Что позволено Юпитеру

Юпитер часто называют планетой загадок. В этой статье высказываются новые гипотезы, способные пролить свет на причины наиболее таинственных и мало исследованных явлений, наблюдаемых в атмосфере гигантской планеты. Речь пойдет о феномене «горячих теней» и Большом Красном Пятне.

2441 0 0

отправить по e-mail

Айзек Азимов сказал однажды: «Солнечная система состоит из Юпитера плюс какие-то обломки». Шутливая фраза американского писателя-фантаста дает короткое и яркое описание гигантской планеты. Юпитер поистине огромен! Он вдвое тяжелее всех остальных планет, вместе взятых. По объему Юпитер больше нашей Земли в 1310 раз, а по массе – в 318 раз. Несмотря на размеры, Юпитер очень быстро вращается вокруг своей оси. Сутки на этой планете длятся всего 9 часов 50 минут. На Юпитере нет смены времен года, поскольку ось его вращения почти перпендикулярна плоскости орбиты. Атмосфера «короля планет» состоит из смеси газов: водорода, гелия, метана, аммиака и других. Юпитер намного дальше от Земли, чем Марс, но на небе зачастую сияет ярче – благодаря своим размерам и облачной атмосфере, хорошо отражающей солнечный свет.

У науки по поводу Юпитера пока больше вопросов, чем ответов. Начать хотя бы с того, что, согласно современным моделям зарождения Солнечной системы из пылегазового облака, Юпитер вовсе не должен был образоваться. Британские астрономы с помощью мощной ЭВМ пытались решить эту проблему, экспериментируя с размерами планеты, но увы – в 98 процентах случаев «молодой Юпитер» попросту падал на центральную звезду, не оставив и следа.

Еще одна проблема – энергия, выделяемая гигантской планетой. Ученые, зная расстояние от нее до Солнца, вычислили количество теплоты, которое Юпитер получает от звезды. Далее они установили, сколько солнечной энергии атмосфера отражает в космическое пространство. Наконец, вычислили температуру, которую должна иметь планета, находящаяся на известном расстоянии от Солнца, – она оказалась близкой к минус 160 градусам по Цельсию.

Но температуру планеты можно определить и непосредственно, исследуя ее инфракрасное излучение с помощью наземной аппаратуры или приборов, установленных на борту межпланетных станций. Такие измерения показали, что температура верхнего слоя облаков Юпитера близка к минус 130 градусам по Цельсию, то есть значительно выше расчетной. Следовательно, Юпитер излучает энергии больше, чем получает. Это позволило сделать вывод, что планета обладает собственным источником энергии. Астрономы и физики до сих пор не могут решить, в чем причина этого явления.

Однозначной теории возникновения полос вдоль экватора тоже пока нет

Другая загадка получила название «феномен горячих теней». Там, где на Юпитер падает тень его спутников, температура заметно повышается. Это и вовсе не укладывается в голове! Как мы знаем, на Земле в тени температура всегда ниже, чем на освещенном Солнцем месте.

Но самая знаменитая (и заметная!) тайна Юпитера – Большое Красное Пятно, образование в атмосфере, наблюдаемое более 350 лет. Считается, что оно было открыто итальянским астрономом Джованни Кассини в 1665 году, но есть сведения о более ранних наблюдениях другими исследователями.

Красное Пятно – гигантский ураган: 35 тыс. км в длину и 14 тыс. км в ширину (примерно втрое больше Земли). Пятно расположено примерно
на 22 градусах южной широты и перемещается параллельно экватору планеты. Газ в Большом Красном Пятне вращается против часовой стрелки с периодом оборота около шести земных суток. Скорость ветра внутри Пятна превышает 500 км/ч.

На Юпитере имеются и другие «пятна-ураганы», меньшие по размерам.

Пятна-ураганы могут иметь разные цвета

Автором этих строк была высказана гипотеза, объясняющая не только явление «горячих теней», но и присутствие на планете непонятного источника энергии, который поддерживает температуру верхних слоев атмосферы на уровне выше
расчетного. Я предположил, что наличие этих явлений указывает на химическую реакцию, протекающую в атмосфере планеты. Причем реакция эта обратима.

