Почему Юпитер выделяет намного больше энергии, чем получает от Солнца?
Почему Юпитер выделяет намного больше энергии, чем получает от Солнца? Ученые считают, что ответ на этот вопрос можно получить, лишь изучив недра планеты и те процессы, которые там происходят.
В центрах планет-гигантов, формируется необычный сплав, содержащий металлический гелий. Ранее планетологи представляли себе внутренности двух самых крупных планет Солнечной системы несколько иначе, однако Раймонд Джинлоз (Raymond Jeanloz) из университета Калифорнии в Беркли (UC Berkeley) и Ларс Стиксруд (Lars Stixrude) из Лондонского университетского колледжа (University College London) построили и обосновали новую модель.
Исследователи воспользовались квантовой механикой, чтобы вычислить поведение вещества при давлении в десятки миллионов атмосфер, которое существует в глубинах газовых гигантов, и температурах 10-20 тысяч градусов по Цельсию (такая жара царит в ядрах планет-гигантов). Полученные прогнозы хорошо соответствуют экспериментальным результатам для более низких давлений, подчёркивают учёные.
Итак, хотя большинство экспериментаторов, интересовавшихся глубинами Юпитера и Сатурна, сосредотачивали своё внимание на водороде (ведь там его более 70%), Раймонд и Ларс решили уточнить поведение гелия.
Оказалось, что в центральных областях этих двух миров гелий превращается в жидкий металл, такой как, к примеру, ртуть. «Вы можете представить себе эту жидкость в виде ртути, только темнее», — поясняет Джинлоз. Ранее учёные полагали, что высокие давления и температуры вовсе не способствуют, а затрудняют металлизацию гелия. Так что полученный вывод был неожиданностью.
Поскольку при росте температуры атомы начинают двигаться интенсивнее, можно было бы предположить, что постоянно натыкающимся на них электронам труднее пробираться сквозь материал (если мы рассматриваем электрический ток и, соответственно, проводимость данного вещества).
На деле же, похоже, наблюдается обратный эффект: чем сильнее колеблются атомы, тем больше они создают путей для электронов, утверждают Джинлоз и Стиксруд.
Авторы работы, опубликованной в журнале PNAS, утверждают, что в недрах газовых гигантов водород и гелий образуют жидкий металлический сплав. Причём эта смесь более однородная, нежели считалось ранее.
Это открытие на кончике пера может привести к пересмотру многих аспектов внутренней структуры Юпитера и Сатурна, их эволюции и происходящих в настоящее время процессов, в частности, отвечающих за энергетический «дисбаланс» – выработку «лишней» энергии.
Впрочем, в отношении точной картины самых глубоких слоёв газовых гигантов ещё остаётся много неясного. Так, существует модель, предсказывающая серьёзные отличия Сатурна от Юпитера в этой части.Ученых давно интересует вопрос о состоянии материи, подвергающейся высокому давлению и действию высокой температуры. Однако получить такую экзотическую массу в лабораторных условиях довольно сложно, поэтому в некоторых случаях специалистам приходилось довольствоваться лишь численными экспериментами.
Источник
Юпитер. Загадочный газовый гигант
Юпитер является самым интересным объектом Солнечной системы. Этот гигантский газовый шар в тысячу раз больше Земли по объёму и примерно в триста раз по массе. Скорее всего, он не имеет твёрдой поверхности. Являясь самым массивным телом в нашей системе после Солнца, Юпитер оказывает на другие планеты и астероиды наибольшее воздействие.
Являясь самым ярким объектом на ночном небе после Луны и Венеры, Юпитер с древних времён привлекал к себе внимание людей. Во многих культурах Юпитер становился объектом религиозного поклонения. У древних арабов и евреев до появления монотеистического мировоззрения Юпитер ассоциировался с божеством удачи – Гадди. Китайский и индуистский пантеоны также имеют божеств, связанных с Юпитером. Собственно, само название «Юпитер» означает верховное божество древнеримской мифологии. Согласно представлениям астрологов, Юпитер является «королём планет» и символизирует мощь и удачу.
