IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Юпитер. Планета гигант
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Юпитер очаровал наблюдателей еще 400 лет назад, когда его удалось разглядеть в первые телескопы. Это прекрасный газовый гигант с закрученными облаками, загадочным пятном, семейством спутников и множеством особенностей.
Больше всего впечатляют его масштабы. По показателям массы, объема и площади планета занимает почетное первое место в Солнечной системе. О его существовании знали еще древние люди, поэтому Юпитер отметился во многих культурах. При изучении Солнечной системы на занятиях по астрономии планета Юпитер просто завоевал мое внимание. Если Сатурн, Уран, Нептун планеты гиганты, то Юпитер супер гигант.
Цель работы:
Найти подробную информацию о планете Юпитер и ее космических исследованиях.
Задачи:
Поиск источников информации о Юпитере.
Систематизация полученной информации.
Изложение полученной информации.
Основная часть.
Знакомство с Юпитером.
Юпитер является пятой планетой от Солнца и относится к группе газовых гигантов. Юпитер — самая большая планета в Солнечной системе, названная в честь древнеримского бога Юпитера — повелителя людей и богов. Планета возникла несколько миллиардов лет назад и немного старше Земли.
За время своего существования планета успела обзавестись большим количеством спутников. На данный момент их число составляет 79. Из-за внушительных размеров Юпитер был замечен еще древними людьми: в Греции его называли “Звездой Зевса”, а астрономы из Китая подробно описали траекторию движения гиганта на протяжении двенадцати лет.
Рядом с Юпитером находятся Сатурн и Марс, а магнитное поле небесного тела имеет форму сплющенного диска. Интересный факт: на Юпитере имеется повышенный радиационный фон. Находящийся на орбите аппарат Galileo получил дозу излучения, которое в 2500% превышает земную критическую отметку.
Радиус Юпитера составляет 69 911 км, Для сравнения, у второго по габаритам небесного тела – Сатурна данный параметр равен 57 350 км.
В 1979 году с помощью зонда Вояджер-1 было установлено, что Юпитер имеет кольца, просто разглядеть их можно лишь на близком расстоянии.
Ученые объясняют большой размер Юпитера тем, что это первая планета, которая начала формироваться в близости от Солнца. Она вобрала в себя большую часть вещества и газа, которые находились вокруг светила миллиарды лет назад. Позже солнечный ветер начал рассеивать все вокруг, но Юпитер сумел удержать возле себя определенные объекты.
Благодаря своим размерам Юпитер хорошо заметен на небе. Его поверхность отражает солнечные лучи, из-за чего ночью его можно увидеть в виде белого пятна. Древние цивилизации ошибочно принимали его за звезду из-за яркого свечения.
В состав гиганта входит большое количество веществ, причем многие из них встречаются и на других объектах Солнечной системы. Это еще раз намекает на то, что Юпитер может быть первой планетой. Также на его поверхностях и в недрах происходит множество процессов, которые можно встретить на других небесных телах.
Планета вращается вокруг Солнца по овальной траектории. Среднее расстояние до звезды составляет 778 млн км. Ее скорость движения в пространстве равна 46 800 км/ч, а вектор направления совпадает с большинством планет системы.
Расстояние от Земли до Юпитера измеряется учеными в пределах от 580 до 960 млн.км, в зависимости от вращения планет. Для того, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца Юпитеру необходимо больше 11,8 года, в то время как Земля это делает за 365 дней. Сутки на Юпитере составляют почти 10 часов — за это время он успевает один раз повернуться вокруг своей оси. Масса этой планеты очень велика. В Солнечной системе кроме него есть ещё 7 разных, больших и маленьких планет. Один Юпитер весит в два с половиной раза больше, чем все остальные планеты вместе.
Строение Юпитера
В составе атмосферы обнаружены в основном водород и гелий, другие газы: азот, сероводород, аммиак имеются в небольших количествах. Юпитер является не твердой, а газовой планетой. Структура планеты напоминает структуру Солнца. Почти на 90% Юпитер состоит из водорода, 10% приходится на гелий. Остальные вещества, метан, аммоний, этан, вода, занимают незначительную часть. Внутри Юпитера из-за давления водород становится похожим на металл.
