ända sedan Galileo Galilei först observerade Jupiter nära 1610 med hjälp av ett teleskop av sin egen design, har forskare och astronomer varit oerhört fascinerad av den joviska planeten. Det är inte bara solsystemets största planet, men det finns fortfarande saker om denna värld – trots århundraden av forskning och många prospekteringsuppdrag – som fortsätter att mystifiera även våra största sinnen.
en av huvudorsakerna till detta är att Jupiter är så starkt annorlunda än vad vi jordbor anser vara normala. Mellan dess otroliga storlek, massa, sammansättning, mysterierna i dess magnetiska och gravitationsfält och dess imponerande månsystem har dess existens visat oss hur olika planeter verkligen kan vara.
storlek, massa och densitet:
jordens har en genomsnittlig radie av 6,371 km (3,958.8 mi), och en massa av 5,97 1024 kg, medan Jupiter har en genomsnittlig radie av 69,911 6 km (43441 mi) och en massa av 1,8986 1027 kg. Kort sagt, Jupiter är nästan 11 gånger jordens storlek, och knappt 318 gånger så massiv. Jordens densitet är dock betydligt högre, eftersom det är en markplanet – 5,514 g/cm3 jämfört med 1,326 g/cm3.
på grund av detta är Jupiters ”yta” gravitation betydligt högre än jordens normala – dvs 9, 8 m/s2 eller 1 g. medan Jupiter som gasjätte inte har någon yta i sig, tror astronomer att inom Jupiters atmosfär där atmosfärstrycket är lika med 1 bar (vilket är lika med jordens vid havsnivå) upplever Jupiter en gravitationskraft på 24, 79 m/s2 (vilket motsvarar 2, 528 g).
sammansättning och struktur:
jorden är en markbunden planet, vilket betyder att den består av silikatmineraler och metall som skiljer sig mellan en metallkärna och en silikatmantel och skorpa. Kärnan i sig är också differentierad, mellan en inre kärna och en yttre kärna (som snurrar i motsatt riktning av jordens rotation). När man går ner från skorpan till interiören ökar temperaturen och trycket.
jordens form approximerar den hos en oblate sfäroid, en sfär utplattad längs axeln från pol till pol så att det finns en utbuktning runt ekvatorn. Denna utbuktning härrör från jordens rotation och får diametern vid ekvatorn att vara 43 kilometer (27 mi) större än pole-to-pole-diametern.
däremot består Jupiter främst av gasformigt och flytande material som är uppdelat mellan en gasformig yttre atmosfär och en tätare inre. Den övre atmosfären består av cirka 88-92% väte och 8-12% helium i volym av gasmolekyler och ca. 75% väte och 24% helium i massa, medan resterande en procent består av andra element.
atmosfären innehåller spårmängder metan, vattenånga, ammoniak och kiselbaserade föreningar samt spårmängder bensen och andra kolväten. Det finns också spår av kol, etan, vätesulfid, neon, syre, fosfin och svavel. Kristaller av frusen ammoniak har också observerats i atmosfärens yttersta lager.
den tätare interiören består av ungefär 71% väte, 24% helium och 5% andra masselement. Man tror att Jupiters kärna är en tät blandning av element – ett omgivande lager av flytande metalliskt väte med lite helium och ett yttre lager övervägande av molekylärt väte. Kärnan har också härletts som stenig, men detta är fortfarande okänt också.
och ungefär som jorden, temperaturer och tryck inuti Jupiter ökar dramatiskt mot kärnan. Vid” ytan ” tros trycket och temperaturen vara 10 bar och 340 K (67 kcal C, 152 kcal F). I den region där väte blir metalliskt antas det att temperaturen når 10 000 K (9 700 kcal C; 17 500 kcal F) och tryck 200 GPa. Temperaturen vid kärngränsen uppskattas till 36 000 K (35 700 CB; 64 300 FB) och det inre trycket vid ungefär 3 000-4 500 GPa.
liksom jorden är Jupiters form den av en oblate sfäroid. Faktum är att Jupiters polära utplattning är större än jordens-0.06487 0.00015 0.00335. Detta beror på Jupiters snabba rotation på sin axel, och det är därför planetens ekvatorialradie är ungefär 4600 km större än dess polära radie.