Но, оставим мистику и рассмотрим Юпитер с точки зрения науки. Необходимо сказать, что мало какое небесное тело вызывало столько энтузиазма у исследователей и открывало такое большое количество ранее неизвестных и значительных явлений, как Юпитер.Собственно, Юпитер был первой планетой, у которой были обнаружены спутники.
Несмотря на свои огромные размеры, Юпитер очень быстро вращается. За неполных 10 часов он совершает полный оборот вокруг своей оси. Такая огромная скорость вращения создаёт в атмосфере Юпитера колоссальные ветры и штормы. В ней бушуют ураганы, сверкают молнии, и, возможно, идут дожди из сконцентрированного газа, из которого и состоит атмосфера. Масштаб штормов Юпитера таков, что размеры вихрей и циклонов превосходят в диаметре размеры Земли, а их время существования измеряется не неделями, как у нас, а годами и десятилетиями.
Погодные явления в атмосфере Юпитера настолько грандиозны, что имеют имена собственные. Более трёхсот лет в южном полушарии Юпитера наблюдается гигантский ураган – так называемое Большое красное пятно. Его размеры в несколько раз превышают размеры Земли. Помимо этого урагана существуют несколько других, с меньшими размерами. Один из них называется Малое красное пятно, другой – Белый овал. Во всех этих ураганах происходят разряды молний, по мощности в десятки тысяч раз превышающих земные.Облака Юпитера
Юпитер – единственная планета Солнечной системы, которая сама излучает больше энергии, чем получает от Солнца. Чудовищная сила гравитационного сжатия выделяет гигантское количество тепла, а высокая скорость вращения, приводящая к наэлектризованности атмосферы, создаёт вокруг Юпитера мощную магнитосферу и радиационные пояса. Абсолютно все космические аппараты, посылаемые к Юпитеру, получили гигантские дозы радиации, в десятки раз превышающие смертельные дозы для человека.
Огромная масса Юпитера делает его главной причиной появления комет на нашем небосклоне. Гравитационное воздействие Юпитера «вырывает» кометы из области их постоянного обитания – так называемого «Облака Оорта»; кометы устремляются к Солнцу, и отнюдь не все возвращаются обратно в Облако. Некоторые кометы притягиваются Солнцем и падают на него, однако, большинство из них заканчивает свой путь в атмосфере Юпитера.Внутреннее строение
Подобный сценарий ещё 30 лет назад казался невероятным, однако, наблюдение в 1994 году гибели кометы Шумейкера-Леви в атмосфере Юпитера стало первым доказательством этой теории. В дальнейшем, за примерно 20 лет было зафиксировано около пяти случаев гибели планет в атмосфере Юпитера. Таким образом, число уничтоженных Юпитером комет за всё время его существования превышает несколько миллионов! И кто знает, возможно, появление на Земле воды, и, соответственно, жизни, было вызвано падением на неё гигантской кометы, вырванной Юпитером из её «сна» в Облаке Оорта. Как тут не удивиться прозорливости древних, давших Юпитеру имя верховного божества…падение кометы Шумайхера-Леви
Каждый из четырёх галилеевых спутников Юпитера представляют собой уникальное явление, более нигде в нашей системе не повторяющееся. На поверхности спутника Ио имеется множество активных вулканов, извержения которых не раз наблюдалось с космических аппаратов, исследовавших окрестности Юпитера. Европа полностью покрыта тонким слоем льда, под которым располагается гигантский океан, глубиной около сотни километров. Ганимед является самым большим спутником в Солнечной система вообще. А Каллисто обладает сильным магнитным полем, настолько сильным, что оно искажает магнитное поле Юпитера в его окрестностях. Учёные всерьёз рассматривают возможность примитивной жизни в океанах, находящихся на Европе и Каллисто. Все галилеевы спутники всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной, как Луна обращена к Земле.Земля по сравнению с Большоим красным пятном
Юпитер всегда привлекал к себе внимание жителей Земли. Практически все исследования Солнечной системы дальше Марса обязательно включали пролёт космических аппаратов вблизи Юпитера: начиная от аппаратов серии «Пионер» и заканчивая новейшими станциями программы «Новые рубежи». Каждая серия исследований открывает всё новые и новые границы познания, и кто знает, что будет открыто в ближайшее время…
