ضغط المشتري. الغلاف الجوي والهيكل الداخلي لكوكب المشتري. المجال المغناطيسي وحلقات على كوكب المشتري. طبقات الغلاف الجوي لكوكب المشتري
كوكب المشتري هو أكبر كوكبالنظام الشمسي. وهي تقع في المدار الخامس من الشمس.
ينتمي إلى الفئة عمالقة الغازويبرر تمامًا صحة مثل هذا التصنيف.
حصل كوكب المشتري على اسمه تكريما للإله الأسمى القديم للرعد. ربما يرجع ذلك إلى حقيقة أن الكوكب معروف منذ العصور القديمة وأحيانًا التقى في الأساطير.
الوزن والحجم.
إذا قارنت حجم كوكب المشتري والأرض ، يمكنك فهم مدى اختلافهما. يتجاوز كوكب المشتري نصف قطر كوكبنا بأكثر من 11 مرة.
في نفس الوقت ، كتلة كوكب المشتري أكبر بـ 318 مرة من كتلة الأرض! وهذا يتأثر أيضًا بالكثافة الصغيرة للعملاق (فهو أدنى بمقدار 5 مرات تقريبًا من الأرض).
الهيكل والتكوين.
جوهر الكوكب ، المثير للاهتمام للغاية ، هو الحجر. قطرها حوالي 20 ألف كيلومتر.
ثم يلي ذلك طبقة من الهيدروجين المعدني ، يبلغ قطر قلبها ضعف قطرها. تتراوح درجة حرارة هذه الطبقة من 6 إلى 20 ألف درجة.
الطبقة التالية هي مادة الهيدروجين والهيليوم والأمونيا والماء وغيرها. سمكها أيضا حوالي 20 ألف كيلومتر. ومن المثير للاهتمام ، أن هذه الطبقة لها شكل غازي ، لكنها تتحول تدريجياً إلى سائل.
حسنًا ، الطبقة الخارجية الأخيرة - تتكون في معظمها من الهيدروجين. يوجد أيضًا بعض الهيليوم وقليل من العناصر الأخرى. هذه الطبقة غازية.
المدار والدوران.
سرعة مدار كوكب المشتري ليست عالية جدًا. يُحدث الكوكب ثورة كاملة حول النجم المركزي خلال ما يقرب من 12 عامًا.
لكن سرعة الدوران حول محوره ، على العكس من ذلك ، عالية. وأكثر من ذلك - الأعلى بين جميع كواكب النظام. يستغرق دوران أقل بقليل من 10 ساعات.
معلومات عن كوكب المشتري
الغلاف الجوي.
يتكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري من 89٪ هيدروجين و8-10٪ هيليوم. تسقط الفتات المتبقية على الميثان والأمونيوم والماء وأكثر من ذلك.
عندما تُلاحظ من بعيد ، تظهر عصابات كوكب المشتري بوضوح - طبقات من الغلاف الجوي تختلف في التركيب ودرجة الحرارة والضغط. بل إن ألوانها مختلفة - بعضها أفتح والبعض الآخر أغمق. في بعض الأحيان يتنقلون حول الكوكب في اتجاهات مختلفة ودائمًا ما يتنقلون بسرعات مختلفة ، وهذا شيء جميل جدًا.
في جو كوكب المشتري ، تحدث ظواهر واضحة: البرق والعواصف وغيرها. إنها أكبر بكثير مما هي على كوكبنا.
درجة حرارة.
على الرغم من البعد عن الشمس ، فإن درجات الحرارة على الكوكب مرتفعة للغاية.
في الغلاف الجوي - من حوالي -110 درجة مئوية إلى +1000 درجة مئوية. حسنًا ، مع انخفاض المسافة إلى مركز الكوكب ، تزداد درجة الحرارة أيضًا.
لكن هذا لا يحدث بالتساوي. خاصة بالنسبة لغلافها الجوي - يحدث التغيير في درجة الحرارة في طبقاتها المختلفة بطريقة غير متوقعة إلى حد ما. حتى الآن ، لم يكن من الممكن شرح كل هذه التغييرات.
- بسبب الدوران السريع حول محوره ، فإن كوكب المشتري ممدود قليلاً في الارتفاع. لذلك ، يتجاوز نصف قطرها الاستوائي القطب القطبي بحوالي 5 آلاف كيلومتر (71.5 ألف كيلومتر و 66.8 ألف كيلومتر ، على التوالي).
- يكون قطر كوكب المشتري أقرب ما يكون إلى الحد المسموح به للكواكب من هذا النوع من الهياكل. مع زيادة نظرية إضافية في الكوكب ، سيبدأ في الانكماش ، بينما سيبقى قطره دون تغيير تقريبًا. الذي لديها الآن.
سيؤدي هذا الانكماش إلى ظهور نجم جديد.
- في جو كوكب المشتري هناك إعصار عملاق متواصل - ما يسمى بقعة المشتري الحمراء(بسبب لونه عند ملاحظته). حجم هذه البقعة يتجاوز عدة أقطار من الأرض! من 15 إلى 30 ألف كيلومتر - تقريبًا هذه أبعادها (وقد تناقصت أيضًا مرتين خلال المائة عام الماضية).
- يحتوي الكوكب على 3 حلقات رفيعة جدًا وغير ظاهرة.
إنها تمطر الماس على المشتري.
- المشتري لديه أكبر عدد من الأقمار الصناعيةبين جميع كواكب المجموعة الشمسية - 67.
على أحد هذه الأقمار الصناعية ، يوروبا ، يوجد محيط عالمي يصل عمقه إلى 90 كيلومترًا. حجم المياه في هذا المحيط أكبر من حجم محيطات الأرض (على الرغم من أن القمر الصناعي أصغر بشكل ملحوظ من حجم الأرض). ربما توجد كائنات حية في هذا المحيط.
كوكب المشتري هو الكوكب الخامس من الشمس في النظام الشمسي. هذا كوكب عملاق. يبلغ قطر خط الاستواء لكوكب المشتري 11 ضعف قطر الأرض. كتلة كوكب المشتري تتجاوز كتلة الأرض بمقدار 318 مرة.
كوكب المشتري معروف للناس منذ العصور القديمة: مثل عطارد والزهرة والمريخ وزحل ، يمكن رؤيته في سماء الليل بالعين المجردة. عندما ، في نهاية القرن السادس عشر ، بدأت التلسكوبات غير الكاملة الأولى بالانتشار في أوروبا ، قرر العالم الإيطالي جاليليو جاليلي صنع مثل هذه الأداة لنفسه. كما خمن أنه يستخدمها لصالح علم الفلك. في عام 1610 ، رأى جاليليو من خلال تلسكوب "نجوم" صغيرة تدور حول المشتري. هذه الأقمار الأربعة التي اكتشفها جاليليو (أقمار جاليليو) كانت تسمى Io و Europa و Ganymede و Callisto.
حدد الرومان القدماء العديد من آلهتهم مع الإغريق. كوكب المشتري - الإله الروماني الأعلى مطابق للإله الأعلى لأوليمبوس - زيوس. أعطيت أقمار كوكب المشتري أسماء الشخصيات من بيئة زيوس. آيو هو أحد عشاقه العديدين. يوروبا هو فينيقي جميل اختطفه زيوس وتحوله إلى ثور عظيم. جانيميد هو حامل أكواب شاب وسيم يخدم زيوس. تحولت حورية كاليستو ، بدافع الغيرة ، زوجة زيوس ، هيرا ، إلى دب. وضعه زيوس في السماء على شكل كوكبة Ursa Major.
لما يقرب من ثلاثة قرون ، بقيت أقمار جاليليو فقط معروفة للعلم كأقمار صناعية لكوكب المشتري. في عام 1892 ، تم اكتشاف القمر الصناعي الخامس لكوكب المشتري ، أمالثيا. أمالثيا هي عنزة إلهية رعت زيوس بحليبها عندما أجبرت والدته على إيواء ابنها الوليد من غضب والده الإله كرونوس الجامح. أصبح قرن أمالثيا وفرة رائعة. بعد أمالثيا ، سقطت اكتشافات أقمار كوكب المشتري مثل الوفرة. يوجد حاليًا 63 قمراً معروفًا لكوكب المشتري.
لم يتم دراسة كوكب المشتري وأقماره فقط من قبل علماء من الأرض باستخدام الأساليب العلمية الحديثة ، ولكن تم أيضًا فحصهم من مسافة أقرب باستخدام المركبات الفضائية. اقتربت المحطة الأوتوماتيكية بين الكواكب الأمريكية "بايونير -10" لأول مرة من مسافة قريبة نسبيًا من كوكب المشتري في عام 1973 ، "بايونير -11" - بعد عام. في عام 1979 ، اقتربت المركبة الفضائية الأمريكية فوييجر 1 وفوييجر 2 من كوكب المشتري. في عام 2000 ، مرت محطة الكواكب الأوتوماتيكية "كاسيني" عبر كوكب المشتري ، حيث تنقل صورًا ومعلومات فريدة عن الكوكب وأقماره إلى الأرض. من عام 1995 إلى عام 2003 ، عملت مركبة الفضاء جاليليو ضمن نظام جوبيتر ، وكانت مهمتها دراسة كوكب المشتري وأقماره بالتفصيل. لم تساعد المركبة الفضائية في جمع كمية كبيرة من المعلومات حول كوكب المشتري وأقماره العديدة فحسب ، بل اكتشفت أيضًا حلقة حول المشتري ، تتكون من جزيئات صلبة صغيرة.
يمكن تقسيم سرب أقمار المشتري بالكامل إلى مجموعتين. أحدها داخلي (يقع بالقرب من كوكب المشتري) ، والذي يضم أربعة أقمار صناعية من الجليل وأمالثيا. كلهم ، باستثناء أمالثيا الصغيرة نسبيًا ، أجسام كونية كبيرة. يبلغ قطر أصغر أقمار غاليليو - يوروبا - حوالي 0.9 من قطر قمرنا. قطر أكبر - جانيميد 1.5 مرة قطر القمر. تتحرك كل هذه الأقمار الصناعية في مداراتها شبه الدائرية في مستوى خط استواء المشتري في اتجاه دوران الكوكب. مثل قمرنا ، يتم توجيه الأقمار الصناعية الجليل للمشتري دائمًا إلى كوكبهم من نفس الجانب: وقت ثورة كل قمر صناعي حول محوره وحول الكوكب هو نفسه. يعتقد معظم العلماء أن هذه الأقمار الخمسة للمشتري تشكلت جنبًا إلى جنب مع كوكبهم.
عدد كبير من الأقمار الصناعية الخارجية للمشتري هي أجسام كونية صغيرة. الأقمار الصناعية الخارجية في حركتها لا تلتزم بمستوى خط الاستواء المشتري. تدور معظم الأقمار الصناعية الخارجية حول المشتري في الاتجاه المعاكس لدوران الكوكب. على الأرجح ، كلهم "غرباء" في عالم المشتري. ربما تكون أجزاء من أجسام كونية كبيرة اصطدمت بالقرب من كوكب المشتري ، أو أحد الأسلاف التي تحطمت في مجال جاذبية قوي.
في الوقت الحاضر ، جمع العلماء قدرًا كبيرًا من المعلومات حول كوكب المشتري وأقماره ، وقد نقلت المركبات الفضائية إلى الأرض عددًا كبيرًا من الصور الملتقطة من مسافات قريبة نسبيًا. لكن الإحساس الحقيقي ، الذي حطم أفكار العلماء الموجودة سابقًا حول الأقمار الصناعية للكواكب ، كان حقيقة أن الانفجارات البركانية تحدث على القمر الصناعي للمشتري Io. تبرد الأجسام الكونية الصغيرة أثناء وجودها في الفضاء الخارجي ، ولا ينبغي أن تكون هناك درجة حرارة ضخمة ضرورية للحفاظ على النشاط البركاني في أعماقها.
آيو ليس مجرد جسم لا يزال يحتفظ ببعض آثار النشاط تحت السطحي ، ولكنه الجسم البركاني الأكثر نشاطًا في النظام الشمسي المعروف في الوقت الحاضر. يمكن اعتبار الانفجارات البركانية على Io شبه مستمرة. وهي في قوتها أكبر بكثير من ثوران البراكين الأرضية.
خصائص كوكب المشتري
ما يعطي "الحياة" لجسم كوني صغير ، والذي كان يجب أن يتحول إلى كتلة ميتة منذ زمن بعيد. يعتقد العلماء أن جسم الكوكب يتم تسخينه باستمرار بسبب الاحتكاك في الصخور التي تشكل القمر الصناعي ، تحت تأثير قوة الجاذبية الهائلة لكوكب المشتري وقوى الجذب من أوروبا وجانيميد. لكل ثورة ، يغير Io مداره مرتين ، متحركًا مسافة 10 كيلومترات باتجاه المشتري وبعيدًا عنه. من خلال الضغط وعدم الاختناق بشكل دوري ، يسخن جسم Io تمامًا مثل ارتفاع درجة حرارة السلك المثني.
إشراك الأطفال في الحقائق المعروفة والألغاز غير المكشوفة لكوكب المشتري وأفراد عائلته الكبيرة. يوفر الإنترنت فرصة لإرضاء الاهتمام بهذا الموضوع.
4.14. كوكب المشتري
4.14.1. الخصائص البدنية
|
|
كوكب المشتري (عملاق الغاز) هو خامس كوكب في المجموعة الشمسية.
نصف القطر الاستوائي: 71492 ± 4 كم ، نصف القطر القطبي: 66854 ± 10 كم.
الكتلة: 1.8986 × 1027 كجم أو 317.8 كتلة أرضية.
متوسط الكثافة: 1.326 جم / سم مكعب.
البياض الكروي لكوكب المشتري هو 0.54.
إن تدفق الحرارة الداخلية لكل وحدة مساحة من "سطح" المشتري يساوي تقريبًا التدفق الوارد من الشمس. في هذا الصدد ، يكون كوكب المشتري أقرب إلى النجوم منه إلى الكواكب الأرضية. ومع ذلك ، من الواضح أن مصدر الطاقة الداخلية لكوكب المشتري ليس التفاعلات النووية. يشع احتياطي الطاقة المتراكم أثناء الانكماش الثقالي للكوكب.