Обратимыми называют химические реакции, протекающие при данных условиях во взаимно противоположных направлениях – то есть некое вещество и образуется, и разлагается. Обе реакции могут происходить одновременно.

Если при этом количества образовавшихся и разложившихся веществ равны, такое состояние системы называют химическим равновесием. Химические системы, находящиеся в равновесии, подчиняются правилу Ле-Шателье: при изменении внешних условий химическое равновесие смещается в сторону той реакции, которая это воздействие ослабляет.

Предположим, два простых вещества могут участвовать в реакции синтеза с образованием более сложного вещества. Пусть эта реакция происходит с выделением тепла (энергии). Она же, при незначительных изменениях внешних условий, может протекать и в обратном направлении с поглощением тепла (реакция разложения).

Если мы хотим сместить равновесие в сторону реакции синтеза, мы должны понизить температуру, что приведет к ответной реакции – повышению температуры в замкнутой системе. А если нам надо разложить вещество на более простые (сместить равновесие в сторону реакции разложения), мы должны повысить температуру, что приведет к понижению температуры в замкнутой системе.

Вернемся к Юпитеру. По моему мнению, в той части планеты, куда падает тень от спутников, температур понижается. А химическая система отвечает на это смещением равновесия в сторону реакции, которая гасит внешнее воздействие. То есть в итоге в теневой части планеты происходит... повышение температуры относительно окружающей атмосферы, где химическая реакция течет в другую сторону.

Одна реакция идет в разных направлениях на освещенной стороне и в теневой зоне. Этим и объясняется эффект «горячих теней»!

Но у нас есть еще одна загадка – источник энергии, поддерживающий среднюю температуру верхних слоев атмосферы на уровне выше расчетного. Как вы уже догадались, ключевым является предположение, что здесь «виновата» та же обратимая реакция, протекающая с выделением тепла.

Кто-то может возразить: «Если бы температура на Юпитере поддерживалась за счет химической реакции, то скоро все необходимые для нее вещества прореагировали бы друг с другом, и реакция прекратилась бы». Но дело в том, что это не обычная, а обратимая реакция. Когда Юпитер подставляет один свой бок Солнцу, в его недрах
идет разложение необходимых для реакции веществ, а в другой части планеты, где ночь, происходит их синтез. Как только на Юпитере восходит Солнце, химическое равновесие смещается в другую сторону, и вещества, которые образовались ночью, разлагаются в течение дня. И так до бесконечности.

Быстрое вращение планеты вокруг своей оси и ветры, дующие на Юпитере, способствуют активному перемешиванию газовых слоев – это не позволяет химическим элементам накапливаться в одном месте. Отсутствие времен года также содействует равномерному протеканию химических реакций в недрах.

Несмотря на активные химические процессы, на Юпитере поддерживается удивительное равновесие. Возможно, именно из-за него ученые до сих пор не установили причину «горячих теней». А моя гипотеза объясняет это явление, опираясь на законы химии. Какие же вещества участвуют в описанной реакции? Возможно, на Юпитере происходит реакция разложения (синтеза) аммиака, который присутствует в атмосфере: N2+ 3H2=2NH3 (азот + водород = аммиак).

Хотя это только один из вариантов.

Попробуем обобщить наши знания о Большом Красном Пятне. Ярко-красный цвет говорит о протекании внутри него мощных химических процессов, скорее всего, реакции синтеза. Сильное излучение в ближайшей инфракрасной области 1,2 мкм говорит о его повышенной температуре. Темная область вокруг Пятна на фотографиях, сделанных в тепловом инфракрасном диапазоне, подтверждает охлаждение его окружения, свойственное, например, вихрям в магнитной плазме Солнца.

На основании этих фактов мой тезка Александр Сумбатов, научный сотрудник Физико-химического института им. Карпова, предполагает, что в Пятне идет не простая химическая реакция, а термоядерный синтез, подобный солнечному.