Интересные факты о Юпитере
1. Юпитер — пятая планета от нашего Солнца и находится между Марсом и Сатурном. Если вы думаете, что Земля большая, то это просто ничто по сравнению с Юпитером, который является самой большой планетой нашей Солнечной системы. Если говорить об объеме, то в Юпитер поместятся 1300 таких планет, как Земля. Гравитация на этом «гиганте» в 2.5 раза больше, чем на Земле. Если бы кто-нибудь весом в 100 кг стоял на поверхности Юпитера, то там он весил бы 250 кг. Масса Юпитера в 317 раз больше массы Земли, а также в 2.5 раза больше массы всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых.2. Юпитером звали верховного бога в римской мифологии. Юпитер был сыном Сатурна, а также братом Плутона и Нептуна. Верховный бог был женат на Юноне, однако он имел связи и с другими женщинами, от которых у него были дети. 4 самых больших спутника Юпитера (Ио, Европа, Ганимед, и Каллисто) названы в честь одних из любовников бога Юпитера.Космический аппарат Кассини
3. Это были «Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2», «Галилео», «Улисс», «Кассини» и «Новые горизонты». Первым аппаратом, посетившим Юпитер, был «Пионер-10». Из наиболее поздних исследований следует выделить зонд «Юнона», запущенный в 2011 г., предполагается, что он долетит до Юпитера в 2016 г.Юпитер — самый яркий объект около центра картинки
4. Когда смотришь на ночное небо, планета Юпитер — третий по яркости объект. Самыми яркими объектами нашей Солнечной системы являются Венера и Луна. Однако Юпитер светит даже ярче, чем самая яркая звезда на небосклоне — Сириус. В хороший бинокль или маленький телескоп можно увидеть белый диск Юпитера, а также его 4 ярких спутника.5. У Юпитера самое сильное магнитное поле в нашей Солнечной системе. Оно в 14 раз больше, чем на Земле. Некоторые астрономы считают, что такое поле создается движением металлического водорода внутри планеты. Юпитер — сильный радиоисточник, что может сильно повредить любой космический аппарат, подлетевший слишком близко к «Гигантской планете».6. Несмотря на свою массу, Юпитер является самой быстрой планетой Солнечной системы. Для полного вращения планете достаточно 10 часов. Однако для того, чтобы полностью облететь Солнце Юпитер затрачивает 12 лет. Быстрое вращение Юпитера происходит из-за магнитного поля, а также радиации вокруг планеты.7. У Юпитера 4 кольца. Самое главное из них — оставленное после столкновения метеоритов с 4-мя спутниками (Фива, Метида, Адрастея и Альматея). В отличие от колец Сатурна, в кольцах Юпитера не найден лед. Недавно ученые открыли еще одно кольцо, расположенное ближе всего к планете. Его назвали Гало.8. Бури на Юпитере и Земле чем-то похожи. На Юпитере бури обычно долго не длятся, примерно 3–4 дня. Однако есть и исключения — месяцы. Ураганы на Юпитере всегда сопровождаются молниями и гораздо сильнее, чем штормы на Земле. Сильные ураганы случаются каждые 15–17 лет, их скорость составляет 150 м/с.Галилеевские спутники Юпитера
9. Юпитер имеет 63 спутника. 4 массивных спутника (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто), названых «галилеевыми» спутниками, были открыты в 1610 г. Галилео Галилеем. Ганимед является самым большим спутником, от края до края — 5262 км, что делает его больше, чем планета Меркурий. Этот ледяной спутник облетает вокруг Юпитера за 7 дней. Еще одним интересным спутником является Ио, на котором расположены свирепые вулканы, озера лавы и огромные кальдеры. Горы на Ио достигают 16 км. Этот спутник находится к Юпитеру ближе, чем Луна к нам. Интересный факт: большинство спутников Юпитера имеют в диаметре не больше 10 км.10. В 1665 г. астроном Джованни Кассини первый обнаружил Большое красное пятно на Юпитере. Пятно выглядит как гигантский ураган-антициклон и столетие назад было длиной 40 000 км. Однако в настоящее время его размеры уменьшились наполовину. Большое Красное Пятно на планете Юпитер — это самый большой атмосферный вихрь в Солнечной системе. По его длине могли бы разместиться 3 планеты размером с Землю. Он вращается против часовой стрелки со скоростью около 435 км/ч.