4.14.2. العناصر المدارية وميزات الحركة
يبلغ متوسط مسافة كوكب المشتري عن الشمس 778.55 مليون كيلومتر (5.204 AU). انحراف المدار هو e = 0.04877. تبلغ فترة الثورة حول الشمس 11.859 سنة (4331.572 يومًا) ؛ متوسط السرعة المدارية 13.07 كم / ث. ميل المدار إلى مستوى مسير الشمس هو 1.305 درجة. إمالة محور الدوران: 3.13 درجة. نظرًا لأن المستوى الاستوائي للكوكب قريب من مستوى مداره ، فلا توجد فصول على كوكب المشتري.
يدور كوكب المشتري أسرع من أي كوكب آخر في النظام الشمسي ، وتقل السرعة الزاوية للدوران من خط الاستواء إلى القطبين. فترة الدوران 9.925 ساعة. نظرًا للدوران السريع ، يكون الانضغاط القطبي للمشتري ملحوظًا للغاية: نصف القطر القطبي أقل بنسبة 6.5٪ من خط الاستواء.
كوكب المشتري لديه أكبر غلاف جوي بين كواكب المجموعة الشمسية ، والذي يمتد إلى عمق يزيد عن 5000 كم. نظرًا لأن المشتري ليس له سطح صلب ، فإن الحد الداخلي للغلاف الجوي يتوافق مع العمق الذي يكون فيه الضغط 10 بار (أي حوالي 10 ضغط جوي).
يتكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري بشكل أساسي من جزيئات الهيدروجين H 2 (حوالي 90٪) والهيليوم He (حوالي 10٪). يحتوي الغلاف الجوي أيضًا على مركبات جزيئية بسيطة: الماء ، والميثان ، وكبريتيد الهيدروجين ، والأمونيا ، والفوسفين ، إلخ. كما تم العثور على آثار لأبسط الهيدروكربونات - الإيثان والبنزين ومركبات أخرى.
الغلاف الجوي له هيكل مخطط واضح ، يتكون من مناطق ضوئية ومناطق مظلمة ، وهي نتيجة ظهور تيارات الحمل الحراري التي تحمل الحرارة الداخلية إلى السطح.
في منطقة المناطق الضوئية ، يوجد ضغط متزايد يقابل التدفقات الصاعدة. تقع الغيوم التي تشكل المناطق على مستوى أعلى ، ويبدو أن لونها الفاتح يرجع إلى زيادة تركيز الأمونيا NH 3 وهيدروسلفيد الأمونيوم NH 4 HS.
يُعتقد أن غيوم الحزام الداكن أدناه تحتوي على مركبات من الفوسفور والكبريت ، بالإضافة إلى بعض أبسط الهيدروكربونات. هذه المركبات عديمة اللون ، في ظل الظروف العادية ، نتيجة التعرض للأشعة فوق البنفسجية من الشمس ، تكتسب لونًا داكنًا. تتميز غيوم الحزام الداكن بدرجة حرارة أعلى من مناطق الضوء وهي مناطق تيارات هابطة. المناطق والأحزمة لها سرعات حركة مختلفة في اتجاه دوران كوكب المشتري.
|
كوكب المشتري في الأشعة تحت الحمراء |
عند حدود الأحزمة والمناطق ، حيث لوحظ اضطراب قوي ، تظهر هياكل دوامة ، وأبرز مثال على ذلك هو البقعة الحمراء العظيمة (GRS) - وهو إعصار عملاق في جو المشتري موجود منذ أكثر من 350 عامًا. يدور الغاز الموجود في BKP عكس اتجاه عقارب الساعة مع فترة دوران تبلغ حوالي 6 أيام أرضية. سرعة الرياح داخل البقعة تتجاوز 500 كم / ساعة. يبدو أن اللون البرتقالي الفاتح للبقعة مرتبط بوجود الكبريت والفوسفور في الغلاف الجوي.
كوكب المشتري هو أكبر كوكب
يبلغ طول BKP حوالي 30000 كم وعرضه 13000 كم (أكبر بكثير من الأرض). يتغير حجم البقعة باستمرار ، وهناك ميل لتقليصها ، حيث كان حجم البقعة البيضاء قبل 100 عام أكبر بحوالي مرتين. تتحرك البقعة بالتوازي مع خط استواء الكوكب.
4.14.4. الهيكل الداخلي
|
الهيكل الداخلي لكوكب المشتري |
يُفترض حاليًا أن كوكب المشتري له قلب صلب في مركزه ، يتبعه طبقة من الهيدروجين المعدني السائل بكمية صغيرة من الهيليوم ، وطبقة خارجية تتكون أساسًا من الهيدروجين الجزيئي. على الرغم من المفهوم العام المتشكل بشكل عام ، إلا أنه يحتوي على العديد من التفاصيل الغامضة وغير الواضحة.
لوصف اللب ، غالبًا ما يتم استخدام نموذج اللب الحجري للكوكب ، ومع ذلك ، لا يتم الوصول إلى خصائص المادة عند الضغوط الشديدة ودرجات الحرارة في اللب (على الأقل 3000-4500 جيجا باسكال و 36000 كلفن) ، ولا التكوين التفصيلي معروف. إن وجود نواة صلبة كتلتها من 12 إلى 45 كتلة أرضية (أو 3-15٪ من كتلة كوكب المشتري) يتبع من قياسات مجال جاذبية المشتري. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جنين المشتري البدائي الصلب (الجليد أو الحجر) من أجل التراكم اللاحق للهيدروجين الخفيف والهيليوم هو عنصر ضروري في النماذج الحديثة لأصل أنظمة الكواكب (انظر القسم 4.6).
النواة محاطة بطبقة من الهيدروجين المعدني مع خليط من الهيليوم والنيون مكثف في قطرات. تمتد هذه القشرة على ما يزيد عن 78٪ من نصف قطر الكوكب. لتحقيق حالة الهيدروجين المعدني السائل ، من الضروري (وفقًا للتقديرات) أن يكون لديك ضغط لا يقل عن 200 جيجا باسكال ودرجة حرارة تبلغ حوالي 10000 كلفن.
فوق طبقة الهيدروجين المعدني توجد قشرة تتكون من غاز-سائل (في حالة فوق الحرجة) هيدروجين مع خليط من الهيليوم. يمر الجزء العلوي من هذه القشرة بسلاسة إلى الطبقة الخارجية - الغلاف الجوي لكوكب المشتري.
في إطار هذا النموذج البسيط ثلاثي الطبقات ، لا توجد حدود واضحة بين الطبقات الرئيسية ، ومع ذلك ، فإن مناطق انتقال الطور لها أيضًا سمك صغير. لذلك ، يمكن افتراض أن جميع العمليات تقريبًا مترجمة ، مما يجعل من الممكن النظر في كل طبقة على حدة.
كوكب المشتري لديه مجال مغناطيسي قوي. تبلغ شدة المجال عند مستوى السطح المرئي للسحب 14 درجة عند القطب الشمالي و 10.7 درجة في الجنوب. يميل محور ثنائي القطب إلى محور الدوران بمقدار 10 درجات ، والقطبية هي عكس قطبية المجال المغناطيسي للأرض. يفسر وجود مجال مغناطيسي من خلال وجود الهيدروجين المعدني في أحشاء كوكب المشتري ، والذي ، كونه موصلًا جيدًا ، يدور بسرعة عالية ، فإنه يخلق مجالات مغناطيسية.
كوكب المشتري محاط بغلاف مغناطيسي قوي ، والذي يمتد على جانب النهار إلى مسافة 50-100 نصف قطر كوكبي ، وعلى الجانب الليلي يمتد إلى ما وراء مدار زحل. إذا أمكن رؤية الغلاف المغناطيسي للمشتري من على سطح الأرض ، فإن أبعاده الزاوية ستتجاوز أبعاد القمر.
بالمقارنة مع الغلاف المغناطيسي للأرض ، فإن الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري ليس كبيرًا وقويًا فحسب ، بل له أيضًا شكل مختلف قليلاً ، وقد أظهر ، إلى جانب ثنائي القطب ، مكونات رباعية وثنائية الأقطاب. يرجع شكل الغلاف المغناطيسي للمشتري إلى عاملين إضافيين غائبين في حالة الأرض - الدوران السريع للمشتري ووجود مصدر قريب وقوي من بلازما الغلاف المغناطيسي - القمر الصناعي للمشتري Io.
|
كوكب المشتري في الراديو |
بفضل النشاط البركاني ، يقع Io على مسافة حوالي 4.9RJ فقط من الطبقة العليا للكوكب ، كل ثانية تزود ما يصل إلى 1 طن من الغاز الطبيعي الغني بالكبريت وثاني أكسيد الكبريت والأكسجين والصوديوم إلى الغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري. يتأين هذا الغاز جزئيًا ويشكل طارة بلازما بالقرب من مدار أيو.
نتيجة للعمل المشترك للدوران السريع والتكوين داخل الغلاف المغناطيسي للبلازما ، يتم إنشاء مصدر إضافي للحقل المغناطيسي - القرص المغناطيسي للمشتري. تتركز البلازما في قلب الغلاف المغناطيسي في منطقة خطوط العرض المنخفضة ، مكونة قرصًا مغناطيسيًا - ورقة تيار رقيقة ، التيار السمتي الذي يتناقص فيه بما يتناسب مع المسافة من الكوكب. يصل إجمالي التيار في القرص المغناطيسي إلى حوالي 100 مليون أمبير.
تعد الإلكترونات التي تتحرك في أحزمة إشعاع المشتري مصدرًا قويًا للإشعاع السنكروتروني غير المترابط من الغلاف المغناطيسي في النطاق الراديوي.
4.14.6. الخصائص العامة للأقمار الصناعية وحلقات كوكب المشتري
من المعروف حاليًا أن كوكب المشتري يمتلك 63 قمراً طبيعياً ونظام حلقات. تنقسم جميع الأقمار الصناعية إلى فئتين: منتظمة وغير منتظمة.
تدور ثمانية أقمار صناعية منتظمة حول المشتري في اتجاه دورانه في مدارات دائرية تقريبًا. الأقمار الصناعية العادية ، بدورها ، مقسمة إلى داخلية (أقمار صناعية لمجموعة أمالثيا) وأخرى رئيسية (أو جليلية).
الصحابة الراعي.الأقمار الداخلية الأربعة لكوكب المشتري - Metis (60 × 40 × 34 كم) ، Adrastea (20 × 16 × 14 كم) ، أمالثيا (250 × 146 × 128 كم) وطيبة (116 × 98 × 84 كم) - لها شكل غير منتظم تشكيل ولعب دور ما يسمى. الراعي الأقمار التي تمنع حلقات المشتري من الانهيار.
حلقات كوكب المشتري.كوكب المشتري له حلقات خافتة على ارتفاع 55000 كيلومتر من الغلاف الجوي. هناك حلقتان رئيسيتان وواحدة داخلية رفيعة للغاية ، ذات لون برتقالي مميز. يبلغ نصف قطر الجزء الرئيسي من الحلقات 123-129 ألف كيلومتر. سمك الحلقات حوالي 30 كيلو متر. بالنسبة للمراقب الأرضي ، يتم تشغيل الحلقات دائمًا تقريبًا ، وهذا هو سبب عدم ملاحظتها لفترة طويلة. تتكون الحلقات نفسها بشكل أساسي من جزيئات الغبار والحجر الصغيرة التي تعكس أشعة الشمس بشكل سيئ ، وبالتالي يصعب تمييزها.
الأقمار الصناعية الجليل.تعد أقمار كوكب المشتري الأربعة (Io و Europa و Ganymede و Callisto) من أكبر الأقمار في النظام الشمسي. الكتلة الإجمالية لأقمار جاليليو هي 99.999٪ من جميع الأجسام التي تدور حول كوكب المشتري (لمزيد من التفاصيل حول أقمار جاليليو ، انظر لاحقًا في القسم 4.14.7).
أقمار صناعية غير منتظمة.من المعتاد استدعاء مثل هذه الأقمار الصناعية غير المنتظمة التي تحتوي مداراتها على انحرافات كبيرة ؛ أو الأقمار الصناعية التي تدور في الاتجاه المعاكس ؛ أو الأقمار الصناعية التي تتميز مداراتها بميل كبير إلى المستوى الاستوائي. الأقمار الصناعية غير المنتظمة هي ، على ما يبدو ، كويكبات تم التقاطها من بين "أحصنة طروادة" أو "الإغريق".
الأقمار الصناعية غير المنتظمة التي تدور حول المشتري في اتجاه دورانه:
Themisto (لا يشكل عائلة) ؛
مجموعة الهيمالايا (Leda، Himalia، Lysitia، Elara، S / 2000 J 11) ؛
كاربو (لا يشكل عائلة).
أقمار صناعية غير منتظمة تدور حول المشتري في الاتجاه المعاكس:
S / 2003 J 12 (لا تشكل أسرة) ؛
مجموعة Carme (13 قمرا صناعيا) ؛
مجموعة Ananke (16 قمرا صناعيا) ؛
مجموعة Pasiphe (17 قمرا صناعيا) ؛
S / 2003 J 2 (لا تشكل عائلة).
4.14.7. الأقمار الصناعية الجليل: Io و Europa و Ganymede و Callisto
تم اكتشاف أقمار جاليليو لكوكب المشتري (آيو ، وأوروبا ، وجانيميد ، وكاليستو) من قبل جاليليو جاليلي (الذي سميت باسمهم) في 8 يناير 1610.
تدور الأقمار الصناعية الجليل بشكل متزامن وتواجه المشتري دائمًا بنفس الجانب (أي أنها تدور في مدار رنين 1: 1) بسبب تأثير قوى المد والجزر القوية للكوكب العملاق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن Io و Europa و Ganymede في صدى مداري - ترتبط فتراتهم المدارية بـ 1: 2: 4. لوحظ استقرار الأصداء المدارية للأقمار الصناعية الجليل منذ لحظة الاكتشاف ، أي لمدة 400 سنة أرضية وأكثر من 20 ألف سنة "ساتل" (غانيميد) (فترة ثورة غانيميد هي 7.155 يوم أرضي).
