Из чего состоит Юпитер? Если коротко — из водорода и гелия, тех же элементов, из которых состоит Солнце. Но этот газовый гигант — не просто исполинское облако. По мере погружения в его глубины эти составляющие ведут себя совершенно иначе, чем мы привыкли.
Масса Юпитера превосходит массу всех остальных планет нашей системы, вместе взятых, однако его средняя плотность значительно уступает земной. Изучение состава Юпитера помогает ученым понять фундаментальные процессы формирования планет — как именно миры зарождались из протопланетного диска, облака газа и пыли, окружавшего юное Солнце.
Что скрывает атмосфера Юпитера?
По объему атмосфера Юпитера примерно на 86,2% состоит из молекулярного водорода и на 13,6% из гелия, не считая следовых газов. Молекулярный водород представляет собой молекулу из двух связанных атомов водорода. Среди обнаруженных примесей — метан, аммиак, водяной пар, сероводород и фосфин.
Эти второстепенные компоненты формируют облачные слои планеты. Верхний ярус состоит из кристаллов аммиачного льда; под ним, согласно атмосферным моделям, залегают облака из гидросульфида аммония, а еще глубже — облака из водяного пара. Мощные ветры выстраивают видимые нам полосы облаков, а знаменитое Большое красное пятно — это колоссальный шторм-долгожитель, бушующий в атмосфере планеты веками.
В 1995 году спускаемый зонд аппарата «Галилео» провел прямые измерения состава атмосферы во время своего погружения. Однако решающую роль сыграло место посадки: аппарат вошел в необычайно сухой регион, поэтому полученные данные о влажности не позволили точно определить общее количество воды на Юпитере.
Почему у Юпитера нет твердой поверхности
У Юпитера нет твердой поверхности, как у Земли. Верхняя кромка его облаков — это вовсе не купол над твердью: по мере спуска атмосферное давление и температура неуклонно растут, постепенно превращая водородно-гелиевую смесь в сверхкритический плотный флюид. В описаниях эту переходную область нередко называют жидким водородом.
Металлический водород — источник мощного магнитного поля
При давлениях, в миллионы раз превышающих земное атмосферное давление на уровне моря, водород переходит в электропроводящее состояние — металлический водород. Это не новый химический элемент, а фазовое состояние того же водорода, заполняющее огромную часть недр гиганта.
Внутреннее тепло планеты вызывает конвекционные потоки в этом электропроводящем слое. Вместе с быстрым вращением Юпитера это движение запускает механизм динамо: перемещение проводящего вещества генерирует глобальное магнитное поле. У Юпитера оно обладает колоссальной мощностью.
Модели глубоких слоев планеты также предсказывают феномен «гелиевого дождя». В определенных условиях гелий перестает смешиваться с металлическим водородом и осаждается вглубь планеты в виде обогащенных гелием капель, перераспределяя вещество и высвобождая колоссальную энергию.
Признаки размытого ядра
Гравиметрические измерения, выполненные космическим аппаратом НАСА «Юнона» (Juno), подтверждают гипотезу о существовании так называемого размытого ядра. В нем тяжелые элементы не собраны в четко очерченный монолитный шар, а плавно растворены в окружающем водороде и гелии. Общую долю этих веществ (в астрономии к ним относят все элементы тяжелее гелия) ученые рассчитывают на основе наблюдений и теоретических моделей, ведь взять прямые пробы на такой глубине невозможно. Свой вклад в эту массу вносят каменистые и ледяные породы. Сравнение газовых гигантов с ледяными помогает исследователям понять, почему планеты аккумулируют эти компоненты в совершенно разных пропорциях.
Эта статья создана при участии технологий ИИ, после чего прошла проверку фактов и научную редактуру редактором HowStuffWorks.
