Tamás Ferenc: Naprendszer elemei – Jupiter

A Jupiter a Naptól számítva az ötödik bolygó, belülről számítva az első gázóriás. Méretét tekintve messze a legnagyobb. Tömege nagyobb, mint az összes többi bolygóé együttvéve. Rengeteg kisebb-nagyobb holdja van, melyek szilárd burokkal rendelkeznek.

(Képen: Jupiter mérete összehasonlítva a Földdel. Kép eredetije: https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA21774.jpg)

A szikár adatok:

Tömeg: 1,8982*10²⁷ kg (= 317,8-szerese a Földének).
Egyenlítői sugár: 71492 km (= 11,2-szere a Földnek).
Sarkoknál mért sugár: 66854 km (= 10,5-szerese a Földnek).
Térfogat: 1,4313*10¹⁵ km³ (= 1321-szerese a Földnek).
Átlagos sűrűsége: 1,326 g/cm³.
Átlagos távolság a Naptól: 778,57 millió km. (= 5,2-szere a Földének)
Összetétele: (főleg) gázok.
Felszíni gravitáció: 23,12 m/s² (földi nyomáson).
Szökési sebesség: 59,5 km/s.
Keringési idő a Nap körül: 4333,29 nap (= 11,86 év).
Forgási idő (az ottani egyenlítőnél): 0,4135 nap (= 9 óra 55 perc 30 mp).
Holdja: (kb.) 60-80 + gyűrűk.

A Jupiter a bolygók óriása. A Jupiter átlagos sűrűsége aránylag kicsi, csak alig nehezebb a víznél. Ám a Jupiter nagyon nehéz: tömege kb. 2,5-szerese az összes többi bolygó együttes tömegének. Bár a Naprendszeren kívüli ún. exobolygók között vannak a Jupiternél nagyobbak is, de ezek többségéről nagy bizonyossággal feltételezik, hogy gázóriások.

A Jupiter jelenlegi adatai és (számítógépes) látképe: https://solarsystem.nasa.gov/planets/jupiter/overview/

A bolygó-óriás belsejét nem ismerjük pontosan, de az energiakibocsájtása kicsit nagyobb, mint az energia-elnyelése, így tulajdonképpen csillagnak is minősülhet. A bolygó által termelt hőt a Kelvin-Helmholtz folyamat hozza létre adiabatikus összehúzódással. Ennek eredményeként a bolygó évente 2 cm-rel lesz kisebb. A Naprendszer kialakulásakor (amikor a Jupiter is keletkezett), akkor a bolygó a számítások szerint kb. kétszer nagyobb méretű és sokkal melegebb volt, mint jelenleg.

A Jupiter belső szerkezete jelenleg nem ismert. A legmegbízhatóbb számítások szerint a felső, optikailag is látható felhőréteg alatt folyamatosan sűrűsödik az anyag. Lehetséges, hogy a bolygónak van egy szilárd magja, melyet sűrű, fémes hidrogén vesz körül. Ez a réteg alkotja a bolygó tömegének nagy részét. A hőmérséklet és a nyomás egyaránt nő a belső részek felé közeledve.

(Kép eredetije: http://physics.uoregon.edu/~jimbrau/BrauImNew/Chap11/7th/AT_7e_Figure_11_12.jpg)

A Jupiter legfelső felhőrétegeit ammóniakristályok alkotják, a középső réteg túlnyomóan ammónium-hidroszulfidból áll, míg az alsó felhőrétegek vízjégből és gőzből állhatnak. A három felhőréteg együttesen kb. 71 km vastag. Ezek a felhők a bolygó különböző szélességi körein helyezkednek el, így létrehozzák a bolygó különböző színű, világos és sötét zónáit. (Lásd: az első képen). A külső fényképeken látható, sávokat alkotó élénk színekért a bolygó melegebb belső zónáiból feltörő kén- és foszfortartalmú gázok felelősek. A Jupiter igen gyors forgása (csaknem 10 óra) igen erős sugárirányú áramlásokat hoz létre, így szétválasztva sötét és világos zónákra a felhőket. Amúgy magának a bolygóanyagnak túlnyomó része hidrogén és összes tömegének csak kb. ¼-e hélium.