وعن(متوسط القطر - 3640 كم ، الكتلة - 8.93 × 10 22 كجم أو 0.015 كتلة أرضية ، متوسط الكثافة - 3.528 جم / سم 3) أقرب من سواتل غاليليو الأخرى إلى المشتري (في المتوسط على مسافة 4.9R J من سطحه) من ، على ما يبدو ، وبسبب نشاطه البركاني - الأعلى في النظام الشمسي. في الوقت نفسه ، يمكن أن يثور أكثر من 10 براكين على سطح آيو. نتيجة لذلك ، تغيرت تضاريس آيو تمامًا في غضون بضع مئات من السنين. أكبر ثورات البراكين الأيونية تقذف المادة بسرعة 1 كم / ثانية إلى ارتفاع يصل إلى 300 كم. مثل البراكين الأرضية ، تنبعث البراكين على آيو من الكبريت وثاني أكسيد الكبريت. وتغيب الفوهات المؤثرة على آيو عمليًا ، حيث يتم تدميرها من خلال الانفجارات المستمرة وتدفق الحمم البركانية. بالإضافة إلى البراكين ، يوجد في آيو جبال غير بركانية وبحيرات من الكبريت المنصهر وتتدفق الحمم البركانية اللزجة بطول مئات الكيلومترات. على عكس أقمار غاليليو الأخرى ، ليس لدى آيو ماء أو جليد.
أوروبا(القطر - 3122 كم ، الكتلة - 4.80 × 10 22 كجم أو 0.008 كتلة أرضية ، متوسط الكثافة - 3.01 جم / سم 3) يقع في المتوسط على مسافة 8.4R J من سطح كوكب المشتري. يوروبا مغطاة بالكامل بطبقة من الماء يفترض أن سمكها حوالي 100 كيلومتر (جزئيًا على شكل قشرة سطحية جليدية بسمك 10-30 كيلومترًا ؛ جزئيًا ، كما يعتقد ، على شكل محيط سائل تحت السطح). علاوة على ذلك ، تكمن الصخور ، ويفترض أن يوجد قلب معدني صغير في الوسط. يصل عمق المحيط إلى 90 كم ، وحجمه يتجاوز حجم محيط العالم على الأرض. من المفترض أن الحرارة اللازمة لإبقائه في حالة سائلة ناتجة عن تفاعلات المد والجزر (على وجه الخصوص ، يؤدي المد والجزر إلى رفع سطح القمر الصناعي إلى ارتفاع يصل إلى 30 مترًا). سطح يوروبا مسطح للغاية ، مع وجود عدد قليل من التكوينات الشبيهة بالتلال التي يبلغ ارتفاعها عدة مئات من الأمتار. يشير البياض المرتفع (0.67) للقمر الصناعي إلى أن الجليد السطحي نظيف إلى حد ما. عدد الحفر صغير ، لا يوجد سوى ثلاث حفر يزيد قطرها عن 5 كيلومترات.
يتسبب المجال المغناطيسي القوي لكوكب المشتري في حدوث تيارات كهربائية في المحيط المالح لأوروبا ، والذي يشكل مجاله المغناطيسي غير المعتاد.
تقع الأقطاب المغناطيسية بالقرب من خط الاستواء للقمر الصناعي وتتحرك باستمرار. ترتبط التغييرات في قوة واتجاه المجال بمرور أوروبا عبر المجال المغناطيسي للمشتري. من المفترض أن الحياة يمكن أن توجد في محيط أوروبا.
هناك نوعان أساسيان من المناطق على سطح غانيميد: مناطق مظلمة قديمة جدًا ومليئة بالفوهات ومناطق ضوئية "شابة" (لكنها لا تزال قديمة) تتميز بصفوف ممتدة من التلال والمنخفضات. من الواضح أن أصل مناطق الضوء مرتبط بالعمليات التكتونية. تم العثور على العديد من الفوهات الصدمية على كلا النوعين من سطح جانيميد ، مما يشير إلى العصور القديمة - ما يصل إلى 3-3.5 مليار سنة (مثل سطح القمر).
كاليستو(القطر - 4821 كم ، الكتلة - 1.08 × 10 23 كجم أو 0.018 كتلة أرضية ، متوسط الكثافة - 1.83 جم / سم 3) يقع في المتوسط على مسافة 25.3R J من سطح كوكب المشتري. كاليستو هي واحدة من أكثر الأجسام فوهات في النظام الشمسي. وبالتالي ، فإن سطح القمر الصناعي قديم جدًا (حوالي 4 مليارات سنة) ، ونشاطه الجيولوجي منخفض للغاية. تمتلك كاليستو أقل كثافة من بين جميع الأقمار الصناعية في جاليليو (هناك اتجاه: كلما كان القمر الصناعي بعيدًا عن المشتري ، قلت كثافته) ويتكون على الأرجح من 60٪ من الجليد والماء و 40٪ من الصخور والحديد. من المفترض أن كاليستو مغطى بقشرة جليدية بسمك 200 كيلومتر ، تحتها طبقة من الماء يبلغ سمكها حوالي 10 كيلومترات. يبدو أن الطبقات العميقة تتكون من صخور وجليد مضغوط ، مع زيادة تدريجية في الصخور والحديد باتجاه المركز.
أدبيات إضافية:
ت. أوين ، س. أتريا ، هـ. نيمان. "التخمين المفاجئ": النتائج الأولى لسبر الغلاف الجوي لتيتان بواسطة المركبة الفضائية "Huygens"
البيانات الأساسية
| شيء | نصف القطر مدارات ، مليون كيلومتر وصف قصير كوكب المشتري |
المداري فترة التداول |
نصف القطر ، ألف كم | الوزن ، كجم | فترة التداول حول محوره ، أيام |
تسارع السقوط الحر ، ز | درجة حرارة السطح ، ك |
| الشمس | — | — | 695 | 2*10^30 | 24,6 | ||
| الزئبق | 58 | 88 يومًا | 2,4 | 3,3*10^23 | 58,6 | 0,38 | 440 |
| كوكب الزهرة | 108 | 225 يوم | 6,1 | 4,9*10^24 | 243 (أر) | 0,91 | 730 |
| أرض | 150 | 365 يوما | 6,4 | 6*10^24 | 1 | 1 | 287 |
| كوكب المريخ | 228 | 687 يومًا | 3,4 | 6,4*10^23 | 1,03 | 0,38 | 218 |
| كوكب المشتري | 778 | 12 سنة | 71 | 1,9*10^27 | 0,41 | 2,4 | 120 |
| زحل | 1429 | 29 سنة | 60 | 5,7*10^26 | 0,45 | 0,92 | 88 |
| أورانوس | 2871 | 84 سنة | 26 | 8,7*10^25 | 0.72 (عينة) | 0,89 | 59 |
| نبتون | 4504 | 165 سنة | 25 | 1,0*10^26 | 0,67 | 1,1 | 48 |
أكبر أقمار الكواكب
| شيء | نصف القطر مدارات ، ألف كيلومتر. |
المداري فترة التداول ، أيام |
نصف القطر ، كم | الوزن ، كجم | تدور حول |
| gannymede | 1070 | 7,2 | 2634 | 1,5*10^23 | كوكب المشتري |
| التيتانيوم | 1222 | 16 | 2575 | 1,4*10^23 | زحل |
| كاليستو | 1883 | 16,7 | 2403 | 1,1*10^23 | كوكب المشتري |
| وعن | 422 | 1,8 | 1821 | 8,9*10^22 | كوكب المشتري |
| قمر | 384 | 27,3 | 1738 | 7,4*10^22 | أرض |
| أوروبا | 671 | 3,6 | 1565 | 4,8*10^22 | كوكب المشتري |
| تريتون | 355 | 5.9 (أر) | 1353 | 2,2*10^22 | نبتون |
آر - يدور في الاتجاه المعاكس للمدار
كوكب المشتري هو أكبر كوكب في المجموعة الشمسية ، ويبلغ قطره 11 مرة قطر الأرض ، وكتلته 318 ضعف كتلة الأرض. يستغرق مدار كوكب المشتري حول الشمس 12 عامًا ، بينما يبلغ متوسط المسافة إلى الشمس 800 مليون كيلومتر. تجعل أحزمة السحب في الغلاف الجوي والبقعة الحمراء العظيمة كوكب المشتري كوكبًا خلابًا للغاية.
كوكب المشتري ليس كوكبًا صلبًا. على عكس الكواكب الأربعة الأقرب إلى الشمس ، فإن كوكب المشتري عبارة عن كرة ضخمة من الغاز. هناك ثلاثة عمالقة غازية أخرى بعيدة عن الشمس: زحل وأورانوس ونبتون. في تركيبها الكيميائي ، هذه الكواكب الغازية مشابهة جدًا للشمس ومختلفة جدًا عن الكواكب الصلبة الداخلية للنظام الشمسي. الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، على سبيل المثال ، يتكون من 85٪ هيدروجين وحوالي 14٪ هيليوم. على الرغم من أننا لا نستطيع رؤية أي سطح صخري صلب من خلال سحب المشتري ، إلا أنه يقع في أعماق الكوكب ، إلا أن الهيدروجين يتعرض لضغط لدرجة أنه يكتسب بعض خصائص المعدن.
يدور كوكب المشتري حول محوره بسرعة كبيرة - يقوم بثورة واحدة في غضون 10 ساعات. سرعة الدوران عالية جدًا بحيث ينتفخ الكوكب على طول خط الاستواء. هذا الدوران السريع هو أيضًا سبب رياح قوية جدًا في الغلاف الجوي العلوي ، حيث تتمدد الغيوم في شرائط ملونة طويلة. تدور أجزاء مختلفة من الغلاف الجوي بسرعات مختلفة قليلاً ، وهذا الاختلاف هو الذي يؤدي إلى نشوء نطاقات السحب. الغيوم فوق كوكب المشتري غير متجانسة وعاصفة ، لذلك يمكن أن يتغير مظهر العصابات السحابية في غضون أيام قليلة. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد في سحب كوكب المشتري عدد كبير جدًا من الدوامات والبقع الكبيرة. أكبرها هو ما يسمى بالنقطة الحمراء العظيمة ، وهي أكبر من الأرض. يمكن رؤيته حتى من خلال تلسكوب صغير. البقعة الحمراء العظيمة هي عاصفة ضخمة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري تمت ملاحظتها لمدة 300 عام. هناك ما لا يقل عن 16 قمراً يدور حول كوكب المشتري. واحد من
هم ، أكبر قمر صناعي ونظامنا الشمسي ؛ إنه أكبر من كوكب عطارد.
سافر إلى كوكب المشتري
تم بالفعل إرسال خمس سفن فضاء إلى كوكب المشتري. تم إرسال خامسهم ، جاليليو ، في رحلة مدتها ست سنوات في أكتوبر 1989. قامت المركبتان الفضائيتان بايونير 10 وبايونير 11 بأول القياسات. تبعتهما المركبتان الفضائيتان فوييجر ، اللتان التقطتا في عام 1979 صورًا عن قرب لالتقاط الأنفاس. بعد عام 1991 ، تم تصوير كوكب المشتري بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، وهذه الصور ليست أقل جودة من تلك التي التقطها فوييجر. بالإضافة إلى ذلك ، سوف يلتقط تلسكوب هابل الفضائي صورًا لعدة سنوات ، بينما لم يكن لدى فوييجر سوى فترة قصيرة من الوقت أثناء تحليقهما فوق كوكب المشتري.
سحب الغازات السامة
تسمى النطاقات الداكنة ذات اللون الأحمر على كوكب المشتري بالأحزمة ، بينما تسمى العصابات الأخف مناطق. الصور التي التقطتها المركبات الفضائية وتلسكوب هابل الفضائي ترتعش ، في غضون أسابيع قليلة فقط ، تحدث تغيرات ملحوظة في الأحزمة والأرداف. هذا يرجع إلى حقيقة أن السمات المميزة للمشتري التي نراها هي في الواقع غيوم ملونة وغيوم بيضاء في الغلاف الجوي العلوي. بالقرب من البقعة الحمراء العظيمة ، تشكل الغيوم أنماطًا جميلة مع دوامات وأمواج. السحب التي تدور في دوامات تتطاير على طول الحزم بفعل أقوى رياح تتجاوز سرعتها 500 كم / ساعة.
سيكون الكثير من الغلاف الجوي لكوكب المشتري قاتلاً للبشر. بالإضافة إلى الغازات السائدة ، الهيدروجين والهيليوم ، فإنه يحتوي أيضًا على الميثان والأمونيا السامة وبخار الماء والأسيتيلين. سوف تجد مثل هذا المكان كريه الرائحة. يشبه تكوين الغاز هذا الشمس.
تحتوي الغيوم البيضاء على بلورات من الأمونيا المجمدة والجليد المائي. قد تدين الغيوم ذات اللون البني والأحمر والأزرق بألوانها إلى مواد كيميائية مثل الأصباغ أو الكبريت. يمكن رؤية الصواعق من خلال الطبقات الخارجية للغلاف الجوي.
طبقة السحابة النشطة رقيقة جدًا ، فهي أقل من جزء من مائة من نصف قطر الكوكب. تحت الغيوم ترتفع درجة الحرارة تدريجياً. وعلى الرغم من أن درجة الحرارة تبلغ -160 درجة مئوية على سطح طبقة السحب ، بعد أن نزلت عبر الغلاف الجوي 60 كم فقط ، فإننا سنجد نفس درجة الحرارة على سطح الأرض. وأعمق قليلاً ، تصل درجة الحرارة بالفعل إلى نقطة غليان الماء.
مادة غير عادية
في أعماق كوكب المشتري ، تبدأ المادة في حمل نفسها بطريقة غير عادية للغاية. على الرغم من أنه لا يمكن استبعاد وجود قلب حديدي صغير في وسط الكوكب ، إلا أن الجزء الأكبر من المنطقة العميقة يتكون من الهيدروجين. داخل الكوكب ، تحت ضغط هائل ، يتحول الهيدروجين من الغاز إلى سائل. في المستويات الأعمق والأعمق ، يستمر الضغط في المحاولة بسبب الوزن الهائل للطبقات العليا من الغلاف الجوي.
على عمق حوالي 100 كيلومتر يوجد محيط لا حدود له من الهيدروجين السائل. تحت 17000 كم ، يتم ضغط الهيدروجين بشدة بحيث يتم تدمير ذراته. وبعد ذلك يبدأ في التصرف مثل المعدن. في هذه الحالة ، توصل الكهرباء بسهولة. يخلق التيار الكهربائي المتدفق في الهيدروجين المعدني مجالًا مغناطيسيًا قويًا حول المشتري.
يعتبر الهيدروجين المعدني وأعماق كوكب المشتري مثالاً على نوع غير عادي من المادة التي يمكن لعلماء الفلك دراستها ، والتي يكاد يكون من المستحيل إعادة إنتاجها في ظروف معملية.
تقريبا نجم
يطلق كوكب المشتري طاقة أكثر مما يتلقاه من الشمس. أظهرت قياسات المركبات الفضائية أن كوكب المشتري يشع طاقة حرارية تزيد بنسبة 60 بالمائة عن تلك التي يتلقاها من الإشعاع الشمسي.
