде гамма-излучения и частиц высоких энергий. Энергия, высвобождаемая в пересчете на килограмм водорода, примерно в 10 млн. раз больше, чем энергия, высвобождаемая при сгорании одного килограмма нефти.

Температура в ядре звезды достигает десятков миллионов градусов, и ядра элементов движутся с очень большой скоростью. Поскольку они обладают положительным электрическим зарядом, то избегали бы столкновения и отталкивали друг друга, если бы двигались медленнее. Однако из-за быстрого движения два сталкивающихся ядра преодолевают силу электростатического отталкивания и соединяются, образуя более тяжелое ядро. В звездах Главной последовательности ядра водорода, представляющие собой одиночные протоны, соединяются в несколько этапов, образуя ядро гелия.

Сначала соединяются два протона, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон и образуется ядро дейтерия, состоящее из протона и нейтрона, затем ядро дейтерия соединяется с новым протоном и образует ядро гелия-3, состоящее из двух протонов и нейтрона. И наконец два ядра гелия-3 соединяются и высвобождают два протона, в результате чего остающиеся два протона и нейтрона соединяются, образуя ядро гелия-4.

Пока в недрах звезды Главной последовательности сохраняется достаточное количество водорода, реакция ядерного синтеза продолжается, и поток излучения не дает звезде коллапсировать под воздействием собственной силы тяготения. Когда водород в ядре исчерпывается, ядро коллапсирует, а внешние слои звезды раздуваются и остывают, так что она становится красным гигантом. Затем ядра гелия начинают поэтапно соединяться, образуя ядра более тяжелых элементов и высвобождая новую энергию. Этот процесс продолжается до формирования тяжелых ядер, таких, как ядра железа. Поскольку для образования еще более тяжелых ядер необходима дополнительная энергия, реакция ядерного синтеза прекращается, и звезда снова коллапсирует, становясь белым карликом.

См. также статьи "Диаграмма Герцшпрунга — Ресселла", "Белыш карлик".

Краткий словарь

Абсолютная звездная величина М — видимая звездная величина, которую имела бы1 звезда, если бы находилась от нас на стандартном расстоянии 10 парсеков (примерно 300 млн. млн. км).

Астрономическая единица (а. е.) — за астрономическую единицу принято среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 149,6 млн. км.

Астрономическое соединение — положение планеты! на орбите, когда она находится на одном направлении с Солнцем при наблюдении с Земли.

Видимая звездная величина М — блеск звезды! по шкале, начиная от m = 1 для самые ярких звезд до т = 6 для звезд, едва различимые невооруженные глазом ясной ночью. Каждое различие в 5 звездные величин соответствует уменьшению или увеличению световой энергии в 100 раз.

Главная последовательность — основное распределение звезд на диаграмме Герцшпрунга — Ресселла. Звезда Главной последовательности излучает энергию в результате превращения водорода в гелий в процессе реакции ядерного синтеза, происходящей в ее ядре.

Звезды I и II поколения — звезды I поколения — горячие молодые голубые звезды, богатые металлами; звезды! II поколения — более холодные старые красные звезды, обедненные металлами.

Кульминация — явление прохождения светил через небесный меридиан. В верхней кульминации светило выше всего над горизонтом, в нижней — ниже всего. У незаходящих светил видны (над горизонтом) обе кульминации.

Меридиан — большой круг на небесной сфере, который проходит через оба полюса и находится прямо над головой наблюдателя.

Парсек — 1 парсек (пс) = 3,26 световые года = 206 265 а. е. = 31×1015 м. Парсек определяется как расстояние до звезды, параллакс которой составляет 1 угловую секунду.

Первая точка Овна — точка небесного экватора, которую Солнце пересекает весной (примерно 21 марта).