Во внутреннюю структуру Юпитера входит плотное ядро из водорода, камня и гелия, металлический водород, жидкий водород и оболочка из гелия и водорода.
Изюминкой Юпитера является наличие на поверхности планеты Большого пятна красного цвета. Размеры пятна намного больше размеров Земли. Изначально, ученые не имели представления о том, что представляет собой это пятно. Затем удалось выяснить, что пятно — это огромный вихрь, сформировавшийся около 400 лет назад. С тех пор вихрь находится в непрерывном движении, скорость которого составляет 500 км/ч.
Кроме большого красного пятна в 1938 году были замечены ещё три белых овала — это тоже ураганы. В 1988 году два из них слились в один вихрь, в 2000 году к ним присоединился третий белый овал. В 2005 году этот большой ураган, получившийся из трёх небольших, стал менять цвет и покраснел. Сейчас он называется — «малое красное пятно».
Юпитер — огромная планета солнечной системы, масса которого больше Земли в 318 раз. Для того, что представить, насколько громаден Юпитер, необходимо сравнить его к примеру, с Землей. Представим, что некий человек прошел бы вдоль по линии экватора Земли от начала до конца. Такой непростой путь составил бы около 40 000 километров. Линия экватора Юпитера составляет приблизительно 449 000 километров, что в десятки раз больше линии Земли.
Спутники и кольца Юпитера
У Юпитера 67 спутников-лун. 4 больших спутника можно увидеть с Земли в обычный бинокль. Самый большой, Ганимед, размером — как половина Земли. Ганимед — вообще самый большой из имеющихся в Солнечной системе спутников.
10 самых больших спутников Юпитера: Ганимед (размер 5260 км); Каллисто (4820 км); Ио (3642 км); Европа (3122 км); Амальтея (250 км); Гималия (170 км); Фива (116 км); Элара (86 км); Пасифе (60 км); Карме (46 км); Лиситея (36 км).Пять самых маленьких спутников имеют размеры в 1 км.
Ганимед, Каллисто, Ио и Европа называются Галилеевыми спутниками, потому что их в 1609-1610 открыл ученый Галилео Галилей с помощью его первого в истории телескопа.
Когда вокруг планеты вращается множество спутников и малые небесные тела — рано или поздно они могут сталкиваться друг с другом, разбиваясь на части. В окружающее космическое пространство выбрасываются в результате таких столкновений огромные массы пыли.
Также, большая планета притягивает к себе кометы, которые тоже оставляют немало пыли. Все эти пылевые облака из-за вращения планеты постепенно сдвигаются к экватору и приобретают форму колец.
Вокруг Юпитера, как и вокруг другой большой планеты, Сатурна, имеется планетарная система колец. Она состоит из пяти колец:
Гало. Оно самое ближнее к планете и самое толстое, его ширина 30 тыс. км.
Главное кольцо — самое заметное и яркое. Ширина его — 6 с половиной тыс. км.
Паутинное кольцо Амальтеи. Названо паутинным потому, что оно прозрачное. По массе такое же, как Главное кольцо, но более тонкое.
Паутинное кольцо Фивы. Является самым тусклым и прозрачным.
Кольцо Гималии — самое молодое и тоненькое. Возникло после 2000 г, когда один из только что открытых спутников врезался в другой, Гималию, и рассыпался на мелкие части и пыль.
4 самых ближних спутника: Адрастея, Фива, Метида и Амальтея — вращаются внутри и среди этих колец. Остальные спутники расположены намного дальше от планеты, за кольцами.
Возможна ли жизнь на Юпитере?