Orbital parametrar:
jorden har en mycket liten orbital excentricitet (ca. 0.0167) och sträcker sig i avstånd från 147.095.000 km (0.983 AU) från solen vid perihelion till 151.930.000 km (1.015 AU) vid aphelion. Detta fungerar till ett genomsnittligt avstånd (aka. halvhuvudaxel) på 149 598 261 km, vilket är grunden för en enda Astronomisk enhet (AU).
jorden har en omloppsperiod på 365,25 dagar, vilket motsvarar 1 000017 Julianska år. Detta innebär att Jordkalendern vart fjärde år (i det som kallas ett språngår) måste innehålla en extra dag. Även om tekniskt sett en hel dag anses vara 24 timmar lång, tar vår planet exakt 23h 56m och 4 s för att slutföra en enda siderisk rotation (0.997 jorddagar). Men i kombination med sin omloppsperiod runt solen är tiden mellan en soluppgång och en annan (en soldag) 24 timmar.
sett från den himmelska nordpolen visas jordens rörelse och dess axiella rotation moturs. Från utsiktspunkten ovanför norra polerna i både solen och jorden kretsar jorden runt solen moturs. Jordens axel lutas också 23,4 msk mot solens ekliptik, som är ansvarig för att producera säsongsvariationer på planetens yta. Förutom att producera variationer i temperatur resulterar detta också i variationer i mängden solljus som en halvklot får under ett år.
under tiden kretsar Jupiter solen på ett genomsnittligt avstånd (halvhuvudaxel) på 778 299 000 km (5,2 AU), från 740 550 000 km (4.95 AU) vid perihelion och 816 040 000 km (5 455 AU) vid aphelion. På detta avstånd tar Jupiter 11.8618 jordår för att slutföra en enda bana av solen. Med andra ord varar ett enda Joviskt år motsvarande 4 332,59 jorddagar.
Jupiters rotation är dock den snabbaste av alla solsystemets planeter och fullbordar en enda rotation på sin axel på något mindre än tio timmar (9 timmar, 55 minuter och 30 sekunder). Därför varar ett enda Joviskt år 10 475,8 joviska soldagar.
atmosfärer:
jordens atmosfär består av fem huvudlager – troposfären, stratosfären, mesosfären, termosfären och exosfären. Som regel minskar lufttrycket och densiteten den högre går in i atmosfären och den längre är från ytan. Förhållandet mellan temperatur och höjd är dock mer komplicerat och kan till och med stiga med höjd i vissa fall.
troposfären innehåller ungefär 80% av jordens atmosfär, med cirka 50% belägen i de nedre 5,6 km (3,48 mi), vilket gör den tätare än alla dess överliggande atmosfäriska lager. Den består främst av kväve (78%) och syre (21%) med spårkoncentrationer av vattenånga, koldioxid och andra gasformiga molekyler.
nästan all atmosfärisk vattenånga eller fukt finns i troposfären, så det är skiktet där de flesta av jordens meteorologiska fenomen (moln, regn, snö, åskväder) äger rum. Det enda undantaget är termosfären, där fenomenen kallas Aurora Borealis och Aurara Australis (aka. De norra och Södra lamporna) är kända för att äga rum.
som redan nämnts består Jupiters atmosfär främst av väte och helium, med spårmängder av andra element. Liksom jorden upplever Jupiter auroror nära dess norra och Södra poler. Men på Jupiter är den aurorala aktiviteten mycket mer intensiv och slutar sällan någonsin. Den intensiva strålningen, Jupiters magnetfält och överflödet av material från iOS vulkaner som reagerar med Jupiters jonosfär skapar en ljusshow som verkligen är spektakulär.
Jupiter upplever också våldsamma vädermönster. Vindhastigheter på 100 m/s (360 km/h) är vanliga i zonstrålar och kan nå så högt som 620 km / h (385 mph). Stormar bildas inom några timmar och kan bli tusentals km i diameter över natten. En storm, den stora röda fläcken, har rasat sedan åtminstone slutet av 1600-talet. Stormen har krympt och expanderat genom hela sin historia; men i 2012 föreslogs att den jätte röda fläcken så småningom skulle kunna försvinna.
