Атмосфера Юпитера: состав и структура¶

Атмосфера Юпитера — это самый большой и массивный газовый слой среди всех планет Солнечной системы, простирающийся на тысячи километров вглубь планеты и не имеющий чёткой нижней границы, плавно переходящий в жидкую металлическую оболочку. Она характеризуется мощной турбулентностью, экстремальным давлением, сильными ветрами и уникальным химическим составом, определяющим её полосатую структуру и знаменитое Большое Красное Пятно.

¶Состав атмосферы

Основу атмосферы Юпитера составляют молекулярный водород (около 90 % по объёму) и гелий (примерно 10 %). На долю остальных элементов приходится менее 0,1 %: это метан (CH₄), аммиак (NH₃), сероводород (H₂S), вода (H₂O) и различные углеводороды (этан, ацетилен). Примеси именно этих соединений, а также соединения фосфора и серы придают облакам их характерные оттенки — от белого и жёлтого до красновато-коричневого.

Соотношение водорода и гелия в атмосфере близко к солнечному, однако гелий в верхних слоях несколько обеднён из-за его конденсации в виде капель в нижних, более плотных слоях. Тяжёлые элементы (углерод, азот, сера, кислород) встречаются в атмосфере Юпитера в 2–4 раза чаще, чем на Солнце, что указывает на обогащение планеты льдами и каменистым материалом в процессе формирования.

¶Строение и слои

Атмосфера Юпитера разделяется на несколько слоёв, различающихся по температуре, давлению и агрегатному состоянию веществ.

¶Тропосфера

Нижний слой атмосферы, где формируются облака и происходят основные погодные явления. Давление здесь возрастает от 0,1 до нескольких атмосфер, температура колеблется от −160 °C в верхней части до +20 °C у нижней границы. Именно в тропосфере выделяют три яруса облаков:

• верхний ярус — кристаллы аммиака (NH₃) и гидросульфида аммония (NH₄SH), белого и жёлтого цвета;
• средний ярус — водный лёд и капли воды, иногда с примесью аммиака;
• нижний ярус — растворы аммиака в воде, формирующие плотные тёмные облака.

¶Стратосфера

Расположена выше тропосферы, до высоты около 320 км. Температура здесь сначала понижается, а затем резко растёт из-за поглощения солнечного ультрафиолета частицами аэрозолей и молекулами углеводородов. В стратосфере присутствуют полярные сияния и тонкие слои дымки.

¶Термосфера и экзосфера

Верхние разреженные слои, где температура достигает 1000 °C и выше из-за нагрева солнечным ветром и магнитосферными процессами. Плотность вещества крайне мала, и атмосфера постепенно переходит в межпланетное пространство.

¶Полосы и зоны

Визуально атмосфера Юпитера представляет собой систему чередующихся светлых зон и тёмных поясов, параллельных экватору. Светлые зоны — это области восходящих потоков, где облака поднимаются выше и охлаждаются, образуя белые кристаллы аммиака. Тёмные пояса соответствуют нисходящим потокам: здесь воздух опускается, нагревается и становится прозрачнее, обнажая более глубокие и тёмные слои облаков.

Скорость ветров в полосах достигает 100–150 м/с, а в экваториальной струе — до 180 м/с. Направление ветров чередуется с широтой: соседние полосы движутся в противоположные стороны. Эта система устойчива и сохраняется десятилетиями, хотя яркость и положение полос могут меняться.

¶Большое Красное Пятно

Наиболее известная деталь юпитерианской атмосферы — Большое Красное Пятно, гигантский антициклон, наблюдаемый более 350 лет. Размеры пятна достигают 16–40 тысяч км в длину и 12–14 тысяч км в ширину, что превышает диаметр Земли. Ветер внутри вихря вращается со скоростью до 430 км/ч. Красноватый цвет объясняется присутствием сложных органических соединений и соединений фосфора. За последние столетия пятно постепенно уменьшается, но остаётся стабильным образованием.

¶Другие вихри и явления

Помимо Большого Красного Пятна, в атмосфере Юпитера наблюдаются:

• белые овалы — небольшие антициклоны в южном полушарии;
• бури и молнии, зафиксированные аппаратами «Вояджер» и «Юнона»;
• полярные сияния в ультрафиолетовом диапазоне;
• гравитационные волны и вихревые структуры на границах полос.

¶Исследования

Первые сведения об атмосфере Юпитера получены в 1970-х годах с помощью аппаратов «Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Воявджер-2». В 1995 году зонд «Галилео» впервые вошёл в атмосферу и передал данные о её составе и температуре до глубины 150 км. С 2016 года орбитальная станция «Юнона» изучает атмосферу, гравитационное поле и магнитосферу планеты, уточнив данные о содержании воды и структуре глубоких слоёв.

¶Источники

• Ингерсолл Э. П. «Юпитер: гигант Солнечной системы» (обзорные данные миссий «Галилео» и «Юнона»).
• Данные миссий NASA «Вояджер», «Галилео», «Юнона».
• «Атмосферы планет-гигантов» // Успехи физических наук, 2018.