A Jupiter alakja a gyors forgás miatt forgási ellipszoid (azaz erősen lapított gömb), hiszen az egyenlítői sugara kb. 7%-kal nagyobb a sarki sugaránál.

Szilárd felszín nélkül a bolygó egyes foltjai igen hosszú ideig fennmaradhatnak. A viharos Jupiter bolygón az igen erős szelek elérhetik az akár 539 km/h-s sebességet is a bolygó egyenlítőjénél. A felszíni felhőalakzatok legfeltűnőbb része a Nagy Vörös Folt, ami egy igen nagy sebességű állandóan forgó hurrikán. A Nagy Vörös Folt a bolygó déli féltekéjén van, változó szélességeken, méretben és többnyire vörös színben. Az alábbi fényképmontázst még a Voyager-1 űrszonda 1979-ben készített fényképeiből állították össze a NASA kutatói.

(Kép eredetije: http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/20120906-jonsson-voyager-1-jupiter-mosaic.html)

A Jupiter nevezetes felhőalakzata már a nagyobb felbontású távcsövekkel is látható, de valódi szépségét igazán az ottani űrszondákkal készített fotókon adja ki. Maga az örvény általában akkora (vagy kicsivel nagyobb), mint a Föld bolygó. Számítások szerint a szél ottani sebessége hatalmas, de mostani mérések szerint a bolygó leglátványosabb alakzatának átmérője csökken. Helye: a déli féltekén kb. 22^o-os szélességen van. Bár maga a vihar min. 300 éves, de korántsem biztos az állandósága. A viharfolt legmagasabb felhői kb. 8 km-rel vannak a legfelső felhőréteg felett. Magának a viharnak az okát és a fennmaradásának miértjét jelenleg is rejtély övezi. A forgás mivoltát a leszakadó örvénysorok is jól láttatják. A Jupiter felhői nem egyformák és több rétegben vannak jelen. Egyes mérések szerint a vízfelhők vékony rétege húzódhat az ammóniaréteg alatt, amit a Jupiter légkörében megfigyelt hatalmas erejű villámlások is bizonyítanak. A lenti képet a Juno űrszonda készítette 2018. április 1-én a leszakadó örvénysorról.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/pia21985/jupiter-s-great-red-spot-spotted)

Ráadásképpen azt is mondhatjuk, hogy a Nagy Vörös Folt mérete az utóbbi 100 évben nagyjából egyenletesen csökken. A Hubble űrteleszkóp 2009 és 2020 között rendszeresen megfigyelte ezt a látványos jelenségek és ezek alapján jól látható a méret csökkenése.

Nagy Vörös Folt forgásban

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/2andy-home.gif)

A zsugorodás mellett ráadásul az alakja is változik, mivel az eredeti ovális alak egyre jobban közelít a körhöz. A mostani számítások és modellek szerint a Nagy Vörös Folt 2035-re teljesen kör alakú lesz, illetve a Voyager szondák adatait is beleszámoljuk, akkor ez kb. 2039-re fog bekövetkezni. Érdemes megnézni az alábbi videót, amely a Hubble fényképei alapján készült:

A Nagy Vörös Folthoz hasonló viharok elég gyakoriak a Jupiter légkörében, ráadásul a színük is változó (általában fehér és barna), de méretük és főleg tartósságuk messze elmarad a neves ciklonóriástól. A fehér ciklonok viszonylag hűvös felhőkből állnak a felső légkörben, míg a barna oválisok melegebbek és a normál légkörben helyezkednek el.

A bolygó légkörében megjelenő víz egy része a földi távcsövek által is kiválóan megfigyelt 1994-es Shoemaker-Levy 9 üstökösből származik. Akkor az összes elérhető földi eszköz ezt a becsapódás-sorozatot követte. A képek és a készített felvételek, valamint az eredeti adások segítségével készült a következő összeállítás:

A Szaturnuszhoz hasonlóan a Jupiternek is van gyűrűrendszere, de ez kevésbé látványos. A Földről optikailag nem is igazán látható, csak a Jupiter mellett fényképező szondák fedezték fel. Maguk a gyűrűk főleg a holdakról származó porból állnak és a Szaturnusz vizet tartalmazó gyűrűivel szemben főleg porból állnak. A két rendszer közötti hasonlóságot az adja, hogy itt is több hold söpri üresre a gyűrűrendszer egyes részeit.

