top-slice

Внутреннее строение и магнитное поле

Рис. 7.6. Внутреннее строение планет-гигантов
Рис. 7.6. Внутреннее строение планет-гигантов

Рис. 7.7. Схема магнитосферы Юпитера. Расстояние от Юпитера до магнитопаузы составляет 50-100 радиусов планеты
Рис. 7.7. Схема магнитосферы Юпитера. Расстояние от Юпитера до магнитопаузы составляет 50-100 радиусов планеты



Протяженность атмосферы Юпитера по разным оценкам составляет от 1 до 6 тыс. км. При первом из этих значений — 1000 км — давление на «дне» водородо-гелиевой атмосферы будет достигать 150 тыс. бар. Там должна начинаться зона плавного перехода газообразной, жидкой и твердой фаз в «поверхность» Юпитера, по некоторым расчетам раскаленную до 2000 К.

Толстый слой «жидкого водорода» действительно ведет себя как жидкость, хотя правильнее называть это состояние газожидким. Из-за высокой температуры водород Юпитера и других гигантов находится в сверхкритическом состоянии: водород не может быть жидкостью при температуре более 33 К. Здесь необходимо сделать оговорку.

Увеличение давления выше некоторого предельного приводит к разрушению электронных оболочек атомов. Вещество резко изменяет свои свойства. Так, при давлении около 1 млн бар (для Юпитера это глубина, по разным оценкам, от 12 до 20 тыс. км) возникает жидкий молекулярный водород. Его слой, вероятно, с примесью гелия, образует внешнее ядро планеты. Далее водород переходит в металлическое состояние с выделением теплоты фазового перехода. Это один из источников энергии в недрах планеты. При металлизации водорода могут возникнуть своеобразные растворы, например раствор гелия в металлическом водороде. Наконец, сам металлический водород тоже может быть твердым или жидким. Учет всех этих подробностей делает расчеты внутреннего строения планет-гигантов крайне сложными. схемы внутреннего строения планет-гигантов представлена на рис. 7.6 в виде объемных секторов. Там же для сравнение показано строение Земли.

Плотность оболочек возрастает по направлению к центру планеты. Атмосфера Юпитера, толщина которой принята 1500 км уплотняется в глубину. На дне атмосферы находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,88 радиуса водород переходит в жидкомолекулярное состояние с резким увеличением плотности от 0,56 до 0,66 г/см3. Здесь давление и температура составляют 0,69 Мбар и 6500 К. Ниже, на уровне 0,77 радиуса (3 Мбар, 10000 К) водород переходит в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Общее количество водорода и гелия у Юпитера соответствует 225 и 70 массам Земли. Еще 20 масс Земли приходится на тяжелые элементы в центре планеты и отчасти в оболочках.

На внутреннее ядро Юпитера приходится не менее 5 масс Земли, а по диаметру оно примерно вдвое больше Земли. По составу ядро металло-силикатное и, возможно, включает воду, аммиак и метан. Предполагают, что внутреннее ядро окружено слоем гелия или растворов гелия. Температура в центре планеты близка к 20000 К, а давление около 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн, однако уровень внешней границы металлического водорода у него находится у 0,49 радиуса, а граница внутреннего ядра — у 0,15 радиуса. Температура и давление в центре Сатурна, согласно расчетам, 17000 К и 23 Мбар.

Значительно ниже температура и давление в центре Урана и Нептуна: около 7200 К и 8 Мбар. Водорода в их составе намного меньше. Над большим металло-силикатным ядром у них расположены мантии из смеси водяного и аммиачно-метанового льдов. Не следует понимать слово «льды» в привычном смысле: это вещества, образующие льды при физических условиях облачного покрова Юпитера.

На уровне 0,91 радиуса Юпитера, ниже его «океанической» поверхности, давление и температура достигают значений, достаточных для появления в веществе свободных электронов, обеспечивающих электрическую проводимость. По-видимому, начиная с этого уровня формируется сильное магнитное поле, обусловленное быстрым вращением Юпитера и движениями проводящей среды в его недрах. Поле несколько напоминает земное, но намного сильнее его. Дипольная составляющая создает на уровне облачного слоя напряженность 4-5 Гс (на Земле 0,35 Гс), а в районах магнитных полюсов Юпитера — 11 и 14 Гс. Ось диполя на 11° наклонена к оси вращения планеты (почти как у Земли!). Направление полюсов обратно земному. Значительную напряженность поля имеют компоненты более сложного характера с числом полюсов 4 и 8 — квадрупольная и октупольная, магнитные моменты которых составляет 22 и 18% от дипольного. Все это создает сложную картину магнитного поля планеты: множество магнитных полюсов, из которых два (северный и южный) примерно в 5 раз сильнее остальных.

Радиационные пояса Юпитера превышают земные во много раз по напряженности поля и размерам (рис. 7.7), а с ночной тороны магнитный шлейф Юпитера тянется на многие сотни миллионов километров и достигает орбиты Сатурна.

    В.Г. Сурдин. Солнечная система

<< Предыдущая глава Следующая глава>>

Читайте по это же теме:


Основные свойства планет-гигантов
Большое Красное Пятно
Состав, строение и динамика атмосферы
Вихри в атмосфере Юпитера
Облачный покров и прилегающие слои атмосферы
Первый зонд в атмосфере Юпитера
Внутреннее строение и магнитное поле
Радиоизлучение Юпитера
Встреча Юпитера с кометой
Кольцо Юпитера
На спутнике Юпитера обнаружен океан
Юпитер - великий и могучий
Спутники Юпитера
Юпитер. Жестокий, злой и водородный
Родимые пятна Юпитера
Загадочные спутники Юпитера
Юпитер-предсказатель
Европа во льдах
Блоу ап: заемное поле (Европа)
В темном царстве микробов (Европа)
Приговор верному слуге
Минуя страну вулканов
В лабиринте галилеевых лун
Путешествие к центру Юпитера
Во мраке холода объятый жаром
Прометей идет на смену Галилею
Загадка большого Красного пятна
Водный мир Европы
Огненный мир Ио
Король Солнечной системы
"Галилео"
Наблюдение за Юпитером
Магнитные поля
Штормовая погода Юпитера
Загадки Юпитера