Пятно отделено от окружения и имеет собственное вращение, за счет которого центральные его области сильно сжимаются. Сжатие способствует протеканию термоядерных реакций. Вращение Пятна также приводит к ускорению перемешивания веществ, химических реакций и появлению у него собственного магнитного поля.

Переменные электромагнитные поля вызывают излучение электромагнитных волн разного диапазона, в том числе рентгеновского. Рентгеновское излучение Пятна на Юпитере недавно было обнаружено. Сильное электромагнитное излучение Красного Пятна выделяется на общем фоне планеты при его появлении со стороны Земли – в печати есть сообщения о неидентифицируемых электромагнитных излучениях Юпитера.

Электрические токи во время гроз на Юпитере по мощности в тысячи раз превосходят земные. В таких разрядах возможно начало ядерных реакций – на Земле, в лабораторных пинч-разрядах, они вполне обычны. В пользу ядерного синтеза внутри Пятна свидетельствует состав атмосферы – гелий, водород, аммиак, углекислота и т.д. Объективно есть все для реакции выгорания водорода и реализации углеродного цикла ядерного синтеза. Переход к ядерному горению подобно другим фазовым переходам наверняка не происходит во всем объеме сразу, а локализуется в самом центре Большого Красного Пятна.

Сегодня размер пятна примерно вдвое меньше, чем 100 лет назад – это можно связать с процессом набора энергии и постепенным превращением водорода в более тяжелые и плотные химические элементы, стремящиеся переместиться ближе к центру Пятна.

При таком развитии событий этот «ураган» рано или поздно превратится в сверхплотный компактный объект, живущий собственной жизнью. Огромная скорость вращения Юпитера так или иначе вытолкнет Пятно из атмосферы, и оно станет
спутником планеты.

Такая участь постигла Метиду – ближайший спутник Юпитера: когда-то она тоже была атмосферным вихрем, о чем говорит ее эллиптическая форма. Огромное количество спутников Юпитера (более 60) также подтверждает, что большинство из них не захвачены извне, а зародились в его атмосфере, постепенно превратившись в полноценные небесные объекты.

Возможно, Большое Красное Пятно станет спутником Юпитера уже в ближайшее столетие. Исторические данные не противоречат такому сценарию. На рисунках Кассини наряду с Большим Пятном есть широко вытянутая группа нескольких приэкваториальных пятен, намного меньших Красного. Сейчас их нет. Зато есть группа мелких спутников – Метида, Адрастея, Амальтея, Фива, – в которые эти пятна могли превратиться.

Ныне энергетические процессы ускоряются по всей Солнечной системе. Потепление идет не только на Земле, но и на других планетах, в частности, на Юпитере. Судя по сегодняшней активности Красного Пятна, ждать его качественного преобразования осталось недолго.

Попробуем оценить массу Красного Пятна, а значит, и возможного нового спутника. Приняв объем вихря в 5·1021 куб. м при плотности близкой к плотности воды, получим массу порядка массы Луны – 8·1022 кг. Оценка может меняться на порядок в ту или иную сторону, так как ни плотность, ни масса Пятна достоверно не известны. Однако уже эти грубые прикидки показывают разумность предположения Александра Сумбатова. Запаса вещества хватит даже для образования группы спутников. Вихрь, как центрифуга, сортирует вещество по плотности, поэтому имеет слоистую структуру. Образованный им спутник будет тоже слоистым.

Плоскости орбит спутников в экваториальном секторе располагаются в согласии с положением крупных пятен в атмосфере Юпитера. Периоды собственных вращений спутников по порядку величины совпадают с периодом вращения пятен – периоды ближайших спутников Юпитера отличаются от периода Красного Пятна всего на
десять процентов.

Конечно, эти гипотезы требуют серьезной проверки с использованием высокоточного оборудования – возможно, они окажутся ошибочными. Но главное, что люди не опускают руки, продолжая искать решения загадок «короля планет».
Рано или поздно тайны Юпитера будут раскрыты – ибо нет вопросов, на которые не смог бы ответить человеческий разум... надо только хорошенько подумать!

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Наука

Александр Цуриков

Машины и Механизмы