Обработка наблюдений полос Юпитера

Этот великолепный снимок Юпитера сделан аппаратом "Кассини". Группа слежения за "Кассини" сформировала его из снимков космического аппарата. Это изображение позволяет подробно рассмотреть Юпитер - планета видна с разрешением в 60 км. Космический корабль сделал серию из 27 снимков в течение часа 29 декабря 2000 года. Отдельные фото затем были совмещены вместе при помощи компьютера, принимая во внимание вращение Юпитера и перемещение космического корабля.

Юпитер - пятая планета Солнечной системы. Он относится к планетам гигантам, сравнительный рисунок которых вы можете увидеть на схеме ниже. Юпитер - самая большая планета Солнечной системы - отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля, и затрачивает на одни оборот по орбите почти 12 лет. Экваториальный диаметр Юпитера 142 600 км (в 11 раз больше диаметра Земли). Период вращения Юпитера - самый короткий из всех планет - 9 ч. 50 мин. 30 с. на экваторе и 9 ч. 55 мин. 40 с. в средних широтах. Таким образом, Юпитер, подобно Солнцу, вращается не как твердое тело - скорость вращения неодинакова в разных широтах. Из-за быстрого вращения эта планета имеет сильное сжатие у полюсов. Масса Юпитера равна 318 массам Земли. Средняя плотность 1,33 г/см3, что близко к плотности Солнца. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты. Даже в небольшой телескоп видно полярное сжатие Юпитера и полосы на его поверхности, параллельные экватору планеты.

Видимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету. Благодаря этому все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид. Из устойчивых деталей известно Большое Красное пятно, наблюдающееся уже более 300 лет. Это - громадное овальное образование, размерами около 35000 км по долготе и 14000 по широте между Южной тропической и Южной умеренной полосами. Цвет его красноватый, но подвержен изменениям.

Спектральные исследования Юпитера показали, что атмосфера его состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольших количествах присутствуют также этан, ацетилен, фосфен и водяной пар. Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака. В атмосфере планеты удалось обнаружить наличие гелия и измерить его содержание. Можно считать, что атмосфера Юпитера на 74% состоит из водорода и на 26% из гелия. На долю метана приходится не более 0,1% состава атмосферы планеты. Атмосферный слой имеет толщину около 1000 км. Ниже чисто газового слоя в атмосфере лежит слой облаков, которые мы и видим в телескоп.

В настоящее время построена двухслойная модель внутреннего строения планеты. Оболочка планеты состоит в основном из газовой компоненты (водород, гелий, неон), а ядро - из тяжелой компоненты (оксиды кремния, магния и железа, сульфиды, железо, никель и др.). Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24000 км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура 11000 К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние, т.е. становится подобным жидкому металлу. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину около 42000 км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твердое ядро радиусом 4000 км. На границе ядра температура достигает 30000 К. По массе ядро Юпитера составляет 3-4% от полной массы.

Магнитное поле Юпитера обладает радиоизлучением на волне 3 см, что соответствует тепловому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном диапазоне температура самых наружных облаков Юпитера 130 К. Полеты американских космических аппаратов позволили уточнить строение магнитосферы Юпитера, а изменение температуры облачного слоя в основном подтвердило известный из наземных наблюдений результат: количество тепла, которое Юпитер испускает, более чем вдвое превышает тепловую энергию, которую планета получает от Солнца. Возможно, что идущее из недр планеты тепло выделяется в процесс медленного сжатия гигантской планеты (1мм. в год).

Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного (как поле Земли), которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера, и не дипольного, занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность магнитного поля у поверхности в 20 раз больше, чем на Земле. Кроме теплового и дециметрового радиоизлучения Юпитер является источником радиовсплесков (резких усилений мощности излучения) на волнах длиной от 4 до 85 м, продолжительностью от долей секунды до нескольких минут или даже часов. Однако длительные возмущения - это не отдельные всплески, а серии всплесков - своеобразные шумовые бури и грозы. Согласно современным гипотезам, эти всплески объясняются плазменными колебаниями в ионосфере планеты.

Спутники

Юпитер имеет 20 спутников и их число растет, т.к. открываются новые небольшие спутники-астероиды. Первые 4 спутника открыты еще Галилеем - Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.

На этих снимках вы можете видеть спутники Юпитера такими, как они видны с космического телескопа "Хаббл". Они, а также внутренний, самый близкий спутник Амальтея движутся почти в плоскости экватора планеты. Ио и Европа почти сравнимы с Луной, а Ганимед и Каллисто даже больше Меркурия, хотя по массе значительно уступают ему. По сравнению с другими спутниками, галилеевские исследованы более детально. Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору. Это маленькие тела - от 10 до 120 км, по-видимому, неправильной формы. Самые внешние 4 спутника Юпитера обращаются вокруг планеты в обратном направлении.

Во время пролета в 1979 году около планеты американских космических аппаратов "Вояджер" (запущены в 1977 году), в экваториальной области была обнаружена система колец, подобных кольцам Сатурна. Кольцо расположено на расстоянии 50000 км. от поверхности планеты, его ширина около 1000 км. Существование кольца Юпитера было предсказано в 1960 г. астрономом С. К. Всехсвятским.