Эта планета относится к газовым гигантам, то есть плотным в ней может быть только внутреннее ядро. Континентов там нет, т.к. нет как таковой поверхности, по докладам учёных она газовая и представляет собой кипящий океан жидкого водорода. Поверхность гиганта отличается от земной. Планета не обладает удобной для ходьбы твердой поверхностью. Вместо этого на Юпитере лишь громадных размеров океан, только наполненный не водой, а газообразными и жидкими (напоминающими кисель) веществами. Планета вращается на значительном расстоянии от Солнца, поэтому температура там --145°С. Форма планеты немного отличается от шарообразной, так как Юпитер состоит из газов и тягучей жидкости, а также, в отличие от Земли и других планет вращается намного быстрее.
Гравитации и сила тяжести на Юпитере гораздо сильнее чем на Земле. К примеру, если человек на Земле весит около 60 кг, то на Юпитере его вес увеличится в 2,5 раза, составив более 120 кг. Ввиду столь внушающей гравитации, вокруг Юпитера кружат 67 спутников, и их число может возрасти.
На Юпитере настолько высокое давление, что водород там становится жидким. На этой планете ещё и очень высокая температура, такая же, как на поверхности Солнца: +6000 градусов Цельсия (а ядро ещё горячее).
Ввиду столь неблагоприятных условий жизнь на планете невозможна. Удаленность от Солнца, отсутствие твердой поверхности, атмосферы, воды, не способствует тому, чтобы на планете зародилась жизнь.
Исследования Юпитера
Как яркое небесное тело, Юпитер привлекал внимание наблюдателей с древности и, соответственно, становился объектом поклонения. Например, с ним связан культ семитского божества Гада, индийский религиозный праздник Кумбхамела, китайское божество Тай-Суй. Своё современное название планета несёт со времён Древнего Рима, жители которого так называли своего верховного бога.
Юпитер играет одну из ключевых ролей в астрологии, символизируя собой мощь, процветание, удачу. Согласно представлениям астрологов, Юпитер является царём планет. В китайской философии, в рамках учения о пяти стихиях, планета именуется «древесной звездой».
Древние тюрки и монголы полагали, что эта планета способна влиять на природные и общественные процессы.
С развитием современной астрономии, начались научные исследования гигантской планеты: к нему отправляли межпланетные аппараты «Вояджер», «Пионер», «Галилео». Ведутся исследования с помощью орбитальных (расположенных на искусственных спутниках вокруг Земли) и наземных телескопов.
«Юнона» (также «Джуно», от англ. Juno, Jupiter Polar Orbiter)- автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная 5 августа 2011 года для исследования Юпитера. Это второй проект в рамках программы «Новые рубежи». Выход аппарата на полярную орбиту газового гиганта произошёл 5 июля 2016 года. Целью миссии является изучение гравитационного и магнитного полей планеты, а также проверка гипотезы о наличии у Юпитера твёрдого ядра. Кроме того, аппарат должен заняться исследованием атмосферы планеты — определением содержания в ней воды и аммиака, а также построением карты ветров, которые могут достигать скорости в 618 км/ч. «Юнона» также продолжит изучение районов южного и северного полюсов Юпитера, начатое АМС «Пионер-11» в 1974 году (северная полярная область) и АМС «Кассини» в 2000 (южная полярная область). Миссия Джуно (Juno, в официальном переводе "Юнона") - одна из самых важных миссий по освоению космического пространства на сегодняшний день.
Если Юпитер - это первая планета, то где-то в его недрах лежит разгадка прошлого и будущего нашего мира. Именно эту информацию и предстоит узнать Джуно. У Юпитера много загадок: магнитное поле такой силы, что вы могли бы его слышать в радиоприемнике, чрезмерно быстрое вращение для планеты такого размера (примерно в 3 раза быстрее Земли), колоссальные штормы и вихри в его атмосфере и другие.
Когда речь идет о колонизации планет Солнечной системы (а также экзопланет в других отдаленных галактиках), как правило, имеют в виду космические объекты с твердой поверхностью. Тем не менее, ученые вполне серьезно рассматривают возможность колонизации газовых гигантов – Юпитера и Сатурна, - путем создания поселений в их атмосферах.
Дело в том, что атмосфера Юпитера, например, располагает достаточно благоприятными условиями для поддержания жизни и создания поселений. В определенном слое атмосферы, где расположены водяные облака, температура около -20 градусов по Цельсию, а давление равно 1-5 атмосфер. По сравнению, с другими космическими условиями, эти можно назвать вполне «тепличными».