يُعتقد أن الحرارة الإضافية تأتي من ثلاثة مصادر: من احتياطيات الحرارة المتبقية من وقت تكوين كوكب المشتري ؛ حمأة الطاقة المنبعثة وعملية الانكماش البطيء وتقلص الكوكب ؛ وأخيراً من طاقة الاضمحلال الإشعاعي.
كوكب المشتري
ومع ذلك ، لا تنتج هذه الحرارة عن توقف تحويل الهيدروجين إلى هيليوم ، كما يحدث في النجوم. في الواقع ، حتى أصغر النجوم التي تستخدم طاقة مثل هذا الإنهاء تكون أكبر بنحو 80 مرة من كوكب المشتري. وهذا يعني أنه في "الأنظمة الشمسية" الأخرى قد توجد كواكب أكبر من كوكب المشتري ، على الرغم من أنها أصغر من النجم.
محطة راديو جوبيتر
كوكب المشتري هو محطة راديو طبيعية. لا يمكن استخلاص أي معنى من إشارات الراديو الخاصة بالمشتري ، لأنها تتكون بالكامل من الضوضاء. يتم إنشاء هذه الإشارات الراديوية عن طريق الإلكترونات التي تنطلق عبر المجال المغناطيسي القوي للمشتري. يتم فرض العواصف القوية والصواعق على قعقعة راديو فوضوية. كوكب المشتري له مجال مغناطيسي قوي يمتد 50 قطر كوكب في جميع الاتجاهات. لا يوجد كوكب آخر في النظام الشمسي لديه مثل هذه المغناطيسية القوية ولا ينتج مثل هذا الانبعاث الراديوي القوي.
أقمار كوكب المشتري
عائلة المشتري المكونة من 16 قمرًا هي ، كما كانت ، نظامًا شمسيًا في صورة مصغرة ، حيث يلعب المشتري دور الشمس ، وتلعب عدساته المكبرة دور الكواكب. أكبر قمر هو جانيميد ، قطره 5262 كم. وهي مغطاة بقشرة سميكة من الجليد تغطي نواة صخرية. هناك العديد من الآثار لقصف النيازك ، بالإضافة إلى أدلة على اصطدامه بكويكب عملاق قبل 4 مليارات سنة.
يبلغ حجم كاليستو حجم غانيميد تقريبًا ، وسطحه بالكامل مليء بالحفر. أوروبا لديها أخف سطح. يتكون خُمس أوروبا من المياه ، والتي تشكل قشرة جليدية بسمك 100 كيلومتر عليها. تعكس هذه الطبقة الجليدية الضوء بقوة سحب كوكب الزهرة.
من بين جميع الحلقات ، فإن أكثر الحلقات جمالًا هو Io ، والذي يدور بالقرب من كوكب المشتري. Cyst Io غير عادي تمامًا - إنه مزيج من الأسود والأحمر والأصفر. يرجع هذا اللون المذهل إلى حقيقة أن كمية كبيرة من الكبريت اندلعت من أعماق آيو. أظهرت كاميرات Voyager عدة براكين نشطة على Io ؛ يقومون بإلقاء نوافير كبريتية تصل إلى 200 كيلومتر فوق السطح. تتطاير حمم الكبريت بسرعة 1000 متر في الثانية. تهرب بعض مادة الحمم البركانية هذه من نقطة جاذبية أيو وتشكل حلقة تحيط بالمشتري.
سطح Io أرضي. يمكننا أن نعد بهذا لأن هناك ملاحظات تقريبًا عن حفر نيزكي عليها. يقع مدار آيو على بعد أقل من 400000 كيلومتر من كوكب المشتري. لذلك ، آيو يتعرض لقوى المد والجزر الهائلة. يولد التناوب المستمر للمد والجزر الشد والضغط داخل Io احتكاكًا داخليًا شديدًا. نتيجة لذلك ، تظل المناطق الداخلية حارة وذابة ، على الرغم من المسافة الهائلة لأيو من الشمس.
بالإضافة إلى الأقمار الأربعة الكبيرة ، يحتوي كوكب المشتري أيضًا على "حلقات" صغيرة. أربعة منها تحلق فوق سطح المشتري أقل من آيو ، ويعتقد العلماء أنها مجرد أجزاء كبيرة من أقمار أخرى لم تعد موجودة.
كوكب المشتري هو أكبر كوكب. يبلغ قطر الكوكب 11 ضعف قطر الأرض ويبلغ 142.718 كم.
حول كوكب المشتري هناك حلقة رقيقة تحيط به. كثافة الحلقة صغيرة جدًا ، لذا فهي غير مرئية (مثل زحل).
فترة دوران المشتري حول محوره 9 ساعات و 55 دقيقة. في الوقت نفسه ، تتحرك كل نقطة على خط الاستواء بسرعة 45000 كم / ساعة.
نظرًا لأن كوكب المشتري ليس كرة صلبة ، ولكنه يتكون من غاز وسائل ، فإن أجزائه الاستوائية تدور بشكل أسرع من المناطق القطبية. يكون محور دوران كوكب المشتري عموديًا تقريبًا على مداره ، لذلك يتم التعبير عن تغير الفصول على الكوكب بشكل ضعيف.
كتلة كوكب المشتري تتجاوز بكثير كتلة جميع الكواكب الأخرى في النظام الشمسي مجتمعة ، وهي 1.9. 10 27 كجم في هذه الحالة ، يبلغ متوسط كثافة كوكب المشتري 0.24 من متوسط كثافة الأرض.
الخصائص العامة لكوكب المشتري
جو كوكب المشتري
جو كوكب المشتري كثيف جدًا. يتكون من الهيدروجين (89٪) والهيليوم (11٪) ، ويشبهان الشمس في التركيب الكيميائي (الشكل 1). طوله 6000 كم. جو اللون البرتقالي
إعطاء مركبات الفوسفور أو الكبريت. بالنسبة للناس ، فهو قاتل لاحتوائه على الأمونيا السامة والأسيتيلين.
تدور أجزاء مختلفة من الغلاف الجوي للكوكب بسرعات مختلفة. أدى هذا الاختلاف إلى ظهور أحزمة من السحب ، يحتوي كوكب المشتري على ثلاثة منها: فوق - سحب من الأمونيا الجليدية ؛ تحتها بلورات من كبريتيد هيدروجين الأمونيوم والميثان ، وفي الطبقة الدنيا - جليد الماء ، وربما الماء السائل. درجة حرارة السحب العلوية 130 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك ، يمتلك المشتري هالة من الهيدروجين والهيليوم. تصل سرعة الرياح على كوكب المشتري إلى 500 كم / ساعة.
معلم كوكب المشتري هو البقعة الحمراء العظيمة ، والتي تمت ملاحظتها منذ 300 عام. تم اكتشافه في عام 1664 من قبل عالم الطبيعة الإنجليزي روبرت هوك(1635-1703). يبلغ طوله الآن 25 ألف كيلومتر ، وقبل 100 عام كان نحو 50 ألف كيلومتر. تم وصف هذه البقعة لأول مرة في عام 1878 ورسمت قبل 300 عام. يبدو أنها تعيش حياتها الخاصة - إنها تتوسع ، ثم تتقلص. يتغير لونه أيضًا.
اكتشف المجسات الأمريكية Pioneer 10 و Pioneer 11 و Voyager 1 و Voyager 2 ، أن موقع Galileo ليس له سطح صلب ، فهو يدور مثل الإعصار في الغلاف الجوي للأرض. يُعتقد أن البقعة الحمراء العظيمة ظاهرة في الغلاف الجوي ، وربما تكون قمة إعصار مستعر في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. تم العثور على بقعة بيضاء أكبر من 10000 كيلومتر في الغلاف الجوي لكوكب المشتري.
اعتبارًا من 1 مارس 2009 ، يمتلك كوكب المشتري 63 قمراً صناعياً معروفاً. أكبرها لا ويوروبا بحجم عطارد. يتم توجيههم دائمًا إلى كوكب المشتري من جانب واحد ، مثل القمر إلى الأرض. تسمى هذه الأقمار الصناعية بـ Galilean ، حيث تم اكتشافها لأول مرة بواسطة فيزيائي وميكانيكي وعالم فلك إيطالي. جاليليو جاليلي(1564-1642) عام 1610 ، يختبر تلسكوبه. آيو لديه براكين نشطة.
أرز. 1. تكوين الغلاف الجوي لكوكب المشتري
إن الأقمار العشرين الخارجية لكوكب المشتري بعيدة جدًا عن الكوكب لدرجة أنها غير مرئية من سطحه إلى العين المجردة ، ويبدو كوكب المشتري في السماء من أبعدها أصغر من القمر.
دخل المشتري المسبار من مركبة جاليليو الفضائية. حصل المسبار على بيانات مهمة عن بنية الطبقة السحابية للمشتري والتركيب الكيميائي لغلافه الجوي. يتكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري بشكل أساسي من الهيدروجين والهيليوم. علاوة على ذلك ، تبين أن الهيليوم أقل بشكل ملحوظ مما كان عليه في التكوين الأساسي للشمس. ويفسر ذلك حقيقة أن الهيليوم ، باعتباره أثقل ، يترسب في الطبقات السفلية من الغلاف الجوي. 1٪ فقط من الكتلة تبقى على حصة العناصر المتبقية. تبين أن الكربون والكبريت يزيدان بمقدار 2-3 مرات عن تكوين الشمس. تظهر نتائج جاليليو أن درجة حرارة كوكب المشتري تبدو على الأقل 20000 كلفن.
شرائط
أوروبا
لفتت الصور الأولى من فوييجر الانتباه بالفعل إلى يوروبا ، قمر كوكب المشتري. تم العثور على شبكة كثيفة من الخطوط المتقاطعة في أوروبا. أظهرت دراسة أكثر تفصيلاً لسطح يوروبا ، أجراها بشكل خاص AMS Galileo ، أن سطح يوروبا عبارة عن صفيحة جليدية عملاقة تكسرها العديد من الشقوق. سمك الغطاء لا يزال غير معروف. وبحسب تقديرات مختلفة فهي تتراوح بين 10 و 20 كلم. صحيح ، في الآونة الأخيرة كان يعتقد أن سمك الغطاء الجليدي أقل بكثير.
قبل بضع سنوات ، تم اكتشاف أن كتل جليدية ضخمة كانت تتحرك في الشقوق ، وهو ما تم تفسيره على أنه علامة على وجود الماء السائل في أوروبا. وجود الماء السائل شرط ضروري لوجود الحياة. ومع ذلك ، لا توجد دراسات يمكن أن تؤكد أو تدحض هذا الافتراض ممكنة حاليًا.
طبقات السحابة:عندما يصل ضغط الغلاف الجوي للمشتري إلى ضغط الغلاف الجوي للأرض ، سنتوقف وننظر حولنا. أعلاه يمكنك أن ترى السماء الزرقاء المعتادة ، السحب البيضاء السميكة من الأمونيا المكثفة تدور حولها. رائحته كريهة للبشر ، لذلك لا يستحق بث نقطة ملاحظتنا ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يكون الجو باردًا في الخارج: - 100 درجة مئوية.
يشير اللون المحمر لجزء من سحب المشتري إلى وجود العديد من المركبات الكيميائية المعقدة. يتم بدء مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية في الغلاف الجوي عن طريق الأشعة فوق البنفسجية الشمسية ، وتصريفات البرق القوية (يجب أن تكون العاصفة الرعدية على المشتري مشهداً مذهلاً!) ، فضلاً عن الحرارة القادمة من باطن الكوكب. يحتوي الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، بالإضافة إلى الهيدروجين (81٪) وجزء صغير من الهيليوم (18٪) ، على كميات صغيرة من الميثان والأمونيا وبخار الماء. كما عثر العلماء على آثار للأسيتيلين ، والإيثان ، وأول أكسيد الكربون ، وحمض الهيدروسيانيك ، وهيدريد الجرمانيوم ، والفوسفين ، والبروبان. من الصعب اختيار المتنافسين الرئيسيين لدور الصبغة البرتقالية في الغلاف الجوي من هذه "العصيدة" الكيميائية: يمكن أن تكون الفوسفور أو الكبريت أو المركبات العضوية.
تتكون الطبقة التالية من الغيوم من بلورات حمراء بنية من هيدرو كبريتيد الأمونيوم عند درجة حرارة -10 درجة مئوية. يشكل بخار الماء وبلورات الماء طبقة سفلية من السحب عند درجة حرارة 20 درجة مئوية وضغط عدة أجواء - أعلى تقريبًا سطح محيط كوكب المشتري. (على الرغم من أن بعض النماذج تسمح بوجود طبقة رابعة من السحب - من الأمونيا السائلة).
يبلغ سمك طبقة الغلاف الجوي ، التي تنشأ فيها كل هذه الهياكل السحابية المذهلة ، 1000 كيلومتر. تتوافق الخطوط الداكنة ومناطق الضوء الموازية لخط الاستواء مع التيارات الجوية ذات الاتجاهات المختلفة (بعضها يتأخر عن دوران الكوكب ، والبعض الآخر يتقدم عليه). سرعات هذه التيارات تصل إلى 100 م / ث. تتشكل الدوامات العملاقة على حدود التيارات متعددة الاتجاهات. تعتبر البقعة الحمراء العظيمة مثيرة للإعجاب بشكل خاص - وهي دوامة ضخمة في الغلاف الجوي. من غير المعروف متى نشأت ، لكنها رُصدت في التلسكوبات منذ 300 عام.
