Внутреннее строение Юпитера. Часть 2.

Автор: Administrator

07.12.2008 13:19

Детальное исследование формы гравитационного поля планеты проводилось путем слежения за движением космических аппаратов серии «Пионер» при их пролете вблизи планеты. Их траектории были рассчитаны в предположении точечной массы Юпитера, и отклонения от предсказанных траекторий фиксировались с высокой точностью. Анализ гравитационного поля по результатам эксперимента слежения за аппаратами «Пионер» показал, что предполагаемое твердое тело, скрытое под атмосферой Юпитера, на самом деле является жидким.

Модель внутреннего строения Юпитера, основанная на результатах наблюдений серии космических аппаратов «Пионер», была разработана Андерсоном (Калифорнийский технологический институт) и Хаббардом (Аризонский университет). Модель построена в согласии с данными о гравитационном и магнитном полях и экстраполяцией лабораторных исследований свойств водорода при высоких температурах и очень высоких давлениях. Проведенные расчеты показали, что в центре планеты, где температура достигает 30 000 К, находится небольшое каменное ядро. Это ядро скорее всего состоит в основном из железа и силикатов, веществ, которые составляют основную массу Земли. Наличие такого ядра следует из космогонических теорий: если состав Юпитера напоминает солнечный, планета должна содержать небольшое количество этих элементов. Поскольку они сравнительно плотные, то должны собраться в центре. Ядро Юпитера не может быть обнаружено при измерениях поля силы тяжести, так что его существование пока не доказано.

Гипотетическое ядро окружено мощной оболочкой; относительное содержание водорода в ней далеко превосходит обилие всех остальных элементов. Здесь заключены практически вся масса и объем планеты. Водородная оболочка разделена на два слоя, в обоих водород находится в жидкой стадии, но в различных физических состояниях. Внутренний слой простирается от ядра до радиуса ~ 46 000 км, где давление достигает примерно 3 млн. земных атмосфер, а температура равна 11 000 К. В этом слое водород находится в жидком металлическом состоянии, которое еще не наблюдалось в лаборатории, поскольку может существовать только при исключительно высоких давлениях. В жидком металлическом состоянии молекулы водорода диссоциируют на атомы и жидкость становится электропроводящей. Внешний слой простирается до 70 000 км и состоит главным образом из жидкого молекулярного водорода. Над слоем молекулярного водорода, простираясь до верхнего края облаков на 100 км, находится атмосфера.

Если эта модель внутреннего строения верна, то избыток тепла, излучаемого Юпитером, представляет собой просто остаток той энергии, которая выделилась в период формирования планеты из протосолнечного облака. Прежние модели Юпитера для объяснения этого избытка тепла вводили радиоактивность или освобождение энергии при сжатии огромной газовой планеты под действием сил тяготения. Однако, поскольку жидкость практически несжимаема, Юпитер не может излучать тепло, выделяющееся при сжатии; наоборот, он сжимается из-за того, что медленно остывает. Предлагаемое объяснение избытка радиации требует, чтобы начальная тепловая энергия планеты, заключенная главным образом в ее недрах, равномерно передавалась на поверхность. Поэтому в соответствии с моделью жидкой планеты предполагается, что большая часть массы Юпитера перемешивается крупномасштабными конвективными потоками, хотя конвекция может частично сдерживаться градиентом содержания гелия.