Юпитер преподносит много сюрпризов: он генерирует мощные полярные сияния, сильные радиошумы; возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури - потоки мелких твердых частиц, выброшенных в результате электромагнитных процессов в магнитосфере Юпитера. Мелкие частицы, которые получают электрический разряд при облучении солнечным ветром,
Рис. 1 - Кольца планеты Юпитер.
обладают очень интересной динамикой:являясь промежуточным случаем между макро- и микротелами, они примерно одинаково реагируют и на гравитационные, и на электромагнитные поля. Именно из таких мелких каменных частиц в основном состоит кольцо Юпитера, открытое в марте 1979 г. (косвенное обнаружение кольца в 1974 г. по данным "Пионера" осталось непризнанным). Его главная часть имеет радиус 123-129 тыс. километров. Это плоское кольцо около 30 км толщиной и очень разреженное - оно отражает лишь несколько тысячных долей процента падающего света. Более слабые пылевые структуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и образуют над кольцом толстое гало, простирающееся до ближайших спутников. Увидеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повернуто к наблюдателю ребром из-за малого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты. На Рис. 1 - Схематическое изображение кольцевой системы Юпитера показывает соотношение между различными кольцами и его мелкими внутренними спутниками, которые являются источником пыли, формирующей кольца. Самое внушительное кольцо, показанное серым оттенком, - это гало. Тонкое узкое основное кольцо показано красным цветом, на его границе расположены спутники Адрастея и Метис. Кольцо состоит из частиц, выбиваемых из этих двух спутников. Феб и Амальтея более удалены от Юпитера и формируют тонкие паутинообразные кольца, которые обозначены желтым и зеленым цветами.
Магнитосфера Юпитера
Магитосфера: Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции с величиной самой планеты - оно простирается на 650 миллионое километров (за орбиту Сатурна!). Если магнитосфера его была бы видна, она бы с Земли имела угловой размер, равный размеру Луны. Магнитное поле Юпитера значительно более сильное, чем земное, но в направлении Солнца оно почти в 40 раз меньше. Форма магнитосферы Юпитера, как и других планет, далека от сферической. Компас на Юпитере укажет юг, а не север, как это было бы на Земле, так как магнитное поле Юпитера имеет противоположное направление по сравнению с земным. Магнитосфера Юпитера, формируемая солнечным ветром, выглядит в виде слезы. Электроны и протоны высоких энергий, захваченные магнитным полем Юпитера, образуют радиационные пояса, похожие на земные, но сильно превышающие их по размеру. Радиоизлучение Юпитера, обнаруженное в 1955 г, послужило первым признаком наличия у него сильного магнитного поля, которое в 4000 раз сильнее земного. Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит
Радиационные пояса планеты.
дипольный момент Земли, но так как напряженность магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряженность у поверхности Юпитера выше, по сравнению с Землей, только в 5-6 раз. Магнитная ось наклонена к оси вращения на (10,2 ± 0,6)°. Дипольная структура магнитного поля доминирует до расстояний порядка 15 радиусов планеты. Юпитер обладает обширной магнитосферой, которая подобна земной, но увеличена примерно в 100 раз. Закручивание электронов вокруг силовых линий порождает радиоизлучение, причем задержанные около планеты электроны дают синхротронное излучение в диапазоне дециметровых волн. Декаметровое излучение, наблюдаемое только от некоторых областей планеты, связано с взаимодействием ионосферы Юпитера со спутником Ио, орбита которого проходит внутри огромного плазменного тора. Это взаимодействие порождает также полярные сияния. Обнаруженное "Вояджерами" излучение в километровых длинах волн возникает в высоких широтах планеты и в плазменном торе. Наблюдая 18 декабря 2000 года в течение 10 часов, удалось обнаружить пульсирующий источник рентгеновского излучения в полярных районах верхних слоев атмосферы Юпитера с помощью оборудования орбитального телескопа "Chandra". Вспыхивает наподобие маяка каждый 45 минут. Никакие из существующих ныне теорий не могут объяснить ни природу возникновения излучения, ни его пульсирующий характер. Радиационные пояса: Эти два изображения показывают радиационные пояса Юпитера в течение 10 часов. Они контролируются магнитным полем планеты, поэтому изменяются при ее вращении. Изображение планеты дано для того, чтобы показать относительный размер этих поясов. При облете Юпитера основная антенна "Кассини" была все время направлена в сторону планеты, что позволило записать данные об интенсивности радиоизлучения в полосе, охватывающей почти четверть оборота Юпитера. Впервые был записан спектр высокоэнергетичных электронов в окружающем пространстве Юпитера. Оказалось, что плотность этих электронов меньше, чем предполагалось ранее, а это означает, что гораздо больше электронов, чем ожидалось, обладают меньшей энергией, а именно они и представляют основную опасность для электронного оборудования космических аппаратов. Результаты наблюдений показали, что район Юпитера представляет зону самого жесткого радиационного окружения во всей Солнечной системе, а максимально жесткое излучение наблюдается на расстоянии до 300 тыс. км от его поверхности.
Полярные сияния
Наблюдения космического телескопа "Хаббл" показали, что оно имеет ту же природу, что и земное: быстрые электроны, дрейфующие в магнитосфере планеты вдоль силовых линий между полюсами, попадают у полюсов в верхние слои атмосферы и вызывают свечение газа.