———————————————————————
использован материал сайтов:
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Источник
Лекция по астрономии. планеты-гиганты
Специальность 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»
курс III группа: 1с1, 2с1, 3с1, 4с1
Преподаватель: Жданова Наталия Владимировна
ЛЕКЦИЯ 12. Планеты-гиганты, их спутники и кольца. (2 часа)
Общая характеристика планет-гигантов
Общая характеристика планет-гигантов
Планеты-гиганты в отличие от планет земной группы не имеют твердой поверхности, по химическому составу (99 % водорода и гелия) и плотности (1 г/см 3 ) они напоминают звезды. Большая масса этих планет способствует нагреву ядер до температуры свыше + 10000°С . Кроме того, планеты-гиганты довольно быстро обращаются вокруг оси и имеют большое количество спутников
Главной загадкой всех планет-гигантов является источник внутренней энергии, которую излучают эти планеты в инфракрасной части спектра. Источником энергии не могут быть термоядерные реакции, потому что масса планет-гигантов недостаточна для превращения их в звезды. Не исключена возможность, что гиганты излучают энергию, которая была накоплена при образовании Солнечной системы. Возможно, что в прошлом Юпитер имел достаточно высокую температуру на поверхности и светился на небе молодой Земли в 100 раз ярче Луны.
Юпитер
Юпитер был назван в честь могущественного бога римской мифологии. Это самая большая планета Солнечной системы. Основными компонентами атмосферы Юпитера являются водород — 86,1% и гелий — 13,8%, а в облаках замечено присутствие метана, аммиака и водяного пара. Верхний слой светлых облаков, где атмосферное давление достигает 1 атм, имеет температуру -107 °С и состоит из кристалликов аммиака.
Строение атмосферы Юпитера по результатам исследований АМС «Галилей» (США). Уровень, где давление достигает 1 атм, считают своего рода «поверхностью» планеты.
Расположенный ниже слой облаков с примесями серы — красного цвета. Ниже всего находятся облака из водяного пара, которые образуются на глубине 80 км от верхних светлых облаков. Температура и атмосферное давление с глубиной постепенно растут.
Полосы облаков в атмосфере. Из недр Юпитера поступает поток энергии, который вызывает конвекцию — теплые слои воздуха поднимаются вверх, а холодные — опускаются вниз. Сильные горизонтальные ветры возникают из-за суточных перепадов температуры между ночным и дневным полушариями планеты.
Недавно появились гипотезы о возможности существования жизни в облаках Юпитера, ведь его атмосфера имеет все компоненты, которые были необходимы для появления жизни на Земле. Некоторые слои облаков теплые и относительно комфортные для существования даже земных микроорганизмов.
Большое Красное Пятно, которое находится в южном полушарии Юпитера и по размерам почти вдвое больше, чем Земля, является огромным вихрем в атмосфере, в котором ветер дует с ураганной скоростью до 100 м/с (фото АМС «Вояджер», США). Почему этот вихрь, который заметили еще 300 лет назад, существует до настоящего времени, остается загадкой.
