Юпитер

Рис. 1. Четыре планеты гиганта и их магнитные поля. Слева Земля для сравнения [1]

Четыре огромных планеты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун классифицируют как газовые гиганты, но это не совсем так. Данные планеты имеют огромную газовую атмосферу, но под ней имеется массивное силикатно-железистое ядро, которое «омывается» жидкой мантией. Сверху может покрываться твердой корой в виде металлического водорода или даже может иметь силикатную структуру.

5 августа 2011 года для исследования Юпитера была запущена автоматическая межпланетная станция «Джуно» (Юнона). Одной из целей этой станции является выяснить, имеет ли эта планета твердое ядро или же всё более плотная атмосфера простирается на всю глубину. 5 июля 2016 года космический зонд «Юнона», преодолев 2,8 миллиарда км (18,7 а.е.), достиг орбиты Юпитера [2]. Предполагаю, что в 2018 году, когда станция нырнет в атмосферу планеты, NASA получит ответ, подтверждающий сказанное абзацем выше.

В данной статье будут уточнены физические параметры планеты, а также коснусь магнитосферы Юпитера. Что характерно, а точнее не характерно, все планеты солнечной системы имеют наклонение дипольного поля (кроме Сатурна) относительно оси вращения (рис.1). Например, Земля имеет наклон магнитной оси 13,4^°  к оси вращения [3]. Юпитер, планета – гироскоп, ее вращение самое быстрое из всех планет солнечной системы (9 ч. 55 м).

Магнитосфера Юпитера

Магнитное поле планеты является сложным и состоит из нескольких полей, наложенных друг на друга. Основное – дипольное поле, простирается до 7 млн. км в сторону Солнца и почти до орбиты Сатурна в противоположном направлении. По объёму магнитосфера Юпитера является самой большой непрерывной структурой в Солнечной системе. Диполь наклонён примерно на 10^° относительно оси вращения Юпитера [4]. Напряженность магнитного поля у поверхности в 20 раз больше, чем на Земле.

Практическое измерение магнитного поля Юпитера произошло в 1973 году, когда «Пионер-10» пролетел в окрестностях данной планеты.

Я затронул тему магнитосферы Юпитера с целью показать, что, несмотря на огромную газовую оболочку, планета имеет ядро и силикатную мантию, находящуюся в расплавленном состоянии. Вот в этой мантии в результате быстрого вращения создается дипольное магнитное поле, создаваемое электрическими токами, протекающими в бесконечном количестве проскакивающих молний.

Характерная особенность, на Юпитере северный и южный магнитные полюса диполя расположены в одноимённых полушариях планеты, в отличии Земли, где северный магнитный полюс расположен в южном полушарии, а южный – в северном. Такая противоположность наталкивает на мысль, что ядро и часть силикатной мантии вращаются быстрее, чем газовая оболочка. В связи с этим трибозарядка и, возникающие при этом электрические разряды в виде электрических молний происходят в противоположном направлении, чем на Земле [5]. Суммируясь в пространстве, такие молнии создают интегральный кольцевой электрический ток, который и порождает магнитное поле Юпитера.

Грозы на Юпитере идут не только в недрах, но и в атмосфере, где они более мощные, чем на Земле. На снимках, полученных с космических аппаратов Галилео и Кассини ночной стороны Юпитера, можно увидеть регулярные вспышки света в юпитерианских поясах.

Рис. 2. Молнии в атмосфере Юпитера [4]

На снимках зафиксированы вспышки молний в трех разных местах на ночной стороне Юпитера. Множественные вспышки молний с разных участков одного и того же шторма. Самые яркие вспышки излучают столько света, что это эквивалентно работе 30 миллионов 100-ватных лампочек в течение секунды. То есть каждая вспышка в сотни раз ярче, чем молнии на Земле. В нижнем ряду те же области шторма спустя 2 минуты. Снимки сделаны с выдержкой в 90 сек. [4].

Магнитные поля не дипольной структуры создаются именно атмосферными электрическими молниями, возникающими в процессе трибозарядки в газовых поясах. Это происходит из-за разности скоростей перемещения газовых слоев. Кроме того, в атмосфере планеты возникают обширные шторма, направление вихрей в которых может быть противоположным основному потоку. В таких потоках электрические токи, протекающие в молниях, имеют противоположное направление, отсюда и локальные магнитные поля также противоположно направленные, которые ослабляют основное поле. Примером служит Большое красное пятно, по размерам превосходящее Землю в 3 раза, существующее уже более 300 лет!

Теперь о наклонении магнитного диполя на 10^°, которое было зафиксировано космическими аппаратами. По логике такого наклонения на Юпитере не должно быть, т.к. ось вращения практически перпендикулярна плоскости орбиты, 3^°не в счет. Тогда что может смещать магнитные полюса планеты? Мое объяснение, следующее. «Мантийная река[1]», омывающая ядро, имеет русло, смещенное на больший угол, чем 3^°. Ее течение в том же направлении, что и атмосферы. Расплавленное вещество в мантии вместе с ядром вращаются несколько быстрее ее коры. Кора может быть представлена в виде металлического водорода. В процессе взаимного трения происходит трибозарядка, и как следствие возникновение бесчисленного количества молний. Интегральное действие электрического тока в данных молниях индуцирует глобальное магнитное поле Юпитера. Смею предположить, что границей раздела между твердой и жидкой фазой вещества имеется такой же, как на Земле, слой Мохо (пепловый слой). Пепел возникает в следствие грозоразрядной машины в недрах Юпитера [6].