Рис 2. - Полярное сияние на Юпитере
Полярное сияние Юпитера интенсивнее всего проявляется в ультрафиолетовом диапазоне, поскольку рсновные спектральные линии водорода, доминирующего в атмосфере Юпитера, лежат в жестком ультрафиолете. Свой вклад в исследование Юпитера внесла и орбитальная обсерватория "Чандра", получившая изображение планеты в рентгеновских лучах. На нем впервые были обнаружены рентгеновские пятна и полярное рентгеновское излучение. Данные обсерватории "Чандра" также показывают, что рентгеновское излучение пятна таинственным образом пульсирует с периодом около 45 минут. На недавно опубликованной фотографии с Космического телескопа имени Хаббла (см Рис 2.), сделанной в ультрафиолетовых лучах, полярные сияния выглядят как кольцеобразные пояса вокруг полюсов планеты. Полярные сияния на Юпитере отличаются от земных наличием ряда ярких полос и пятен, порождаемых трубками магнитного поля, что соединяют Юпитер с его крупнейшими спутниками. В данном конкретном случае яркая черточка у самого левого края и два ярких пятнышка - одно чуть пониже центра и другое справа от него - представляют собой ни что иное как следы Ио, Ганимеда и Европы, соответственно. Следует заметиь, что снята дневная сторона Юпитера (с Земли можно снять тольку узкую ночную полоску) и в ультрафиолете сияние ярче отраженных солнечных лучей.
Открытие кольца
Кольцо Юпитера было обнаружено космическим аппаратом Вояджер 1 по единственному снимку слабой кольцевой системы. Замечательным открытием миссии Галилео стало выявление источника и природы образования колец Юпитера. Согласно данным, полученным от космического аппарата Галилео, система колец Юпитера образуется пылью, выбитой межпланетными метеороидами с поверхности четырех малых внутренних спутников Юпитера. В конце 70-х годов Вояджер впервые обнаружил следующую структуру колец Юпитера: четкого главного кольца и внутреннего облакоподобного гало, находящегося внутри основного кольца. Один из снимков Вояджера обнаружил третье слабое внешнее праутинное кольцо. Новые наблюдения Галилео подтвердили существование слабого кольца, названного Gossamer или паутинным из-за его прозрачности.
Строение кольца Юпитера
Сейчас известно, что кольцо состоит из трех основных компонент. Главное кольцо около 7000 километров шириной имеет резкую внешнюю границу на расстоянии 129 230 км от центра планеты. Основное кольцо окружено орбитами двух маленьких спутников Адрастеи и Метиды. На внутренней стороне основное кольцо постепенно переходит в гало. Гало представляет собой широкий слабый тор материала около 20 000 км толщины, который распространяется от главного кольца до верхних облаков планеты. С внешней стороны главного кольца начинается широкое и чрезвычайно слабое паутинное кольцо. Внутреннее паутинное кольцо простирается до орбитыАмальтеи и его толщина соответствует максимальному отклонению Амальтеи от экваториальной плоскости Юпитера. Внешнее слабое, но более широкое паутинное кольцо в основном лежит внутри орбиты Тебы и имеет толщину, связанную с отклонением Тебы от плоскости экватора Юпитера. Кольца состоят из крошечных частиц пыли, выбитой из малых спутников, когда они бомбардировались межпланетными метеороидами или фрагментами комет или астероидов. Альбедо кольца 0.015.
Происхождение кольца Юпитера
Удары метеороидов в малые спутники Адрастея и Метида с низкой гравитацией поставляют материал в главное кольцо Юпитера. Амальтея и Теба являются источниками паутинного кольца, которое сложено из микроскопических частиц этих спутников. Находясь в сильном гравитационном поле Юпитера, маленькие спутники особенно уязвимы к ударам различных фрагментов, захваченных Юпитером, из-за их относительной близости к гигантской планете. Ученые предполагают, что, когда межпланетные метеороиды или фрагменты комет или астероидов ударяются о поверхность малых спутников, пыль, выбитая с поверхности, приобретает значительные скорости в сильном гравитационном поле Юпитера. При этих ударах, если спутник достаточно велик, то пылевые частицы не покидают гравитационного поля спутника. Так, находящаяся на периферии главного кольца крошечная Адрастея с диаметром 25 километров удерживает частицы главного кольца. Если скорость выбитых частиц достаточно велика, они покидают гравитационное поле спутника и выходят на орбиты, подобные источникам их возникновения, т.е. находятся на тех же расстояниях от Юпитера и с тем же наклоном относительно плоскости экватора. Наклоненная орбита качается около плоскости экватора, подобно Hula-Hoop. Так как все пылевые частицы имеют подобные орбиты, отличающиеся только ориентацией Hula-Hoop, то все вращающиеся пылевые частицы образуют диск. Толщина внутренней части паутинного кольца соответствует максимальному отклонению наклоненной орбиты Амальтеи от плоскости экватора, толщина второй части паутинного кольца - больше, так как орбита Тебы имеет больший наклон орбиты, чем Амальтея. Верхняя и нижняя границы паутинного кольца в 2 - 3 раза ярче его срединной части. Внутреннее гало состоит из выброшенных частиц из главного кольца. Электрически заряженные частицы, попадая в сильное электромагнитное поле Юпитера, образуют облако частиц, которое простирается вверх и вниз от главного кольца и медленно дрейфует в сторону планеты. Это вертикальное распределение частиц - тороидальное гало - необычно для планетных колец, а материал частиц гало достигает 27 000 км над плоскостью кольца. Внутрь оно простирается до облаков планеты. Главное кольцо имеет 7000 км ширины и внешнюю границу 129 130 км от центра планеты.
Кроме того, группа ученых Колорадского университета сообщила (Пресс-релиз от 3 апреля 1998 г.), что открыто слабое кольцо межпланетной и межзвездной пыли около 1 126 000 километров в диаметре, вращающееся вокруг Юпитера. Большинство пылевых частиц имеют обратные орбиты, т.е. движутся в направлении, противоположном вращению планеты и ее спутников. Причина обратных орбит крошечных частиц пока еще неясна.