A Jupiter mágneses tere viszont messze a legnagyobb az egész Naprendszerben, ereje 16-54-szerese a Földének. Az örvény a bolygóval együtt forog és beszippantja az elektromágneses részecskéket a bolygó mágneses sarkai felé, ezzel intenzív sugárzást hoz létre, amely roncsolja a belső holdakat és károsíthatja az ott lévő űreszközöket is. Az alábbi NASA-illusztráción az erős tér látható, melyet a napszél jelentősen módosít.

(Kép eredetije: https://apod.nasa.gov/apod/ap160406.html)

A kép jobb felső sarkában látható egy 2011. októberben készült fényképfelvétel, melyen jól látszik az ottani hatalmas sarki fény. Az elektronok és egyéb töltött részecskék által generált fényjelenség igen látványos, mivel az akkori napkitörés rengeteg töltött részecskét lökött ki a világűrbe. Amúgy maga az iszonyú erős mágneses tér jóval túlnyúlik a Szaturnusz pályáján is. A bolygó forgástengelye és a mágneses tengely 11^o-os szöget zár be. Az erős mágneses tér kialakulásának valószínű oka a bolygó belsejében lévő olvadt fémszerű burok. További érdekesség, hogy a négy nagy hold mindegyike a mágneses tér erős részén belül kering, így ez megvédi a holdakat a napszéltől. Az erős mágneses tér előnye: itt a leglátványosabb a sarki fény a Naprendszeren belül.

A Jupiter újabb furcsasága, hogy a forgástengelye mindössze 3,13^o-os, így valószínűleg a bolygó formálódása óta igen kevés tengelyferdítő becsadás érte. Viszont a kis ferdeség miatt a bolygón nincsenek évszakok – ellentétben a Földdel és a Marssal.

A Jupiter kutatását számtalan szonda végezte. Ezek közül elsők az 1973-ban a bolygó mellett elrepülő Pioneer-10 és az egy évvel később szintén elrepülést végző Pioneer-11 voltak, melyek rengeteg fénykép készítése mellett néhány alapvető kutatást végeztek. (pl. új holdak felfedezése, a sugárzási mezők pontosabb kimérése, közelképek a bolygóról) Utána 1979-ben jöttek a nagysikerű Voyager-1 és Voyager-2 szondák. Az eddigi szondák kizárólag NASA-eredetűek. Ezek a szondák fedezték fel a bolygó gyűrűit, közelről vizsgálták a Nagy Vörös Folt anticiklon mivoltát, az Io holdon működő vulkánokat találtak, valamint az éjszakai féltekén óriási villámokat találtak. Nagy szünet után 1992-ben jött a NASA és az európai űrügynökség által felbocsájtott Nap körüli pályára állított Ulysses szonda, amely 2004-ben tért vissza a bolygóhoz, bár képeket nem készített. Utána jött 1995-ben a bolygó körüli pályára álló Galileo-szonda, amely végül 2003-ban a Jupiterbe csapódott. A Cassini-Huygens szonda 2000-ben útban a Szaturnusz felé meglátogatta a Jupitert is (gyorsítási céllal) és komoly méréseket végzett, valamint igen részletes felbontású képeket készített. Hasonlóan útban a Plutó felé a New Horizons szonda 2007-ben elröpült a Jupiter mellett. Végül a Juno szonda 2016 óta kering és dolgozik a Jupiter körül. A bolygóba csapódó szondák esetén a NASA mérnökei szem előtt tartják azt, hogy ne az Európa holdba csapódjanak be, mivel ott esetleg lehetnek csírái a Földön kívüli életnek. Az alábbi NASA-grafikán a Juno szonda látható háttérben a bolygóóriással.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/images/index.html)