Именно поэтому ученые рассматривают проект создания в отдаленном будущем в атмосфере газовых гигантов «плавающих городов». Главный вопрос состоит в том, как удержать объект для поселения на необходимой высоте. По мнению специалистов, нижняя часть «плавающего города» должна находиться в слое, где плотность атмосферы равна плотность воды. Другим вариантом является создание корабля-дирижабля, воздушный шар которого можно наполнить чистым водородом.
Тем не менее, более реальной перспективой является освоение спутников газовых гигантов. Сегодня рассматривается возможность колонизации трех крупных спутников Юпитера: Европы, Ганимеда и Каллисто. Предполагается, что на Европе под ледяной поверхностью находится океан. Однако значительной помехой в колонизации этого спутника является сильная радиация на поверхности объекта из-за сильного радиационного пояса Юпитера.
Что касается Ганимеда, самого большого спутника в Солнечной системе, то стоит отметить, что данный объект обладает магнитосферой, которая способна защитить космонавтов от губительного воздействия радиации (кстати, в отличие от Европы, Ганимед находится вне радиационного пояса Юпитера). Плюс к этому, спутник располагает большими запасами водного льда. Предполагается, что после терраформирования Ганимед будет способен удержать достаточно плотную атмосферу, а запасы газогидратов могут послужить источником для постоянного ее восполнения.
Еще один кандидат на потенциальную колонизацию – спутник Каллисто. Данный спутник находится вне зоны действия радиационного пояса планеты. Каллисто отличается большими запасами водного льда, а также спокойной геологической обстановкой. Сила тяжести спутника не достаточно велика, чтобы удержать плотную атмосферу, однако, по мнению ученых, благодаря запасам воды и газогидратов атмосфера может постоянно восполняться. На данный момент рассматривается возможность построения на поверхности Каллисто замкнутых экологических систем в виде купольных поселений.
Изучение Юпитера и его спутников, уже давшее много существенно новых результатов, привело и к постановке ряда новых проблем. В частности, еще только в процессе становления находятся исследования, касающиеся физической природы интенсивных электрических полей у ближайших к Юпитеру спутников.
Заключение.
Интересно, что будет с Юпитером, когда Солнце превратиться в красного гиганта?
Известно, что Солнце в результате постепенного исчерпания своего термоядерного топлива, увеличивает свою светимость примерно на 11 % каждые 1,1 млрд лет, и в результате этого его околозвёздная обитаемая зона сместится за пределы современной земной орбиты, пока не достигнет системы Юпитера. Увеличение яркости Солнца в этот период разогреет спутники Юпитера, позволив высвободиться на их поверхность жидкой воде, а значит, создаст условия для поддержания жизни. Через 7,59 миллиарда лет Солнце станет красным гигантом. Модель показывает, что расстояние между Солнцем и газовым гигантом сократится с 765 до 500 млн км. В таких условиях Юпитер перейдёт в новый класс планет, называемый "горячие юпитеры". Температура на его поверхности достигнет 1000 К, что вызовет тёмно-красное свечение планеты. Спутники станут непригодными для поддержания жизни и будут представлять собой иссушенные раскалённые пустыни.
Это будет не скоро. А сейчас Юпитер радует астрономов своим блеском, красотой поверхности, загадочными спутниками, своей силой.
Список используемых источников
Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия.CD-ROM. 2006
Бронштейн В.А. Планеты и их наблюдения. - М.: Наука, 1995
Маров М.Я. Планеты солнечной системы. - М.: Наука, 1996
Энциклопедия для детей. Т.8. Астрономия.- М.: Аванта +, 2002.
Детская энциклопедия "Мир небесных тел". – М.: 2006.
А. Ильин. Космическая станция Juno (Юнона) летит к Юпитеру - Российский космос, 1916.
Интернет, http://galspace.spb.ru/
Интернет, http://ru.wikipedia.org/wikiИнтернет, http://www.astronet.ru/
7