На глубине 20000 км водород переходит в металлическое состояние, и его физические свойства напоминают расплавленный металл, который хорошо проводит электрический ток. Такого агрегатного состояния водорода (плотность 4 г/см 3 при давлении 10 6 атм) на Земле не существует. Благодаря электрическому току, который генерируется в этой металлической оболочке, возникает мощное магнитное поле, поэтому вокруг Юпитера образуются радиационные пояса, которые в 10 4 раза интенсивнее земных. Юпитер является мощным источником радиоизлучения. В центре Юпитера существует твердое ядро, по химическому составу подобное планетам земной группы, которое может состоять из скальных пород.
Сатурн
Сатурн — самая удаленная планета, которую знали астрономы в древности, — названа в честь отца главного бога Юпитера. После изобретения телескопа обнаружили, что Сатурн является самой красивой планетой Солнечной системы, так как его сказочное кольцо завораживает как детей, так и взрослых (о природе кольца см. § 10). Сатурн не имеет того разнообразия красок, который наблюдается в атмосфере Юпитера, но структура атмосфер этих планет очень похожа. Желтоватый цвет верхним слоям атмосферы Сатурна придают снежные облака из аммиака. На глубине 300 км от верхних слоев облаков располагаются облака воды, в которых при повышении температуры снег превращается в дождь.
Верхние слои облаков получают энергию как от Солнца, так и из глубин Сатурна. В результате взаимодействия этих потоков энергии возникают сильные ветры, направленные преимущественно с запада на восток, скорость которых достигает 400 м /с. Из-за ветров образуются темные полосы облаков, которые располагаются параллельно экватору.
Средняя плотность Сатурна меньше, чем воды, что свидетельствует о небольшом количестве тяжелых химических элементов в ядре планеты.
Сатурн, как и Юпитер, имеет магнитное поле, радиационные пояса и является источником радиоизлучения.
Сатурн излучает в космос больше энергии, чем получает от Солнца. Астрономы недавно обнаружили дефицит гелия в атмосфере Сатурна по сравнению с атмосферой Юпитера и предложили интересную гипотезу о возможном источнике его энергии. На Сатурне гелий не полностью растворяется в водороде. В водородной атмосфере Сатурна он образует капли, которые конденсируются в атмосфере как своеобразный туман и затем выпадают в виде дождя. Такие гелиевые осадки в верхних слоях атмосферы могут быть источником внутренней энергии, поскольку более плотный гелий (по сравнению с водородом) опускается ближе к центру. Потенциальная энергия капель гелия превращается в кинетическую, что приводит к повышению температуры в недрах. Со временем гелиевые дожди прекратятся, и температура на Сатурне снизится.
Планета названа в честь бога неба Урана и является истинно голубой, так как одну седьмую ее атмосферы составляет метан. Существует одна особенность, которая выделяет Уран среди всех планет Солнечной системы: его экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 98°. Такой большой угол наклона приводит к уникальной в Солнечной системе смене времен года — полярные круги располагаются почти на экваторе, а тропики — у полюсов. Это означает, что Солнце освещает один из полюсов планеты почти 42 земных года, в то время как на другом полюсе столько же длится полярная ночь. Уран получает от Солнца гораздо меньше энергии, чем Земля, и температура верхних слоев атмосферы не поднимается выше -215 °С.
Астрономы долгое время наблюдали за Ураном, но не обнаружили существенных изменений цвета или образований в атмосфере. Только в 2007 г., когда Солнце освещало одновременно оба полушария Урана, в телескопы были замечены полосы облаков.
Ось вращения Урана лежит почти в плоскости орбиты, поэтому там тропики совпадают с полярным кругом. Продолжительность сезонов на Уране 21 земной год. Осевое вращение Урана происходит в направлении, противоположном направлению вращения других планет.