A Jupiternek számos holdja van – 2021.júniusi adat szerint 53 hold biztos és 26 további valószínű, így az óriásbolygót egy miniatűr naprendszer veszi körül. Ezek között a legfontosabbak az ún. Galilei-holdak, melyet Galileo Galilei fedezett fel még 1610. január 7-én. A holdak felfedezése jelentette a Föld-középpontú, azaz geocentrikus világkép végét és a Napközpontú, azaz heliocentrikus világkép beköszöntét. A holdakat már viszonylag kis méretű távcsővel is láthatjuk. A holdak neve: (Jupitertől távolodva) Io, Európa, Ganümédész, Kallisztó. Az alábbi montázson a négy hold látható:

(Kép eredetije: https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA01299)

Az Io hold kicsit nagyobb, mint a Föld Holdja és a harmadik legnagyobb a Jupiter holdjai közül. Az Io közeli felvételein jól láthatóak a vulkáni kürtők, melyek közül több még jelenleg is aktív. A hold geológiai aktivitásának egy részéért a közeli Jupiter gravitációs mezője felelős. Az 1979-es Voyager-felvételeken fedezték fel az első Földön kívüli működő vulkánt.

(Kép eredetije: https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/solar_system_level2/io_volcano.html)

Az akkori és az azóta elkészült felvételek alapján a holdnak a vulkáni kürtők kénkibocsájtása, valamint a folyékony állapotban lévő láva anyagának párolgása miatt van állandó kén-dioxidos atmoszférája. A jéglemezek közötti réseken nagy vízpára-felhők szöknek ki az űrbe.

Bár az Io mindig ugyanazt az arcát mutatja anyabolygója felé, de a nagyobb társai (az Európa és a Ganümédész) az Io pályáját szabálytalanul elliptikus pályára terelik, így a Jupiter miatt a nagyon eltérő távolságoknak köszönhetően hatalmas ár-apály erők érik a holdat. Az Io pályája bolygó közeli, így keresztülmegy az anyabolygó hatalmas mágneses terén, mely a holdat elektromos generátorrá változtatja. Az Io 400ezer Volt feszültséget képes fejleszteni magában 3millió Amper áramerősség mellett, amely a legkisebb ellenállást keresve gigantomán villámokat hoz létre a Jupiter felső légköréig.

2023.májusban a NASA Juno űrszondája, amely pár éve már a Jupit3er körül kering, 50. alkalommal közelítette meg az Io holdat. Így lőtte a mindössze 35 ezer km-re lévő holdról a felvételeket: https://photojournal.jpl.nasa.gov/mission/Juno

Az Io felszínét borító vöröses anyag alapján ez lehet a Naprendszer leginkább vulkanikus objektuma. A NASA becslései szerint több száz aktív, kitörés alatt álló vulkán lehet az Io felszínén, és ezek több tíz kilométeres magasságba lövellik a lávát a hold ritka légkörében.

További részletek az Io holdról: https://solarsystem.nasa.gov/moons/jupiter-moons/io/in-depth/

A Jupiter holdjainak nagy rész kő, illetve egyes ásványi anyagok. Ellentétben az Európa hold felszíne és szinte teljes anyaga vízjég. Mérete kb. 90%-a a Föld Holdjának. Viszont a közeli anyabolygó gravitációs hatása miatt a jeges felszínen hatalmas törések vannak, ahogy az árapály-melegítés is működik. A Galileo-szonda mérései szerint az Európa holdnak fémes magja van, melyet kb. 60-150 km vastag folyékony víz vehet körül, végül jön a kb. 15-25 km vastag fagyott vízjég. Ha ez a modell igaz, akkor az Európa hold felszíne alatt kb. kétszer annyi folyékony víz lehet, mint a Föld összes óceánjában együttvéve. Ezen gondolatmenetet követve előfordulhat, hogy valamilyen élet lehet ezen a holdon.

(Kép eredetije: https://www.space.com/38976-jupiter-moon-europa-plate-tectonics.html)

Még a Galileo űrszonda mérései figyelmek meg masszív vízgőz-kitörést az Europa felszíne alól az 1990-es években, majd évtizedekkel később a Hubble űrtávcső mérései szerint a felszíntől akár 160 km-re is kilövellhet a felszín alatti vízgőz. Ezt a megfigyelést 2019.novemberében erősítette meg a hawaii Keck Obszervatórium.

