Внутреннее строение - Планеты Солнечной системы: Юпитер

Структура

На данный момент наибольшее признание получила следующая модель внутреннего строения Юпитера:

Атмосфера. Ее делят на три слоя:

Внешний слой, состоящий из водорода;

Средний слой, состоящий из водорода (90 %) и гелия (10 %);

Нижний слой, состоящий из водорода, гелия и примесей аммиака, гидросульфида аммония и воды, образующих три слоя облаков:

Вверху - облака из оледеневшего аммиака (NH3). Его температура составляет около ?145°C, давление - около 1 атм;

Ниже - облака кристаллов гидросульфида аммония (NH4HS);

В самом низу - водяной лед и, возможно, жидкая вода вероятно, имеется в виду - в виде мельчайших капелЬ. Давление в этом слое составляет около 1 атм, температура примерно ? 130°C (143 К). Ниже этого уровня планета непрозрачна.

Слой металлического водорода. Температура этого слоя меняется от 6300 до 21 000 К, а давление от 200 до 4000 ГПа.

Каменное ядро.

Построение этой модели основано на синтезе наблюдательных данных, применении законов термодинамики и экстраполяции лабораторных данных о веществе, находящемся под высоким давлением и при высокой температуре. Основные предположения, положенные в ее основу:

Юпитер находится в гидродинамическом равновесии

Юпитер находится в термодинамическом равновесии.

Если к этим положениям добавить законы сохранения массы и энергии, получится система основных уравнений.

В рамках этой простой трехслойной модели четкой границы между основными слоями не существует, однако и области фазовых переходов невелики. Следовательно, можно сделать допущение, что почти все процессы локализованы, и это позволяет каждый слой рассматривать отдельно.

Атмосфера

Температура в атмосфере не растет монотонно. В ней, как и на Земле, можно выделить экзосферу, термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу. В самых верхних слоях температура велика; по мере продвижения вглубь давление растет, а температура падает до тропопаузы; начиная с тропопаузы, и температура, и давление растут по мере продвижения вглубь. В отличие от Земли, на Юпитере нет мезосферы и соответствующей ей мезопаузы.

В термосфере Юпитера происходит довольно много интересных процессов: именно здесь планета теряет излучением значительную часть своего тепла, именно здесь формируются полярные сияния, именно тут формируется ионосфера. За ее верхнюю границу взят уровень давления в 1 нбар. Наблюдаемая температуратермосферы 800-1000 К, и на данный момент этот фактический материал до сих пор не получил объяснения в рамках современных моделей, так как в них температура не должна быть выше примерно 400 К. Охлаждение Юпитера тоже нетривиальный процесс: трехатомный ион водорода (H3+), кроме Юпитера найденный только на Земле, вызывает сильную эмиссию в средней инфракрасной части спектра на длинах волн между 3 и 5 мкм.

Согласно непосредственным измерениям спускаемого аппарата, верхний уровень непрозрачных облаков характеризовался давлением в 1 атмосферу и температурой ?107°C; на глубине 146 км - 22 атмосферы, +153°C. Также "Галилео" обнаружил "теплые пятна" вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок, и можно видеть более теплые внутренние области.

Под облаками находится слой глубиной 7-25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет свое состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°C). Четкой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует. Это может выглядеть примерно как непрерывное кипение глобального водородного океана.

Ядро

С помощью измеренных моментов инерции планеты можно оценить размер и массу ее ядра. На данный момент считается, что масса ядра - 10 масс Земли, а размер - 1,5 ее диаметра.

Юпитер выделяет существенно больше энергии, чем получает от Солнца. Исследователи предполагают, что Юпитер обладает значительным запасом тепловой энергии, образовавшимся в процессе сжатия материи при формировании планеты. Прежние модели внутреннего строения Юпитера, стараясь объяснить избыточную энергию, выделяемую планетой, допускали возможность радиоактивного распада в ее недрах или освобождение энергии при сжатии планеты под действием сил тяготения.

Похожие статьи




Внутреннее строение - Планеты Солнечной системы: Юпитер

Предыдущая | Следующая