تظهر الدراسات الحديثة أنه كلما كان الكوكب بعيدًا عن الشمس ، كلما قل غلافه الجوي ، قل التبادل الحراري بين المناطق المجاورة وقل تبدد الطاقة. في الغلاف الجوي للكواكب الكبيرة ، العمليات الفيزيائية هي أن الطاقة من مناطق صغيرة فردية يتم نقلها إلى مناطق أكبر ثم تتراكم في هياكل الهواء العالمية - التدفقات النطاقية. هذه التيارات عبارة عن أحزمة من السحب يمكن رؤيتها حتى باستخدام تلسكوب صغير. التيارات المجاورة تتحرك في اتجاهين متعاكسين. قد يختلف لونها قليلاً حسب التركيب الكيميائي. توجد السحب الملونة في أعلى طبقات كوكب المشتري (يبلغ عمقها حوالي 0.1-0.3٪ من نصف قطر الكوكب). لا يزال أصل تلوينها لغزا ، على الرغم من أنه ، على ما يبدو ، يمكن القول إنه مرتبط بمكونات أثرية للغلاف الجوي ويشير إلى العمليات الكيميائية المعقدة التي تحدث فيه. بناءً على دراسة في نهاية عام 2000 من قبل مسبار كاسيني ، وجد أن العصابات الخفيفة والبقع الحمراء العظيمة (عاصفة عملاقة بحجم محور رئيسي يبلغ حوالي 35 ألف كم ، ومحور ثانوي بطول 14 ألف كم) المرتبطة بالهبوط (الدوران الرأسي للكتل الجوية) ؛ الغيوم أعلى هنا ودرجة الحرارة أقل من المناطق الأخرى. يرتبط لون السحب بالارتفاع: الهياكل الزرقاء هي الأعلى ، والبنية تحتها ، ثم البياض. الهياكل الحمراء هي الأدنى. يُعزى لون الكوكب المحمر بشكل أساسي إلى وجود الفوسفور الأحمر في الغلاف الجوي ، وربما المواد العضوية الناتجة عن التصريفات الكهربائية. في المنطقة التي يكون فيها الضغط حوالي 100 كيلو باسكال ، تبلغ درجة الحرارة حوالي 160 كلفن ، وقد لوحظت عواصف رعدية في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. وتبلغ درجة حرارة السحب العلوية -130 درجة مئوية. يطلق كوكب المشتري 60٪ من الطاقة أكثر مما يتلقاه من الشمس. يعكس الغلاف الجوي 45٪ من ضوء الشمس الوارد. تم أيضًا إثبات وجود طبقة أيونوسفيرية ، يبلغ طولها حوالي 3000 كم.
بقعة حمراء كبيرة:لا يمكن ملاحظة سطح كوكب المشتري مباشرة بسبب طبقة السحب الكثيفة ، وهي نمط من العصابات الداكنة المتناوبة والمناطق الساطعة. ترجع الاختلافات في لون العصابات إلى اختلافات صغيرة في المواد الكيميائية ودرجة الحرارة. تتغير مواضع وأحجام العصابات والمناطق تدريجياً بمرور الوقت. من المحتمل أن تكون الألوان الزاهية التي شوهدت في سحب المشتري ناتجة عن تفاعلات كيميائية ذكية للشوائب الأولية في غلافه الجوي ، بما في ذلك الكبريت الذي تخلق مركباته مجموعة متنوعة من الألوان. تدين الخطوط المظلمة ومناطق الضوء للبنية الغائمة للمشتري ، والتي تصل سرعتها أحيانًا إلى 500 كم / ساعة ، بوجودها وشكلها لرياح الإعصار التي تحيط بالكوكب في اتجاه الزوال. على الأرض ، تنتج الرياح عن اختلاف كبير في درجات الحرارة - أكثر من 40 درجة مئوية بين القطب وخط الاستواء. لكن كلا من القطب وخط الاستواء للمشتري لهما نفس درجة الحرارة تقريبًا (-130 درجة مئوية) ، على الأقل عند قاعدة السحب. من الواضح أن رياح المشتري مدفوعة أساسًا بالحرارة الداخلية ، وليس حرارة الشمس ، كما هو الحال على الأرض.
بشكل عام ، لا يختلف التركيب الكيميائي للغلاف الجوي للكوكب بأكمله بشكل كبير عن التركيب الشمسي ويشبه نجمًا صغيرًا.
البقعة الحمراء العظيمة عبارة عن شكل بيضاوي بقياس 14000 × 35000 كم (أي قرصين أرضيين). تتحرك المادة في البقعة الحمراء العظيمة عكس اتجاه عقارب الساعة ، محدثة ثورة كاملة في 7 أيام على الأرض. ينحرف الموقع بالنسبة إلى متوسط الموضع في اتجاه أو آخر. تشير الدراسات إلى أنه قبل 100 عام كان حجمها أكبر بمرتين. في عام 1938 ، تم تسجيل تكوين وتطوير ثلاثة أشكال بيضاوية بيضاء كبيرة بالقرب من خط عرض 30 درجة جنوبًا. لاحظ المراقبون أيضًا سلسلة من الأشكال البيضاوية البيضاء الصغيرة ، والتي تمثل أيضًا دوامات. لذلك ، يمكن افتراض أن النقطة الحمراء ليست تشكيلًا فريدًا ، ولكنها أقوى عضو في عائلة العاصفة. السجلات التاريخية لا تكشف عن مثل هذه النظم طويلة العمر في منتصف خطوط العرض الشمالية. توجد أشكال بيضاوية مظلمة كبيرة بالقرب من 15 درجة شمالاً ، ولكن بطريقة ما الظروف اللازمة لظهور الدوامات وتحولها اللاحق إلى أنظمة مستقرة مثل البقعة الحمراء موجودة فقط في نصف الكرة الجنوبي.
تحدث تصادمات مثل هذه الأنظمة الإعصارية الكبيرة أحيانًا على كوكب المشتري. حدث أحدها في عام 1975 ، مما تسبب في تلاشي اللون الأحمر للبقعة لعدة سنوات. في عام 2002 كان هناك تصادم مماثل بين البقعة الحمراء العظيمة والبيضاوي العظيم. البيضاوي الأبيض هو جزء من حزام سحابة ذات فترة مدارية أقصر من تلك الموجودة في البقعة الحمراء العظيمة. بدأت النقطة الحمراء العظيمة تكسير الشكل البيضاوي في نهاية فبراير 2002 ، واستمر الاصطدام لمدة شهر كامل. يعد اللون الأحمر للبقعة الحمراء العظيمة لغزًا للعلماء ، ربما بسبب المواد الكيميائية التي تشمل الفوسفور. في الواقع ، لا تزال الألوان والآليات التي تعطي مظهر جو جوفيان بأكمله غير مفهومة جيدًا ولا يمكن تفسيرها إلا من خلال القياسات المباشرة لمعاييرها.
مُجَمَّع:يبلغ سمك طبقة السحب العلوية حوالي 50 كم. في هذه المنطقة ، يكون الضغط في الغلاف الجوي مشابهًا للضغط على الأرض ، لكنه يزداد بسرعة مع العمق. توجد تحت الغيوم طبقة يبلغ سمكها حوالي 21000 كم ، تتكون من خليط من الهيدروجين والهيليوم ، ويغير الهيدروجين حالته تدريجياً من غاز إلى سائل مع زيادة الضغط ودرجة الحرارة (حتى 6000 درجة مئوية). تحت طبقة الهيدروجين السائل يوجد بحر من الهيدروجين المعدني السائل بعمق 40.000 كم. يتكون الهيدروجين المعدني السائل ، غير المعروف على الأرض ، عند ضغط 3 ملايين ضغط جوي. يتألف من البروتونات والإلكترونات ، وهو موصل ممتاز للكهرباء. أظهرت التجارب الحديثة أن الهيدروجين لا يغير طورته فجأة ، وبالتالي لا توجد حدود واضحة بين الطبقات الداخلية لكوكب المشتري. يعتقد العلماء أن كوكب المشتري له نواة صلبة يبلغ قطرها مرة ونصف قطر الأرض ، ولكنه أكثر كثافة بمقدار 10-30 مرة. حتى لو كان هناك سطح صلب على كوكب المشتري ، فلا يمكن للمرء أن يقف عليه دون خوف من أن يسحقه الوزن فوق الغلاف الجوي الأساسي. وفقًا للحسابات النظرية ، تبلغ درجة حرارة قلب الكوكب حوالي 30000 درجة مئوية ، والضغط 30-100 مليون ضغط جوي. هذه الظروف غير كافية للتفاعلات النووية الحرارية ، ولكن يشع المشتري في الفضاء حوالي ضعف الطاقة التي يتلقاها من الشمس. من المرجح أن يكون الإشعاع الحراري الزائد للكوكب ناتجًا عن تقلص جاذبية الكوكب ، والذي يستمر حتى يومنا هذا. تنتقل الحرارة عبر الغلاف الجوي وتتسرب عبر مناطق خالية من السحب ، تسمى بشكل مناسب "النقاط الساخنة". يدور كوكب المشتري بسرعة حول محوره (أسرع 2.5 مرة من الأرض) ، وأدى تأثير قوة طرد مركزي ضخمة إلى حقيقة أن الكوكب قد تم تسويته بشكل ملحوظ. يقل نصف القطر القطبي لكوكب المشتري عن خط الاستواء بمقدار 4400 كيلومتر. كما هو الحال في الشمس ، فإن سرعة دورانها عند خط الاستواء لها قيمة قصوى وتتناقص مع زيادة خط العرض. سبب هذا الاختلاف لا يزال غير واضح حتى الآن.
على عكس الأرض ، لا يحتوي الغلاف الجوي لكوكب المشتري على طبقة متوسطة. لا يوجد سطح صلب على كوكب المشتري ، ويمر أدنى مستوى من الغلاف الجوي - طبقة التروبوسفير - بسلاسة إلى محيط الهيدروجين في الوشاح. لا توجد حدود واضحة بين السائل والغاز ، لأن درجة الحرارة والضغط عند هذا المستوى أعلى بكثير من النقاط الحرجة للهيدروجين والهيليوم. يصبح الهيدروجين سائل فوق حرج عند حوالي 12 بار.
التروبوسفير - يشمل نظامًا معقدًا من السحب والضباب ، مع طبقات من الأمونيا وهيدروسلفيد الأمونيوم والماء. يتم تنظيم غيوم الأمونيا العلوية التي لوحظت على "سطح" المشتري في نطاقات عديدة موازية لخط الاستواء وتحدها تيارات جوية قوية في المنطقة (رياح) تُعرف باسم "النفاثات". للأشرطة ألوان مختلفة: تسمى الخطوط الغامقة عادةً "الأحزمة" ، وتسمى الخطوط الفاتحة "المناطق". المناطق هي مناطق التدفقات الصاعدة التي تقل درجة حرارتها عن الأحزمة - مناطق التدفقات الهابطة.
أصل الهيكل المخطط والنفاث غير معروف على وجه اليقين ؛ تم اقتراح نموذجين لهذا الهيكل. يفترض نموذج السطح أن هذه ظواهر سطحية فوق مناطق داخلية مستقرة. يفترض النموذج العميق أن الخطوط والنفاثات هي مظاهر سطحية لدورة عميقة تحدث في عباءة جوفيان ، والتي تتكون من الهيدروجين الجزيئي وهي منظمة على شكل نظام من الأسطوانات.
|
تعود المحاولات الأولى لشرح ديناميكيات الغلاف الجوي لكوكب المشتري إلى الستينيات. كانت تستند جزئيًا إلى الأرصاد الجوية الأرضية ، وقد تم تطويرها جيدًا بحلول ذلك الوقت. كان من المفترض أن تدفقات الغلاف الجوي على المشتري تنشأ بسبب الاضطراب ، والذي بدوره يدعمه الحمل الحراري الرطب في الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي (فوق السحب). الحمل الرطب ظاهرة مرتبطة بتكثف وتبخر الماء ، وهي إحدى الظواهر الرئيسية التي تؤثر على تكوين مناخ الأرض. يرتبط ظهور التدفقات في هذا النموذج بالخاصية المعروفة للاضطراب ثنائي الأبعاد - ما يسمى بالتسلسل العكسي ، حيث تندمج الهياكل المضطربة الصغيرة (الدوامات) وتشكل دوامات أكبر. نظرًا للحجم المحدود للكوكب ، لا يمكن لمثل هذه الهياكل أن تتعدى نطاقًا مميزًا معينًا ، ويسمى هذا بالنسبة للمشتري مقياس راينس. هذا بسبب تأثير موجات روسبي. الآلية هي: عندما يصل أكبر هيكل مضطرب إلى حجم معين ، تبدأ الطاقة في التدفق إلى موجات روسبي ، وليس في هيكل أكبر ، يتوقف الشلال العكسي. على كوكب كروي سريع الدوران ، تكون علاقة التشتت لموجات روسبي متباينة الخواص ، لذا فإن مقياس رين في اتجاه المتوازيات أكبر منه في اتجاه خط الزوال. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل هياكل واسعة النطاق ، ممتدة بالتوازي مع خط الاستواء. يبدو أن مداها الزوال هو نفس العرض الفعلي للتيارات. وهكذا ، في النماذج القريبة من السطح ، تنقل الدوامات الطاقة إلى التدفقات ، وبالتالي يجب أن تختفي. |
|
نماذج سطح الغلاف الجوي لكوكب المشتري |
|
تم اقتراح نموذج العمق الأول بواسطة Busse في عام 1976. يعتمد على نظرية تايلور برودمان المعروفة في الديناميكا المائية ، والتي تكون على النحو التالي: في أي سائل مثالي باروتوبي سريع الدوران ، يتم تنظيم التدفقات في سلسلة من الأسطوانات الموازية لمحور الدوران. من المحتمل أن يتم استيفاء شروط النظرية في الظروف الداخلية لكوكب المشتري. لذلك يمكن تقسيم عباءة الهيدروجين الخاصة بالمشتري إلى عدة أسطوانات ، يكون الدوران في كل منها مستقلاً. عند خطوط العرض تلك حيث تتقاطع الحدود الخارجية والداخلية للأسطوانات مع السطح المرئي للكوكب ، تتشكل التدفقات وتظهر الأسطوانات نفسها كمناطق وأحزمة. |
|
نماذج العمق من الغلاف الجوي لكوكب المشتري |
تحدث مجموعة متنوعة من الظواهر النشطة في الغلاف الجوي للمشتري ، مثل عدم استقرار النطاق والدوامات (الأعاصير والأعاصير المضادة) والعواصف والبرق. تبدو الدوامات على شكل بقع حمراء وبيضاء وبنية كبيرة (بيضاوية). أكبر نقطتين ، البقعة الحمراء العظيمة (GRS) و BA البيضاوي ، ذات لون ضارب إلى الحمرة. هم ، مثل معظم البقع الكبيرة الأخرى ، هي الأعاصير المضادة. عادة ما تكون الأضداد الصغيرة بيضاء. من المفترض أن عمق الدوامات لا يتجاوز عدة مئات من الكيلومترات.
يقع BKP في نصف الكرة الجنوبي ، وهو أكبر دوامة معروفة في النظام الشمسي. يمكن لهذه الدوامة أن تأوي العديد من الكواكب بحجم الأرض وهي موجودة منذ 350 عامًا على الأقل. البيضاوي BA ، التي تقع جنوب BKP وهي أصغر بثلاث مرات من الأخيرة ، هي بقعة حمراء تشكلت في عام 2000 عندما اندمجت ثلاثة أشكال بيضاوية بيضاء.
