Юпитер

Планета начинается не с поверхности

После каменных планет слово «радиус» кажется простой величиной: от центра до грунта. На Юпитере грунта нет. Снаружи лежит водородно-гелиевая атмосфера; глубже газ становится всё плотнее, а затем ведёт себя как жидкость.

Граница, которую на карте называют поверхностью Юпитера, договорная: обычно радиус 69 911 километров отсчитывают до уровня, где давление равно одному бару, примерно как у моря на Земле. Такое определение показывает, что знакомые слова зависят от устройства мира.

Юпитер в 11 раз шире Земли и в 318 раз массивнее, но его средняя плотность лишь 1,33 г/см³. Почти вся масса состоит из водорода и гелия. Быстрое вращение, один оборот примерно за 9 часов 56 минут, растягивает экватор: экваториальный радиус примерно на 4600 километров больше полярного. Уже форма сообщает, как масса распределена внутри.

Планета обходит Солнце за 11,86 земного года, а её ось наклонена всего на 3,13°. Сезоны поэтому слабее земных, но расстояние само меняет наблюдение: солнечный свет идёт до Юпитера около 43 минут, радиокоманда с Земли требует ещё столько же на обратный путь. Аппарат нельзя вести джойстиком; последовательность действий загружают заранее.

Взвесить невидимое по траектории

Неоднородности притяжения едва ускоряют или замедляют пролетающий аппарат; на Земле это замечают по доплеровскому сдвигу радиосигнала. Полярная вытянутая орбита Juno дала серию срезов гравитационного поля.

Ядро оказалось непохожим на аккуратный каменный шар. Тяжёлые элементы, вероятно, распределены по большой области и постепенно смешиваются с окружающим водородом. Такое ядро называют диффузным. Модель согласуется с гравитацией, но детали зависят от поведения вещества при миллионах атмосфер.

Чтобы получить гравитационную карту, антенны дальней космической связи измеряли частоту несущей во время каждого близкого прохода. Прибавка скорости составляла ничтожную долю общего движения, поэтому требовалось знать положение Земли, давление солнечного света на аппарат и даже ориентацию его панелей. Результат возникает после удаления этих воздействий; готовой «картинки ядра» в радиосигнале нет.

В глубине водород становится проводящей жидкостью. Её движение создаёт мощное магнитное поле. Оно удерживает и ускоряет частицы, связывает полярные сияния с Ио и превращает окрестности Юпитера в опасное место для электроники.

Спутники буквально оставляют в сияниях движущиеся отметины. Электрические токи текут вдоль магнитных силовых линий между Ио, Европой, Ганимедом, Каллисто и атмосферой Юпитера; ультрафиолетовый прибор Juno различает яркие следы. Положение пятна сообщает, к какой линии поля подключён спутник, а форма шлейфа показывает движение плазмы. Магнитосфера становится измеряемой электрической цепью размером в миллионы километров.

Планета отдаёт больше энергии, чем получает от Солнца: медленное сжатие превращает гравитационную энергию в тепло.

Что Юпитер сохранил от рождения системы

Юпитер сформировался рано, пока вокруг молодого Солнца оставалось много газа. Но два главных сценария начинают его рост по-разному. В модели аккреции ядра сначала собирается массивная смесь льда и породы, которая затем быстро захватывает водород и гелий. В модели гравитационной неустойчивости часть газового диска сразу сжимается в крупный объект.

Состав атмосферы, доля тяжёлых элементов и устройство диффузного ядра ограничивают варианты, но не превращают рождение в единственный восстановленный фильм. Особенно важно точно измерить воду: кислород относится к главным тяжёлым элементам, а его количество зависит от места и способа роста планеты.

Зонд Galileo попал в необычно сухую область, называемую горячим пятном. Он измерил меньше воды, чем ожидалось, и локальный профиль некоторое время принимали за глобальный состав. Микроволновые проходы Juno показали сложное распределение воды и аммиака. Измерение на месте бывает точнее дистанционного, но одна точка не всегда представляет целую планету.