Как указывает источник [7]: «Начиная с 50-х годов прошлого века, почти за двадцатилетний период радиоастрономических наблюдений было замечено, что наклон оси магнитного диполя Юпитера уменьшается со скоростью около 0,07^° в год. А если просчитать на сегодняшний день, то получается, что угол магнитной оси по отношению к географической за 60 с лишним лет изменился более чем на 4°! Если учесть, что угол наклона магнитной оси составляет 9,5^°, то получится, что он уменьшился почти вдвое, а если еще представить, что он изменяется ускоренно? Аналогия с Землей просматривается?» (Конец цитаты).

Да, просматривается! Дрейфующие магнитные полюса планеты, говорят только об одном, что магнитное поле планеты генерируется не в ядре, а на границе расплава и твердого поверхности, которая и отклоняет основное русло мантийной реки. Все по аналогии с Землей. Изменение угла наклона магнитной оси (диполя) по отношению к оси вращения – это изменение русла мантийной реки. У Юпитера, как и у Земли, магнитная ось не проходит через геометрический центр планеты и не пересекается с осью вращения.

Научные предположения сводятся к тому, что Юпитер газовый гигант и у него нет поверхности. Я считаю, что юпитерианская поверхность существует, но находится глубоко в его атмосфере. На наличие массивного ядра и мантии указывают два обстоятельства: 1) излучение тепловой энергии, которое в 1,6 раза больше, чем он получает от Солнца, 2) мощное дипольное поле планеты.

На 2017 год известны 69 спутников Юпитера; это наибольшее число открытых спутников среди всех планет солнечной системы [8]. Также как вокруг Сатурна, у Юпитера обнаружили систему колец.

Юпитер, расчеты физических параметров.

R=7,785472·10¹¹ м – большая полуось

m=1,8986·10²⁷ кг – масса

V=1,43128·10²⁴ м³– объем

r=6,9911·10⁷ м – радиус

v=1,307·10⁴ м/с – орбитальная скорость

g=24,79 м/с² – ускорение св. падения

ρ=1326 кг/м³ – плотность

Т=3,743356896·10⁸ с

Θ=143 К температура, уровень 1 ат. [9]

Найдем силу притяжения Юпитера к Солнцу, используя справочные параметры

(1)

Найдем физические параметры Юпитера: массу, плотность и ускорение свободного падения. Чтобы определить массу необходимо воспользоваться орбитальными параметрами одной из лун Юпитера. Воспользуемся самым близким к планете галилеевым спутником Ио, четвертым по величине среди всех спутников в солнечной системе. Радиус окружности (R), по которой движется Ио, равен 4,218·10⁸ м, а период его обращения (T) равен 1,77 дней (1,59928·10⁵ с).

(2)

Энергетический коэффициент (G_E) для Юпитера с учетом его температуры 134 К, которая соответствует давлению в 1 бар.

(3)

Масса Юпитера увеличилась более чем в полтора раза.

Отсюда плотность Юпитера.

ρ=M/V=3,55434·10²⁷ кг/1,43128·10²⁴ м³=2483 кг/м³                                                              (4)

Плотность вещества Юпитера также возросла и превосходит плотность воды в 2,5 раза, что дает основание полагать о массивном и плотном ядре Юпитера.

Уточним силу притяжения с новыми значениями масс Солнца и Юпитера по закону всемирного тяготения. Предварительно вычислим гравитационный коэффициент между планетой и звездой.

(5)

(6)

Ускорение свободного падения на Юпитере будет иметь следующее значение.

(7)

Уточним силу притяжения по формуле (1).

(8)

Для совпадения результатов по формулам (6) и (8) необходимо в (8) ввести поправочный (тепловой) коэффициент К [10] его значение равно 0,97.

К=7,5884·10²³/7,7987·10²³=0,97

Для сравнительного анализа сведем в таблицу вновь полученные физические параметры и справочные параметры Юпитера.

Юпитер	Масса, М (кг)	Энергетический коэффициент, GE	Ускорение своб. падения, g (м/с2)	Плотность, ρ (кг/м3)
Параметры новые	3,55434·1027	3,2556·10-11	23,675	2483
Параметры справочные	1,8986·1027	G (Нм2/кг2) 6,67·10-11	24,79	1326

Аналогично Юпитеру, по этим же формулам и методике проведены расчеты Урана и Нептуна. Для Сатурна опубликована отдельная статья [11].

Источники

1. Магнитное поле планет солнечной системы, Астрономия в Московской гимназии / https://sites.google.com/site/astronom1543/mag
2. Юнона, Википедия / https://goo.gl/HQhaUe
3. Ершов Г.Д., Магнитное полюса Земли, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/zemlya/magnitnye-polyusa-zemli.html
4. Гигант Юпитер, межпланетная станция Calileo / URL: http://galspace.spb.ru/index455-5.html ("НК" (И. Лисов),GALILEO, Mission Jupiter (Daniel Fischer))
5. Ершов Г.Д., Магнитное поле Земли, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/zemlya/magnitnoe-pole-zemli.html
6. Ершов Г.Д., Граница Мохоровичича, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/zemlya/granica-moxorovichicha.html
7. Уилкок Д., Магнитосфера Юпитера, Божественный Космос / URL: http://divinecosmos.e-puzzle.ru/page.php?al=287_126
8. Planets, Jupiter: Moons, NASA / https://solarsystem.nasa.gov/planets/jupiter/moons
9. Юпитер, Википедия / https://goo.gl/1gUHeU
10. Ершов Г.Д., Меркурий планета, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/planety/merkurij-planeta.html
11. Ершов Г.Д., Сатурн планета, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/planety/saturn-planeta.html
12. Атмосфера Юпитера, Википедия / URL: https://goo.gl/HjpCzJ

Назад  Вперед

[1] Мантийная река – термин автора (см. статью: «Магнитные полюса Земли» [3])