تستمر العواصف القوية مع العواصف الرعدية على كوكب المشتري. العاصفة هي نتيجة الحمل الحراري الرطب في الغلاف الجوي المرتبط بتبخر وتكثف الماء. وهي مناطق ذات حركة تصاعدية قوية للهواء ، مما يؤدي إلى تكوين غيوم كثيفة ومشرقة. تتشكل العواصف بشكل رئيسي في مناطق الحزام. تصريفات البرق على كوكب المشتري أقوى بكثير من تلك الموجودة على الأرض ، ولكن يوجد عدد أقل منها ، لذا فإن المستوى المتوسط لنشاط البرق قريب من مستوى الأرض.
تم الحصول على معلومات حول حالة الغلاف الجوي العلوي بواسطة مسبار غاليليو أثناء هبوطه في الغلاف الجوي لكوكب المشتري.
نظرًا لأن الحد الأدنى للغلاف الجوي غير معروف تمامًا ، فإن مستوى الضغط البالغ 10 بار ، 90 كم تحت ضغط 1 بار ، مع درجة حرارة حوالي 340 كلفن ، يعتبر قاعدة طبقة التروبوسفير. في الأدبيات العلمية ، عادة ما يتم اختيار مستوى ضغط 1 بار كنقطة الصفر لارتفاعات "سطح" المشتري. كما هو الحال على الأرض ، المستوى العلوي من الغلاف الجوي - الغلاف الخارجي - ليس له حدود محددة جيدًا. تنخفض كثافته تدريجياً ، ويمر الغلاف الخارجي بسلاسة في الفضاء بين الكواكب على بعد حوالي 5000 كم من "السطح".
 |
|
تكمن طبقات السحب على عمق أكبر مما كان متوقعًا ، بما في ذلك سحب الأمونيا الثقيلة ، وفقًا لبيانات مركبة الفضاء جونو. وبدلاً من أن تكون الأمونيا محصورة في الطبقات العليا من السحب ، يبدو أن الأمونيا تتركز بشكل أعمق بكثير ، على أعماق 350 كيلومترًا. تم تسجيل توقيع الأمونيا بين السحب السطحية (التي تبدأ على عمق 100 كم) ومنطقة الحمل الحراري (500 كم). |
|
جو كوكب المشتري |
الاختلافات الرأسية في درجات الحرارة في الغلاف الجوي لجوفيان مماثلة لتلك الموجودة على الأرض. تنخفض درجة حرارة التروبوسفير مع الارتفاع حتى تصل إلى حد أدنى يسمى التروبوبوز ، وهو الحد الفاصل بين طبقة التروبوسفير والستراتوسفير. على كوكب المشتري ، يقع التروبوبوز على ارتفاع حوالي 50 كم فوق السحب المرئية (أو مستوى 1 بار) ، حيث يكون الضغط ودرجة الحرارة قريبين من 0.1 بار و 110 كلفن حوالي 320 كم و 1 ملي بار. في الغلاف الحراري ، تستمر درجة الحرارة في الارتفاع ، لتصل في النهاية إلى 1000 كلفن عند حوالي 1000 كم وضغط 1 نانوبار.
تتميز طبقة التروبوسفير لكوكب المشتري ببنية معقدة من السحب. تتكون السحب العلوية ، الواقعة عند مستوى ضغط 0.6-0.9 بار ، من جليد الأمونيا. من المفترض أن توجد طبقة سفلية من السحب تتكون من هيدرو كبريتيد الأمونيوم (أو كبريتيد الأمونيوم) (بين 1-2 بار) والماء (3-7 بار). هذه بالتأكيد ليست غيوم من الميثان ، لأن درجة الحرارة مرتفعة للغاية بحيث لا يمكن تكثيفها. تشكل السحب المائية الطبقة الأكثر كثافة من السحب ولها تأثير قوي على ديناميكيات الغلاف الجوي. هذا ناتج عن حرارة التكثيف العالية للماء ومحتواه العالي في الغلاف الجوي مقارنة بالأمونيا وكبريتيد الهيدروجين (الأكسجين عنصر كيميائي أكثر شيوعًا من النيتروجين أو الكبريت).
 |
|
مثال على سحب الأمونيا على كوكب المشتري
|
|
جو كوكب المشتري |
توجد طبقات ضباب مختلفة في التروبوسفير (200-500 ملي بار) وطبقات الضباب الستراتوسفير (10-100 ملي بار) فوق طبقة السحب الرئيسية. وتتكون الأخيرة من هيدروكربونات عطرية ثقيلة متعددة الحلقات أو هيدرازين ، والتي تتشكل في الستراتوسفير (1-100 ميكروبار) تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية على الميثان أو الأمونيا. تبلغ وفرة الميثان بالنسبة للهيدروجين الجزيئي في الستراتوسفير 10-4 ، بينما تبلغ نسبة الهيدروكربونات الأخرى ، مثل الإيثان والأسيتيلين ، إلى الهيدروجين الجزيئي حوالي 10 -6.
يقع الغلاف الحراري لكوكب المشتري عند مستوى ضغط أقل من 1 ميكروبار ويتميز بظواهر مثل توهج الغلاف الجوي والشفق القطبي والأشعة السينية. ضمن هذا المستوى من الغلاف الجوي ، تشكل الزيادة في كثافة الإلكترونات والأيونات طبقة الأيونوسفير. لم يتم شرح أسباب غلبة درجات الحرارة المرتفعة (800-1000 كلفن) في الغلاف الجوي بشكل كامل ؛ لا تتنبأ النماذج الحالية بدرجات حرارة أعلى من 400 كلفن ، وقد يكون هذا بسبب امتزاز الإشعاع الشمسي عالي الطاقة (الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية) ، أو تسخين الجسيمات المشحونة من التسارع في الغلاف المغناطيسي للمشتري ، أو تشتت موجات الجاذبية المنتشرة إلى أعلى.
في خطوط العرض المنخفضة والأقطاب ، يعتبر الغلاف الحراري والغلاف الخارجي من مصادر الأشعة السينية ، والتي تمت ملاحظتها لأول مرة من قبل مرصد أينشتاين في عام 1983. الجسيمات النشطة من الغلاف المغناطيسي للمشتري هي المسؤولة عن الأشكال البيضاوية الشفقية الساطعة التي تحيط بالقطبين. على عكس نظائرها الأرضية ، والتي تظهر فقط أثناء العواصف المغناطيسية ، يتم ملاحظة الشفق القطبي في الغلاف الجوي لكوكب المشتري باستمرار. الغلاف الحراري لكوكب المشتري هو المكان الوحيد خارج الأرض حيث تم العثور على أيون ثلاثي الذرات (H 3 +). يتسبب هذا الأيون في انبعاث قوي للأشعة تحت الحمراء المتوسطة بأطوال موجية تتراوح بين 3 و 5 ميكرومتر ويعمل كمبرد رئيسي للغلاف الحراري.
التركيب الكيميائي
تمت دراسة الغلاف الجوي لكوكب المشتري بشكل كامل بالنسبة للأغلفة الجوية الأخرى للعمالقة الغازية ، حيث تم فحصه مباشرة بواسطة مركبة هبوط جاليليو ، والتي تم إطلاقها في الغلاف الجوي لكوكب المشتري في 7 ديسمبر 1995. ومن مصادر المعلومات أيضًا أرصاد مرصد الفضاء بالأشعة تحت الحمراء (ISO) ، والمسبارات بين الكواكب غاليليو وكاسيني ، فضلاً عن البيانات المستمدة من عمليات الرصد الأرضية.
يتكون الغلاف الغازي المحيط بالمشتري في الغالب من جزيئات الهيدروجين والهيليوم. المقدار النسبي للهيليوم هو 0.157 ± 0.0036 بالنسبة للهيدروجين الجزيئي من حيث عدد الجزيئات وكسر كتلته ، 0.234 ± 0.005 ، ليس أقل بكثير من القيمة الأولية في النظام الشمسي. السبب في ذلك ليس واضحًا تمامًا ، ولكن نظرًا لكونه أكثر كثافة من الهيدروجين ، يمكن أن يتكثف معظم الهيليوم في قلب المشتري. يحتوي الغلاف الجوي أيضًا على العديد من المركبات البسيطة ، مثل الماء والميثان (CH 4) وكبريتيد الهيدروجين (H 2S) والأمونيا (NH 3) والفوسفين (PH 3). تشير وفرتها النسبية في طبقة التروبوسفير العميقة (أقل من 10 بار) إلى أن الغلاف الجوي للمشتري أغنى بمقدار 3-4 مرات في الكربون والنيتروجين والكبريت وربما الأكسجين من الشمس. عدد الغازات النبيلة ، مثل الأرجون والكريبتون والزينون ، يتجاوز عدد الغازات الموجودة على الشمس (انظر الجدول) ، بينما من الواضح أن النيون أقل. المركبات الكيميائية الأخرى ، arsine (AsH 3) و German (GeH 4) ، موجودة فقط بكميات ضئيلة. يحتوي الغلاف الجوي العلوي لكوكب المشتري على كميات صغيرة نسبية من الهيدروكربونات البسيطة: الإيثان والأسيتيلين وثنائي الأسيتيلين ، والتي تتشكل تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية الشمسية والجسيمات المشحونة القادمة من الغلاف المغناطيسي للمشتري. يُعتقد أن ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والماء في الغلاف الجوي العلوي يدين بوجودها للتأثيرات على الغلاف الجوي لكوكب المشتري من مذنبات مثل المذنب Shoemaker-Levy 9. لا يمكن أن يأتي الماء من طبقة التروبوسفير لأن التروبوبوز يعمل كمصيدة باردة بشكل فعال. يمنع ارتفاع المياه إلى مستوى الستراتوسفير.
|
|
||
عنصر |
الشمس |
كوكب المشتري / الشمس |
3.6 ± 0.5 (8 بار) |
||
0.033 ± 0.015 (12 بار) |
||
|
انتشار العناصر في النسبة |
||
سلوك |
الشمس |
كوكب المشتري / الشمس |
0.0108 ± 0.0005 |
||
2.3 ± 0.3 * 10 -3 |
||
1.5 ± 0.3 * 10 -4 |
1.66 ± 0.05 * 10 -4 |
|
3.0 ± 0.17 * 10 -5 |
2.25 ± 0.35 * 10 -5 |
|
|
نسبة النظائر على المشتري والشمس |
||
أدت الملاحظات الأرضية ، وكذلك الملاحظات من المركبات الفضائية ، إلى تحسين المعرفة بنسبة النظائر في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. اعتبارًا من يوليو 2003 ، القيمة المقبولة للكمية النسبية للديوتيريوم هي (2.25 ± 0.35) * 10 -5 ، وهي على الأرجح القيمة الأصلية للسديم الأولي الذي تشكل منه النظام الشمسي. نسبة نظائر النيتروجين 15 نيوتن و 14 نيوتن في الغلاف الجوي للمشتري هي 2.3 * 10 -3 ، وهي أقل بمقدار الثلث من الغلاف الجوي للأرض (3.5 * 10 -3). الاكتشاف الأخير مهم بشكل خاص ، حيث أن النظريات السابقة لتشكيل النظام الشمسي اعتقدت أن القيم الأرضية لنظائر النيتروجين كانت بدائية.
على عكس غيوم الأرض ، وكلها مياه ، تحتوي غيوم المشتري على مركبات مختلفة من الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين والكبريت والفوسفور. يتم تحديد تكوينها عن طريق الضغط ودرجة الحرارة والإضاءة والحركات الجوية. من المعروف منذ فترة طويلة أن الأمونيا (NH 3) والميثان (CH 4) موجودان في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، حيث تحتوي جزيئاته على الكثير من الهيدروجين. لكن الأمونيا والميثان وبخار الماء وهيدروسلفيد الأمونيوم (NH 3 H 2 S) كلها مكونات صغيرة لجزء من الغلاف الجوي لكوكب المشتري يمكن دراسته. لاحظ أن العصابات القوية من بخار الأمونيا المتأصل في كوكب المشتري بالكاد يمكن ملاحظتها على زحل ، بينما لا يمتلكها أورانوس ونبتون على الإطلاق ، حيث يتم تجميد جميع الأمونيا في أعماق طبقاتها السحابية. من ناحية أخرى ، تصبح نطاقات الميثان في هذه الكواكب واسعة جدًا وتحتل جزءًا كبيرًا من الطيف في الجزء الأحمر والأزرق ، مما يعطي هذه الكواكب اللون الأزرق والأخضر.
على مستوى السحابة لكوكب المشتري ، يكون محتوى بخار الماء 1.5 * 10 -3 ، والميثان 8.3 * 10 -3 ، وهيدروسلفيد الأمونيوم في المرحلة الغازية 2.8 * 10 -5 ، والأمونيا 1.7 * 10-4. في نفس الوقت ، محتوى الأمونيا متغير ويعتمد على الارتفاع. هو الذي يشكل الغطاء السحابي المرئي ؛ درجة حرارة تكاثفه تعتمد على الضغط وهي 130-200 كلفن ، والتي تتزامن في المتوسط مع ما يتم ملاحظته على مستوى السحب. عند درجة حرارة 165 كلفن ، يكون ضغط الأمونيا فوق بلورات جليد الأمونيا 1.9 ملي بار ، ويتضاعف عند 170 كلفن لتكثيف الميثان عند نفس الضغوط ، هناك حاجة إلى درجة حرارة أقل بكثير ، 79 كلفن. لذلك ، الميثان في جو كوكب المشتري إلى مرحلة صلبة ، على ما يبدو لا يتكثف.
في السحب ، جنبًا إلى جنب مع البلورات ، يجب أن توجد قطرات من الأمونيا السائلة. لون الغيوم بمثل هذا الخليط أبيض مع مسحة صفراء خفيفة مميزة للمناطق. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى بعض عوامل التلوين الأخرى لشرح درجات البني الأحمر للأحزمة. على ما يبدو ، الفوسفين (PH 3) - مركب غازي من الفوسفور مع الهيدروجين ، ومحتواه حوالي 6 * 10 -7 ، يعطي الأحزمة بعض ظلال الألوان. عند درجات حرارة من 290 إلى 600 كلفن ، يتحلل مع إطلاق الفوسفور الأحمر. على العكس من ذلك ، في درجات الحرارة المنخفضة ، يتحد الفوسفور مع الهيدروجين. يمكن أن يرتبط لون السحب أيضًا بعديد كبريتيد الهيدروجين والأمونيوم والكبريت. تتضمن قائمة الغازات الموجودة في الغلاف الجوي للمشتري أيضًا الإيثان والأسيتيلين وكمية صغيرة من حمض الهيدروسيانيك (HCN).