További részletek az Europa holdról: https://solarsystem.nasa.gov/moons/jupiter-moons/europa/overview/

A Ganümédész a Jupiter-rendszer és az egész Naprendszer legnagyobb holdja, melynek felszíne sok hasonlóságot mutat az Európáéval. Ez a hold nagyobb, mint a Merkúr bolygó, mérete kb. 1/3-a a Marsénak. A Ganümédész felszínének nagy része is vízjég, de felszíne az Európával ellentétben számos különböző korú. A sötétebb részek kráteresek, így több milliárd évesek. Ellenben a világosabb régiók fiatalabbak és sok vízjeget tartalmaznak. A beljebb keringő holdakkal ellentétben a Ganümédészen viszonylag kicsi az ár-apály fűtése, így a mélyben valószínűtlen folyékony víz jelenléte. Viszont a holdak közül egyedülállóként van önálló mágneses tere, amit a Jupiter tere erősen befolyásol.

A hold felszínén számos nagy világos és sötét folt is található, melyek a hold igen változatos előéletére utalnak. Az előzetes számításokkal szemben a NASA Hubble Űrteleszkópja 2015.ben megtalálta egy felszín alatti sósvizes óceán valószínű bizonyítékát. Ráadásul a tudosok úgy vélik, hogy itt több víz lehet, mind a Föld összes óceánjában együttesen.

Még 1996-ban a Hubble bizonyítékot talált egy vékony oxigén-atmoszféra létezésére a holdon, de ez túl kevés a mi általunk ismert élet létezéséhez.

2021.június 7-én repült el a NASA Juno űrszondája a hold mellett és számos képet készített, valamint rengeteg mérést is végrehajtott. A részletes felvételeken kb. 700 méter magas, de több ezer km hosszú barázdák figyelhetők meg a felszínen, melyek valószínűleg a belső folyamatok miatt nyomódtak a felszínre.

További részletek a Ganümédészről: https://solarsystem.nasa.gov/moons/jupiter-moons/ganymede/in-depth/

(Kép eredetije: https://svs.gsfc.nasa.gov/11173)

A négy nagy hold legkülsőbbje a Kallisztó. Ez egy tipikus, távoli, sok felszíni becsapódási kráterrel szabdalt kőgolyó, melynek felületén van jelentős mennyiségű vízjég. A becsapódások alapján a felszín kb. 4 milliárd éves. A felszíni víz alapján a tudósok a hold mélyében nagy óceánt gyanítanak. A Kallisztónak nincsenek nagy hegyei, nem mutat semmilyen belső vulkáni vagy tektonikus aktivitást, illetve semmilyen belső hőtermelést. Az alábbi 2001. májusában a Galileo-szonda által készített képen a teljes hold látszik.

(Kép eredetije: https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA03456)

A négy nagy mellett számtalan kicsi hold is kering a Jupiter körül, de ezek már eléggé kicsik. Alapvető információkat itt kaphat róluk: https://en.wikipedia.org/wiki/Moons_of_Jupiter#List. Pontosabb felsorolást és képeket itt találhat: https://solarsystem.nasa.gov/moons/jupiter-moons.

A négy nagy és a számos kicsi hold keringéséről szóló animációt itt tekintheti meg: https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a011100/a011173/3604-540-MASTER_high.mp4

Az élet esélye a Jupiternél:

A mi fogalmaink szerinti életnek nem kedvez a Jupiter környezete. Az óriásbolygón egyrészt hideg van, másrészt nincsen szilárd felszín, továbbá elég kevés napfény jut el addig. Ráadásként ott vannak a szélsőségesen erős szelek és a nagyon különleges nyomásviszonyok is.

Ellenben más a helyzet a holdakkal: a jeges Európa hold felszíne alatt a gravitáció, az ár-apály viszonyok és a megfelelő hőmérséklet is alkalmas lehet valamilyen élet kialakulására, de erre még semmilyen bizonyíték nincsen.

Felhasznált források:

Legfontosabbak

Programleírások

Egyéb informatika

Nem informatika

A Naprendszer elemei: Jupiter

Tamás Ferenc: Naprendszer elemei – Jupiter

Keresés