Нептун
Планета, которую назвали в честь бога подводного мира, находится на окраине Солнечной системы и имеет период обращения 164,8 земного года. Со времени своего открытия в 1846 г. Нептун сделал полный оборот вокруг Солнца только в 2011 г. Планета имеет сильный внутренний источник энергии и излучает в космос тепла почти втрое больше, чем получает от Солнца.
Под облаками температура атмосферы постепенно повышается до +700 °С, поэтому вода там не может находиться в жидком состоянии. Более реальна гипотеза о водяных облаках с раствором аммиака, плотность которых может превосходить плотность жидкой воды в несколько раз. Скорость ветров в облаках достигает 500 м/с. Почему возникают сильные ветры на такой холодной планете — это еще одна неразгаданная тайна Нептуна.
На Нептуне обнаружен гигантский вихрь с диаметром более 1000 км, который называется Большое Черное Пятно.
Выводы
По химическому составу планеты-гиганты напоминают звезды. У них нет твердой поверхности, и потому на эти планеты никогда не совершат посадку пилотируемые космические корабли. Под холодными облаками гиганты имеют горячие недра, температура которых достигает десятков тысяч градусов. Одной из тайн остается источник внутренней энергии планет-гигантов, так как все они, за исключением Урана, излучают в космос больше энергии, чем получают от Солнца.
Тесты
Какие планеты излучают в космос больше энергии, чем получают от Солнца?
А. Все планеты-гиганты.
Б. Юпитер, Сатурн, Нептун.
В. Юпитер, Сатурн, Уран.
Г. Уран.
Какие планеты вращаются вокруг оси в обратном направлении?
А. Венера, Юпитер.
Б. Все планеты-гиганты.
В. Юпитер, Сатурн.
Г. Уран, Венера.
На поверхности какой из этих планет наблюдается самая большая продолжительность дня?
А. На Венере.
Б. На Марсе.
В. На Юпитере.
Г. На Уране.
Д. На Земле.
Сколько времени длится день на полюсах Урана?
А. 21 земной год.
Б. 17 ч 14 мин.
В. 1 месяц.
Г. 1 земной год.
Д. 42 земных года.
Какие особенности у планет-гигантов?
Почему Юпитер можно считать очень похожим на звезду?
Что вызывает гелиевые дожди на Сатурне?
Чем обусловлена смена времен года на Уране?
Вычислите наименьшее и наибольшее расстояния между Землей и Юпитером (см. прил. 3, 4).
С помощью подвижной карты звездного неба определите, в какое время планеты-гиганты восходят и заходят в день вашего рождения в текущем году.
Задания для наблюдений
С помощью астрономического календаря отыщите на небе Юпитер и Сатурн и определите, в каком созвездии наблюдаются эти планеты.
Какие планеты-гиганты видны сегодня в вечернее время?
Ключевые понятия и термины:
Большое Красное Пятно, Большое Черное Пятно, планеты-гиганты, слои облаков, полосы облаков.
Астрономия. Базовый уровень. 11 класс: учебник / Б. А. Воронцов-Вельяминов, Е. К. Страут. – 5-е изд., пересмотр. – М.: Дрофа, 2018.
Астрономия. 11 класс. Методическое пособие к учебнику Б. А. Воронцова-Вельяминова, Е. К. Страута «Астрономия. Базовый уровень. 11 класс»/ М. А. Кунаш. — М.: Дрофа, 2018.
Н.Н. Гомулина. Открытая астрономия/ Под ред. В.Г. Сурдина. – Электронный образовательный ресурс. http://www.college.ru/astronomy/course/content/index.htm
В.Г. Сурдин. Астрономические задачи с решениями/ Издательство ЛКИ, 2017 г.
Вселенная в вопросах и ответах. Задачи и тесты по астрономии и космонавтике. В.Г. Сурдин. 2017
Источник