يجب أن نتذكر أن السطح المرئي للسحب عبارة عن طبقة رقيقة ، فقط بضع عشرات من الكيلومترات. تحت غيوم الأمونيوم البلورية توجد طبقات أخرى: من كبريتات الأمونيوم ، محلول مائي من الأمونيا ، من بلورات جليد الماء ، وأخيراً من قطرات الماء.
المناطق والأحزمة والدوامات
ينقسم السطح المرئي للمشتري إلى عدة نطاقات موازية لخط الاستواء. هناك نوعان من العصابات: المناطق الفاتحة نسبيًا والعصابات المظلمة. تمتد المنطقة الاستوائية الواسعة (EZ) تقريبًا بين خطي عرض 7 درجات جنوبا و 7 درجات شمالا. أعلى وأسفل المنطقة الاقتصادية هي الأحزمة الاستوائية الشمالية والجنوبية (NEB و SEB) الممتدة إلى 18 درجة شمالاً و 18 درجة جنوباً على التوالي. تقع المناطق الاستوائية الشمالية والجنوبية (NtrZ و STrZ) بعيدًا عن خط الاستواء. يستمر هذا التناوب المستمر للأحزمة والمناطق حتى 50 درجة جنوبًا و شمالًا ، حيث تصبح مظاهرها المرئية أقل وضوحًا إلى حد ما. من المحتمل أن تستمر الأحزمة حتى 80 درجة شمالاً أو جنوباً باتجاه القطبين.
يكمن الاختلاف في اللون بين المناطق والأحزمة في الاختلافات بين عتامة السحب. تكون تركيزات الأمونيا أعلى في المناطق ، مما ينتج عنه سحب كثيفة من جليد الأمونيا على ارتفاعات أعلى ، مما يجعل المناطق أكثر إشراقًا. من ناحية أخرى ، تكون سحب الحزام أرق وتقع على ارتفاعات منخفضة. يكون التروبوسفير العلوي أكثر برودة في المناطق وأكثر دفئًا في الأحزمة. إن الطبيعة الدقيقة للمواد التي تجعل مناطق وأحزمة كوكب المشتري "ملونة" غير معروفة ، ولكنها قد تحتوي على مركبات معقدة من الكبريت والفوسفور والكربون.
أحزمة كوكب المشتري تحدها تدفقات جوية منطقية (رياح) ، والتي تسمى "الطائرات النفاثة". النفاثات التي تتحرك غربًا (حركة رجعية) تُلاحظ عادةً عند الانتقال من مناطق إلى أحزمة (أبعد من خط الاستواء) ، بينما تُلاحظ عادةً تلك التي تتحرك باتجاه الشرق (حركة عادية) عند الانتقال من أحزمة إلى مناطق. تشير نماذج الغلاف الجوي لكوكب المشتري إلى أن رياح المنطقة تنخفض في سرعة الحزام وتزيد في المناطق من خط الاستواء إلى القطبين. لذلك ، يكون تدرج الرياح في الأحزمة إعصاريًا ، وفي المناطق يكون معادًا للدوامات. المنطقة الاستوائية هي استثناء من القاعدة ، حيث توجد حركة قوية للطائرات إلى الشرق ، والحد الأدنى المحلي لسرعة الرياح يقع بالضبط على خط الاستواء. سرعة الطائرات النفاثة على كوكب المشتري عالية جدًا ، حيث تصل في بعض الأماكن إلى 100 م / ث. تتوافق هذه السرعة مع سحب الأمونيا الموجودة في نطاق ضغط يبلغ 0.7-1 بار. النفاثات التي تدور في نفس اتجاه المشتري أقوى من تلك التي تدور في اتجاه (رجعي). الأبعاد الرأسية للطائرات غير معروفة. تموت رياح المنطقة على ارتفاع يساوي 2-3 درجات ارتفاع فوق السحب. في الوقت نفسه ، تزداد سرعة الرياح أسفل مستوى السحابة بشكل طفيف وتظل ثابتة حتى مستوى ضغط يبلغ 22 بارًا - وهو أقصى عمق وصلت إليه مركبة هبوط جاليليو.
 |
 |
|
تمثيل تخطيطي لموقع نطاقات سحابة المشتري ، تم تحديدها من خلال الاختصارات الرسمية. تقع البقعة الحمراء العظيمة و BA البيضاوي في المناطق المدارية الجنوبية والمناطق المعتدلة الجنوبية ، على التوالي. ينقسم جو كوكب المشتري إلى مناطق وأحزمة ، ولكل منها اسمها الخاص ولها خصائصها المميزة. تبدأ من المناطق القطبية الجنوبية والشمالية ، والتي تمتد من القطبين إلى حوالي 40-48 درجة شمالاً / جنوبًا. عادة ما تكون هذه المناطق الرمادية المزرقة عديمة الملامح. يتأثر نسيج الغيوم ، النموذجي للأحزمة والمناطق ، أحيانًا بسبب الاضطرابات الجوية (الاضطرابات). يُطلق على أحد هذه الاضطرابات المستقرة وطويلة العمر بشكل خاص في المنطقة الاستوائية الجنوبية " الاضطرابات الاستوائية الجنوبية»(STD). يمثل تاريخ الملاحظة واحدة من أطول فترات وجود الأمراض المنقولة بالاتصال الجنسي ، حيث يمكن تمييزها بوضوح من عام 1901 إلى عام 1939. لاحظ بيرسي ب. مولسورث الاضطراب لأول مرة في 28 فبراير 1901. أدى الاضطراب إلى تعتيم جزئي لـ STZ الساطع بشكل طبيعي. منذ ذلك الحين ، لوحظت العديد من الاضطرابات المماثلة في المنطقة الاستوائية الجنوبية. |
|
جو كوكب المشتري |
أصل "البنية الشريطية" لسحب المشتري ليس واضحًا تمامًا ، لكن الآليات التي تتحكم فيه تشبه خلية هادلي الأرضية. أبسط تفسير هو أن المناطق هي أماكن للارتفاع في الغلاف الجوي ، والأحزمة هي مظاهر الانحدار. في المناطق ، يتمدد الهواء ويغني بالأمونيا ، ويبرد ، مكونًا غيومًا عالية وكثيفة. في الأحزمة ، يغرق الهواء وتسخن بدرجة حرارة ثابتة ، وتتبخر غيوم الأمونيا البيضاء ، لتكشف عن الغيوم الداكنة بالأسفل. موقع وعرض النطاقات على كوكب المشتري مستقران ونادرًا ما تغيرتا خلال الفترة من الثمانينيات إلى العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. أحد الأمثلة على التغيير هو انخفاض طفيف في سرعة نفاثة قوية باتجاه الشرق بين المناطق الاستوائية الشمالية والمناطق المعتدلة الشمالية بمقدار 23 درجة شمالاً. ومع ذلك ، تتغير الخطوط في اللون وكثافة الألوان بمرور الوقت.
ديناميات الغلاف الجوي
منذ عام 1966 ، عُرف أن كوكب المشتري يشع حرارة أكثر بكثير مما يتلقاه من الشمس. من المفترض أن النسبة بين الطاقة الإشعاعية للكوكب والإشعاع الشمسي المستلم تساوي تقريبًا 1.67 ± 0.09. يبلغ التدفق الحراري الداخلي للمشتري 5.44 ± 0.43 واط / م 2 ، بينما يبلغ إجمالي القدرة المشعة 335 ± 26 PW. القيمة الأخيرة هي حوالي واحد من المليار من إجمالي الطاقة التي تشعها الشمس.
أظهر قياس التدفقات الحرارية المنبعثة من كوكب المشتري أنه لا توجد اختلافات عمليا بين المناطق القطبية والاستوائية وجانبي النهار والليل. يلعب الإمداد الحراري دورًا مهمًا في هذا بسبب التأفق - نقل الغاز في الحركات الأفقية للغلاف الجوي. على خلفية الهيكل المنظم للأحزمة والمناطق والدوامات والأعمدة ، لوحظ تدفق سريع للغاز - رياح تصل سرعتها إلى 120 م / ث. إذا أخذنا في الاعتبار السعة الحرارية الكبيرة للهيدروجين ، فلن يكون ثبات درجة الحرارة في مناطق مختلفة من الكوكب مفاجئًا.
إن سبب الدوران القوي الذي يوصل الحرارة إلى الطبقة السحابية هو بلا شك تدفق الحرارة المنبعث من أحشاء الكوكب. في العديد من الأوراق العلمية ، يمكن للمرء أن يقرأ أن طاقة إضافية في أعماق كوكب المشتري والكواكب العملاقة الأخرى يتم إطلاقها نتيجة لانضغاطها البطيء للغاية ؛ علاوة على ذلك ، تظهر الحسابات أنه يكفي لهذا ضغط الكوكب بالمليمترات في السنة. ومع ذلك ، فإن المعلومات حول هيكل المشتري لا تدعم هذه الفرضية.
يتيح تحليل حركة المركبات الفضائية في مجال الجاذبية للكوكب الحكم على بنية أحشاءها وحالة المادة. تظهر حركة المركبات أن هذا كوكب غاز-سائل ، يتكون من خليط من الهيدروجين والهيليوم ، وأنه ليس له سطح صلب. شكل كوكب المشتري مثالي رياضيًا ، والذي يمكن أن يكون كوكبًا سائلًا فقط. لحظة القصور الذاتي بلا أبعاد لها قيمة منخفضة للغاية: 0.254. يشير هذا إلى تركيز عالٍ للكتلة في مركز الكوكب. جزء كبير من جوهرها في حالة سائلة. اللب السائل غير قابل للضغط عمليا. يمكن أن يكون مصدر تدفق الحرارة هو الحرارة المنبعثة أثناء تكوين الكوكب (قبل 4.5 مليار سنة) ، المخزنة في قلب كوكب المشتري وأصدافه.
هناك أدلة على أنه في المراحل الأولى من التطور ، أطلق كوكب المشتري تيارات ضخمة من الطاقة في الفضاء. تلقت الأقمار الصناعية الجليل للمشتري ، الواقعة بالقرب من كوكبها بشكل لا يضاهى من الشمس ، طاقة أكبر لكل وحدة مساحة من عطارد من الشمس. تم الاحتفاظ بآثار هذه الأحداث على سطح جانيميد. تظهر الحسابات أن ذروة لمعان كوكب المشتري يمكن أن تصل إلى 1/10 من لمعان الشمس. في أشعة كوكب المشتري ، ذاب الجليد على سطح جميع الأقمار الصناعية ، بما في ذلك جانيميد جزئيًا. تم الحفاظ على حرارة الكوكب المرسومة من تلك الحقبة البعيدة. وفي الوقت الحالي ، يمكن أن يكون أحد المصادر المهمة للحرارة هو الانغماس البطيء نحو مركز كوكب الهيليوم ، وهو أكثر كثافة من الهيدروجين.
يختلف الدوران في الغلاف الجوي لكوكب المشتري بشكل ملحوظ عن الغلاف الجوي على الأرض. سطح كوكب المشتري سائل ، لا يوجد سطح صلب. لذلك ، يمكن أن يحدث الحمل الحراري في أي منطقة من الغلاف الغازي الخارجي. لا توجد حتى الآن نظرية شاملة لديناميكيات الغلاف الجوي لكوكب المشتري. يجب أن تشرح مثل هذه النظرية الحقائق التالية: وجود نطاقات ضيقة مستقرة وتدفقات متناظرة حول خط الاستواء ، وتدفق استوائي قوي من الغرب إلى الشرق (في اتجاه دوران الكوكب) ، والفرق بين المناطق والأحزمة ، وكذلك أصل واستقرار الدوامات الكبيرة ، مثل البقعة الحمراء العظيمة.
 |
|
في المناطق الدافئة للكوكب بالقرب من ector ، ترفع كل خلية حرارية في الغلاف الجوي لكوكب المشتري المادة لأعلى حيث تبرد ثم تقذفها بالقرب من القطبين. وهذه العملية مستمرة. عندما يرتفع مزيج الغازات ، تتكثف أولاً ، ثم تتشكل سحب أعلى من هيدرو كبريتيد الأمونيوم. تظهر سحب الأمونيا ، الموجودة في المناطق المضيئة من كوكب المشتري ، في أعلى نقطة فقط. تتحرك الطبقات العليا من الغلاف الجوي غربًا في اتجاه دوران الكوكب نفسه. بينما تدفع قوى كوريوليس سحب الأمونيا في الاتجاه المعاكس. |
|
جو كوكب المشتري |
عمليا لا توجد تيارات خطية في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. المناطق والأحزمة هي مناطق التدفقات الصاعدة والهابطة في الغلاف الجوي ، والتي لها امتداد عالمي في الاتجاه الطولي. تحمل هذه التيارات الجوية ، الموازية لخط الاستواء ، بعض التشابه مع الرياح التجارية للأرض. القوى الدافعة في هذا المحرك الحراري الطبيعي هي التدفقات الحرارية القادمة من أعماق الكوكب ، والطاقة المستقبلة من الشمس ، وكذلك الدوران السريع للكوكب. يجب أن تكون الأسطح المرئية للمناطق والأحزمة في هذه الحالة على ارتفاعات مختلفة. تم تأكيد ذلك من خلال القياسات الحرارية: تبين أن المناطق أكثر برودة من الأحزمة. يظهر الاختلاف في درجات الحرارة أن السطح المرئي للمناطق يقع على ارتفاع حوالي 20 كم. تبين أن BKP أعلى وأبرد بعدة درجات من الأحزمة. على العكس من ذلك ، تبين أن البقع الزرقاء هي مصادر للإشعاع الحراري المتصاعد من الطبقات العميقة للغلاف الجوي. لم يتم العثور على فرق كبير في درجات الحرارة بين المناطق القطبية والمناطق الاستوائية من الكوكب. بشكل غير مباشر ، هذا يسمح لنا باستخلاص النتيجة التالية: تلعب الحرارة الداخلية للكوكب دورًا أكثر أهمية في ديناميكيات غلافه الجوي من الطاقة التي تتلقاها من الشمس. متوسط درجة الحرارة على مستوى السحب المرئية يقترب من 130 كلفن.