Jupiter är ständigt täckt med moln som består av ammoniakkristaller och eventuellt ammoniumhydrosulfid. Dessa moln ligger i tropopausen och är ordnade i band med olika breddgrader, kända som ”tropiska regioner”. Molnskiktet är bara cirka 50 km (31 mi) djupt och består av minst två molndäck: ett tjockt nedre däck och en tunn tydligare region.
det kan också finnas ett tunt lager av vattenmoln som ligger bakom ammoniakskiktet, vilket framgår av blixtar som upptäckts i Jupiters atmosfär, vilket skulle orsakas av vattnets polaritet som skapar den laddningsseparation som behövs för blixtnedslag. Observationer av dessa elektriska urladdningar indikerar att de kan vara upp till tusen gånger så kraftfulla som de som observeras här på jorden.
månar:
jorden har bara en kretsande satellit, månen. Dess existens har varit känd sedan förhistorisk tid, och den har spelat en viktig roll i de mytologiska och astronomiska traditionerna i alla mänskliga kulturer och har en betydande effekt på jordens tidvatten. I modern tid har månen fortsatt att fungera som en kontaktpunkt för astronomisk och vetenskaplig forskning samt rymdutforskning.
faktum är att månen är den enda himmelska kroppen utanför jorden som människor faktiskt har gått på. Den första månlandningen ägde rum den 20 juli 1969 och Neil Armstrong var den första personen som satte sin fot på ytan. Sedan dess har totalt 13 astronauter varit på månen, och den forskning som de utförde har bidragit till att hjälpa oss att lära oss om dess sammansättning och bildning.
tack vare undersökningar av månstenar som fördes tillbaka till jorden, säger den dominerande teorin att månen skapades för ungefär 4,5 miljarder år sedan från en kollision mellan jorden och ett objekt i Mars-storlek (känd som Theia). Denna kollision skapade ett massivt moln av skräp som började cirkla vår planet, som så småningom sammanföll för att bilda månen vi ser idag.
månen är en av de största naturliga satelliterna i solsystemet och är den näst tätaste satelliten av dem vars densiteter är kända (efter Jupiters satellit Io). Det är också tidligt låst med jorden, vilket innebär att den ena sidan ständigt vetter mot oss medan den andra vetter bort. Den bortre sidan, känd som den ”mörka sidan”, förblev okänd för människor tills sonder skickades för att fotografera den.
det joviska systemet har å andra sidan 67 kända månar. De fyra största är kända som de galileiska månarna, som är uppkallade efter deras upptäckare, Galileo Galilei. De inkluderar: Io, den mest vulkaniskt aktiva kroppen i vårt solsystem; Europa, som misstänks ha ett massivt underjordiskt hav; Ganymede, den största månen i vårt solsystem; och Callisto, som också tros ha ett underjordiskt hav och har några av de äldsta ytmaterialen i solsystemet.
sedan finns det den inre gruppen (eller Amalthea-gruppen), som består av fyra små månar som har diametrar mindre än 200 km, bana vid radier mindre än 200 000 km och har orbitalhöjningar på mindre än en halv grad. Dessa grupper inkluderar månarna Metis, Adrastea, Amalthea och Thebe. Tillsammans med ett antal ännu osynliga inre månar, fyller dessa månar och upprätthåller Jupiters svaga ringsystem.
Jupiter har också en rad oregelbundna satelliter, som är väsentligt mindre och har mer avlägsna och excentriska banor än de andra. Dessa månar är uppdelade i familjer som har likheter i omlopp och sammansättning, och tros till stor del vara resultatet av kollisioner från stora föremål som fångades av Jupiters gravitation.
på nästan alla tänkbara sätt kunde jorden och Jupiter inte vara mer olika. Och det finns fortfarande många saker om den joviska planeten som vi ännu inte helt förstår. Tala om vilka, var noga med att hålla dig uppdaterad till Universe Today för de senaste uppdateringarna från NASAs Juno-uppdrag.
vi har skrivit många intressanta artiklar om solsystemets planeter här på Universe Today. Här är jorden jämfört med kvicksilver, jorden jämfört med Venus, månen jämfört med jorden, jorden jämfört med Mars, Saturnus jämfört med jorden och Neptun jämfört med jorden.
vill du ha mer information om Jupiter? Här är en länk till Hubblesites pressmeddelanden om Jupiter, och här är NASAs Solar System Exploration Guide.
vi har spelat in en podcast bara om Jupiter för astronomi Cast. Klicka här och lyssna på Avsnitt 56: Jupiter.