بناءً على الملاحظات الأرضية ، قسّم علماء الفلك الأحزمة والمناطق في الغلاف الجوي لكوكب المشتري إلى مناطق استوائية واستوائية ومعتدلة وقطبية. الكتل الساخنة من الغازات الصاعدة من أعماق الغلاف الجوي في المناطق الواقعة تحت تأثير قوى كوريوليس المهمة على المشتري تتمدد في الاتجاه الطولي ، وتتحرك الحواف المعاكسة للمناطق نحو بعضها البعض ، على طول المتوازيات. يمكن رؤية الاضطرابات القوية عند حدود المناطق والأحزمة (مناطق السحب السفلي) ؛ تصل سرعات الحركة هنا إلى أعلى القيم ، حتى 100 م / ث ، وفي المنطقة الاستوائية حتى 150 م / ث. إلى الشمال من خط الاستواء ، تنحرف التدفقات في المناطق المتجهة إلى الشمال من قبل قوات كوريوليس إلى الشرق ، وتلك الموجهة إلى الجنوب - إلى الغرب. في نصف الكرة الجنوبي ، ينعكس اتجاه الانحرافات. تشكل الرياح التجارية هذا الهيكل للحركات على الأرض. يقع "سقف" السحب في الأحزمة والمناطق على ارتفاعات مختلفة. يتم تحديد الاختلافات في تلوينها من خلال درجة حرارة وضغط تحولات الطور للمكونات الغازية الصغيرة. المناطق الخفيفة عبارة عن أعمدة تصاعدية من الغاز تحتوي على نسبة عالية من الأمونيا ، والأحزمة عبارة عن تيارات هابطة مستنفدة في الأمونيا. من المحتمل أن يكون اللون اللامع للأحزمة مرتبطًا بعديد كبريتيدات الأمونيوم وبعض مكونات التلوين الأخرى ، على سبيل المثال ، الفوسفين.
الدوامات في جو المشتري
تشهد البيانات التجريبية أن ديناميكيات الطبقة السحابية للمشتري ليست سوى مظهر خارجي لقوى قوية تعمل في الغلاف الجوي الفرعي للكوكب. كان من الممكن ملاحظة كيفية ظهور تشكيل دوامة قوي ، إعصار محلي ، يبلغ قطره 1000 كم أو أكثر ، في السحب. تعيش هذه التشكيلات لفترة طويلة ، عدة سنوات ، وأكبرها - حتى عدة مئات من السنين. تتشكل هذه الدوامات ، على سبيل المثال ، نتيجة حركة كتل كبيرة من الغاز الساخن المتصاعد في الغلاف الجوي.
تجلب الدوامة الناتجة كتلًا ساخنة من الغاز مع أبخرة مكونات صغيرة إلى سطح السحب ، مما يؤدي إلى إغلاق دائرة دورانها في الغلاف الجوي. البلورات الناتجة من ثلج الأمونيا ومحاليل ومركبات الأمونيا على شكل ثلج وقطرات وثلج مائي عادي وثلج ينزل تدريجياً في الغلاف الجوي ويصل إلى مستوى درجة الحرارة حيث تتبخر. في المرحلة الغازية ، تعود المادة إلى الطبقة السحابية مرة أخرى.
 |
|
التغييرات على كوكب المشتري في النطاق المرئي والأشعة تحت الحمراء |
|
جو كوكب المشتري |
الغلاف الجوي لكوكب المشتري هو موطن لمئات من الدوامات: هياكل دائرية دوارة يمكن تقسيمها ، مثل الغلاف الجوي للأرض ، إلى فئتين: الأعاصير والأعاصير المضادة. الأول يدور في اتجاه دوران الكوكب (عكس اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الشمالي وفي اتجاه عقارب الساعة في نصف الكرة الجنوبي) ؛ الثاني - في الاتجاه المعاكس. ومع ذلك ، على عكس الغلاف الجوي للأرض ، في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، تسود الأعاصير المضادة على الأعاصير: من الدوامات التي يتجاوز قطرها 2000 كم ، أكثر من 90 ٪ من الأعاصير المضادة. يختلف "عمر" الدوامات من عدة أيام إلى قرون ، اعتمادًا على حجمها: على سبيل المثال ، متوسط عمر الدوامات المضادة بأقطار من 1000 إلى 6000 كم هو 1-3 سنوات. لم تُلاحظ الدوامات مطلقًا عند خط استواء المشتري (ضمن خط عرض 10 درجات) ، حيث تكون غير مستقرة. كما هو الحال مع أي كوكب يدور بسرعة ، فإن الأعاصير المضادة للمشتري هي مراكز ضغط مرتفع ، بينما الأعاصير هي مراكز للضغط المنخفض.
دائمًا ما تقتصر الأعاصير المضادة لكوكب المشتري على المناطق التي تزداد فيها سرعة الرياح من خط الاستواء إلى القطبين. عادة ما تكون مشرقة وتظهر على شكل بيضاوي أبيض. يمكنهم التحرك في خط الطول ، لكنهم يظلون على نفس خط العرض ، غير قادرين على مغادرة المنطقة التي ولدتهم. يمكن أن تصل سرعة الرياح في محيطهم إلى 100 م / ث. تميل الأعاصير المختلفة الموجودة في نفس المنطقة إلى الاتحاد عند الاقتراب من بعضها البعض. ومع ذلك ، في الغلاف الجوي لكوكب المشتري ، لوحظ وجود اثنين من الأعاصير المضادة على عكس الآخرين ولوحظ - هذه هي البقعة الحمراء العظيمة (GRS) و BA البيضاوي ، والتي تشكلت في عام 2000. على عكس الأشكال البيضاوية البيضاء ، يهيمن اللون الأحمر على بنيتها - ربما بسبب مادة حمراء تتصاعد من أعماق الكوكب. على كوكب المشتري ، تتشكل الأعاصير المضادة عادةً من اندماج الهياكل الأصغر ، بما في ذلك العواصف الحملية ، على الرغم من أن الأشكال البيضاوية الكبيرة يمكن أن تتشكل أيضًا من النفاثات غير المستقرة. كانت آخر مرة شوهدت فيها في 1938-1940 ، عندما نشأت عدة أشكال بيضاوية بيضاء بسبب عدم الاستقرار في المنطقة الجنوبية المعتدلة ؛ تم دمجهم في وقت لاحق ليشكلوا البيضاوي BA.
على عكس الأعاصير المضادة ، فإن أعاصير جوفيان عبارة عن هياكل داكنة مدمجة ذات شكل غير منتظم. تسمى الأعاصير الحلزونية الأغمق والأكثر انتظامًا بالأشكال البيضاوية البنية. ومع ذلك ، لا يتم استبعاد وجود العديد من الأعاصير الطويلة العمر. بالإضافة إلى الأعاصير المدمجة ، يمكن ملاحظة العديد من "القطع" الخيطية غير المنتظمة على كوكب المشتري ، حيث يتم ملاحظة الدوران الإعصاري. يقع أحدهم غرب BKP في الحزام الاستوائي الجنوبي. تسمى هذه "القطع" المناطق الإعصارية (CR). تتشكل الأعاصير دائمًا فقط في أحزمة ، ومثل الأعاصير المضادة ، فإنها تندمج عند الاقتراب.
البنية العميقة للدوامات ليست واضحة تمامًا. يُعتقد أنها رقيقة نسبيًا ، لأن أي سمك يزيد عن 500 كيلومتر قد يؤدي إلى عدم الاستقرار. لا ترتفع الأعاصير الدوامية الكبيرة فوق عدة عشرات من الكيلومترات بالنسبة إلى الغيوم الملحوظ. تقترح إحدى الفرضيات أن الدوامات هي "ريش" حراري عميق (أو "أعمدة حمل حراري") ، لكنها في الوقت الحالي لم تكتسب شعبية بين علماء الكواكب.
لوحظت تكوينات دوامة مثل البقع ذات اللون الأزرق والبني ليس فقط في الأحزمة والمناطق المستقرة ، ولكن أيضًا في المناطق القطبية من كوكب المشتري. هنا ، المظهر المميز للطبقة السحابية هو حقل بني فاتح مع بقع بنية داكنة وبنية فاتحة ومزرق. هنا ، في منطقة خطوط العرض تلك حيث يصبح دوران المنطقة غير مستقر ، تفسح الأحزمة والمناطق المجال لتشكيلات الأرصاد الجوية مثل "أطواق الدانتيل" و "أعمدة". لا يمكن رؤية المناطق القريبة من قطب الكوكب إلا من المركبات الفضائية. ومع ذلك ، فإن الفوضى الظاهرة في البقع تخضع للانتظام العام للدوران ، والدور المحدد تلعبه الحركات في أعماق الغلاف الجوي.
بأخذ عدد من الافتراضات ، تمكن المنظرون من الحصول على ظواهر في نموذج أسطواني يشبه ما يُرى على كوكب المشتري (وزحل). هيكل الكوكب عبارة عن نظام من الأسطوانات المتداخلة ، محورها هو المحور القطبي. تمر الأسطوانات عبر الكوكب بأكمله وتصل إلى السطح عند 40 درجة شمالًا. ش. وعند 40 درجة جنوبا ش. ما نراه هو أجزاء من هذه الأسطوانات تدور بسرعات مختلفة. إذا عدت من خط الاستواء ، فإن الأسطوانات تخترق بعمق نصف قطر الكوكب. توجد البقع أو الأشكال البيضاوية أيضًا من خلال أعمدة محصورة بين الأسطوانات. بالمناسبة ، يشير بعض المراقبين إلى أنه بشكل متماثل على نفس خط العرض في نصف الكرة الشمالي ، يمكن رؤية بقعة من نفس الحجم ، ولكن أقل وضوحًا ، في بعض الأحيان.
يمكن ملاحظة البقع الزرقاء الطفولية من خلال فواصل في طبقة السحب. ومع ذلك ، فغالبًا ما تكون الفواصل غير مرتبطة بالبقع وتكون طبقات السحب السفلية مرئية من خلالها. ولوحظت سلسلة من الانقطاعات المماثلة على طول حدود الحزام الاستوائي الشمالي. توجد الفجوات لفترة طويلة ، لعدة سنوات. يشهد تدفق الحرارة المتزايد من هذه الأماكن أن هذه فواصل. تزداد درجة الحرارة بسرعة مع العمق. عند مستوى ضغط 2 بار ، يكون حوالي 210 كلفن والانبعاثات الراديوية القادمة من أعماق كبيرة تشير إلى ارتفاع درجة الحرارة. وفقًا للحسابات ، على عمق 300 كم ، يكون الغلاف الجوي لكوكب المشتري حارًا مثل الغلاف الجوي لكوكب الزهرة بالقرب من سطحه (حوالي 730 كلفن).
عواصف رعدية على كوكب المشتري
تم تسجيل البرق أيضًا في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. أظهرت الصور المأخوذة من فوييجر أنه توجد على الجانب الليلي من كوكب المشتري ومضات ضوئية ذات مدى هائل - تصل إلى 1000 كم أو أكثر. هذه بروق خارقة ، الطاقة فيها أكبر بكثير من الطاقة الأرضية. ومع ذلك ، اتضح أن برق كوكب المشتري أقل عددًا من برق الأرض. ومن المثير للاهتمام ، أنه تم اكتشاف برق كوكب المشتري بعد 3 أشهر من اكتشاف العواصف الرعدية على كوكب الزهرة.
تشبه العواصف الرعدية على كوكب المشتري تلك الموجودة على الأرض. تظهر على شكل غيوم مشرقة وكبيرة يبلغ حجمها حوالي 1000 كم ، والتي تظهر من وقت لآخر في المناطق الإعصارية للأحزمة ، خاصة داخل النفاثات القوية الموجهة نحو الغرب. على عكس الدوامات ، فإن العواصف الرعدية هي ظاهرة قصيرة العمر ، أقوىها يمكن أن تستمر عدة أشهر ، في حين أن متوسط مدة الوجود هو 3-4 أيام. ويعتقد أنها نتيجة للحمل الحراري الرطب في طبقات جوبيتر تروبوسفير. في الواقع ، العواصف الرعدية هي "أعمدة حرارية" (ريش) ترفع كتل الهواء الرطب من الأعماق إلى أعلى وأعلى حتى تتكثف في السحب. يبلغ الارتفاع النموذجي لسحب جوفيان الرعدية 100 كيلومتر ، مما يعني أنها تمتد إلى مستوى ضغط يبلغ حوالي 5-7 بار ، بينما تبدأ السحب المائية الافتراضية عند مستوى ضغط يبلغ 0.2-0.5 بار.
العواصف الرعدية على كوكب المشتري ، بالطبع ، لا تكتمل بدون البرق. تتيح صور الجانب الليلي للمشتري التي حصلت عليها المركبة الفضائية جاليليو وكاسيني إمكانية التمييز بين ومضات الضوء المنتظمة في أحزمة كوكب المشتري وبالقرب من النفاثات باتجاه الغرب ، خاصة عند خطوط العرض 51 درجة شمالاً و 56 درجة جنوباً و 14 درجة جنوباً. الضربات الصاعقة على المشتري أقوى بشكل عام من تلك على الأرض. ومع ذلك ، فإنها تحدث بشكل أقل تكرارًا ، وتنتج نفس القدر من الضوء مع ومضاتها مثل تلك الأرضية. تم تسجيل العديد من ومضات البرق في المناطق القطبية للمشتري ، مما يجعل كوكب المشتري ثاني كوكب بعد الأرض يرى البرق القطبي.
كل 15-17 سنة ، تبدأ فترة قوية بشكل خاص من نشاط العواصف الرعدية على كوكب المشتري. تتجلى بشكل أساسي عند خط عرض 23 درجة مئوية ، حيث توجد أقوى طائرة نفاثة باتجاه الشرق. كانت آخر مرة حدث فيها هذا في يونيو 2007. من الغريب أن عاصفتين رعديتين تقعان بشكل منفصل عند خط طول 55 درجة في المنطقة الشمالية المعتدلة كان لها تأثير كبير على الحزام. مادة ذات لون غامق ، ناتجة عن العواصف الرعدية ، مختلطة بغيوم الحزام وتغير لونه. تحركت العواصف الرعدية بسرعة حوالي 170 م / ث ، حتى أسرع قليلاً من الطائرة نفسها ، مما يشير بشكل غير مباشر إلى وجود رياح أقوى في الطبقات العميقة من الغلاف الجوي.