В 1976 г. космофизики М. Акунья и Н. Несс из Годдардовского центра космических полетов НАСА анализировали информацию, полученную от "Пионера-11", и заметили какие-то странные отклонения в межпланетном магнитном поле в окрестностях Юпитера. Так как отклонения были зафиксированы, когда "Пионер-11" проходил всего в 43000 км над верхушками юпитерианских облаков, то есть совсем близко к планете, где "возмутителей магнитного спокойствия", казалось бы, не существовало, это требовало особого объяснения. Акунья и Несс предложили на выбор несколько и среди них такое: примерно в 59000 км от Юпитера проходит кольцо, которое и влияет на магнитное поле планеты.

"Вояджеру-1" удалось сделать первый в истории снимок кольца Юпитера, шесть раз экспонировав в течение 11 мин один и тот же кадр. В результате изображение тускло светящегося кольца было зафиксировано как широкая светлая полоса, наискось пересекающая центр снимка. В момент съемки внешний край кольца был в 1 млн. 212 тыс. км от "Вояджера".

Стоит упомянуть еще об одном открытии сделанном КА "Вояджер-1". Это активная вулканическая деятельность спутника Юпитера Ио. На этом знаменитом снимке виден вулкан во время извержения. Вулкан находится на краю лимба и извергающееся вещество выбрасывается ввысь. Положение вулкана указано меткой. Остается только удивляться удачному положению космического аппарата, из которого сделан этот великолепный снимок.

Наблюдения Юпитера

В 2020 году Юпитер вступит в противостояние с Солнцем 14 июля в 17 часов 10 минут по московскому времени. Юпитер виден всю ночь в созвездии Стрельца. Лишь восходящее и заходящее Солнце не позволит пронаблюдать его в течение всего периода нахождения над горизонтом. Поднимаясь над горизонтом не очень высоко на широте Москвы, Юпитер все равно является прекрасным объектом для наблюдений. На прилагаемой карте показан вид неба с Юпитером 14 июля в 23 часа в Москве, Юпитер расположен в нижней части карты, почти по центру. Кстати, недалеко от Юпитера как видно из карты, будет находиться Сатурн, противостояние которого наступит 21 июля.

Такой же вид предстанет взору наблюдателя и для других городов на широте Москвы. Для остальных городов высота Юпитера над горизонтом будет выше, если наблюдатель находится южнее широты Москвы и ниже, если наблюдатель находится севернее широты Москвы. На момент противостояния Юпитер будет находиться в созвездии Стрельца, как "лишняя" звезда. Его блеск составит -2,8m, а диаметр - 44". Луна будет находиться в фазе последней четверти и не будет мешать наблюдениям планеты и спутников, т.к. и планета и спутники достаточно ярки.

Планета почти весь наблюдательный сезон 2020 года будет находиться в созвездии Стрельца. Даже в малые телескопы, начиная от телескопов с диаметром объектива от 60 мм и выше, можно наблюдать полосы на диске Юпитера. Полноценные наблюдения Юпитера можно провести с телескопом от 100 мм в диаметре. На таком телескопе можно наблюдать детали на поверхности Юпитера, а так же знаменитое Красное пятно.

И, конечно, противостояние самое лучшее время для наблюдений спутников Юпитера, для малых телескопов будут доступны 4 спутника: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Положение спутников Юпитера на момент противостояния 14 июля 2020 года в 20 часов по московскому времени приводится на рисунке.

Интересно, а что в это время можно наблюдать с Юпитера?

Перенесемся на Юпитер в точку с координатами аналогичными координатам Москвы на Земле. Как и следовало ожидать, Земля находится в соединении с Солнцем и ее нельзя наблюдать. Рядом находится Венера, которую уже можно наблюдать и с Юпитера. Но ее блеск не так ярок, как при наблюдении с Земли и сравним с яркостью Веги (0m). Марс еще менее ярок, чем с Земли (+3m) и виден с Юпитера в виде половинки диска, однако диаметр в 2 секунды дуги не позволит рассмотреть никаких деталей на диске.

Меркурий находится вблизи Солнца и не виден. Лишь Уран и Нептун, практически, не изменились и остались почти такими же, как при наблюдении с Земли. Сатурн находится несколько в стороне от остальных планет, и это понятно - он тоже недавно прошел точку противостояния. Наблюдения Юпитера сводятся к зарисовкам деталей на поверхности и наблюдению событий в системе спутников Юпитера. На поверхности Юпитера наблюдаются темные полосы и детали. Иногда на Юпитере появляются крупные и необычные детали (например,

темное пятно на этих снимках наблюдавшееся осенью 2003 года), которые видны и в малые телескопы, и их наблюдения представляют большой интерес, особенно при использовании светофильтров. Для зарисовки планеты необходимо приготовить шаблон диска планеты. Учитывая сжатие планеты при вращении, диск ее не является идеальным кругом, а представляет собой овал, то для зарисовок Юпитера применяются овальные диски,

вычерчиваемые следующим образом: проводится горизонтальная линия длиной в 50 мм - она будет изображать экваториальный диаметр планеты. На ней отмечается центр, и на расстоянии 2,5 мм от центра наносятся четыре точки: выше его, ниже и по бокам. Затем циркулем проводятся четыре дуги: из верхней точки вниз и из нижней точки вверх радиусом в 26 мм, из боковых точек - радиусом в 22,5 мм.

Каждая дуга охватывает 90°, и все они будут служить продолжением одна другой. Разумеется, такое построение не нужно делать для каждого рисунка, а лучше заранее заготовить картонный шаблон и обводить его карандашом. При этом нужно учесть, что шаблон должен быть меньше нужного размера на 1-1,5 мм. Зарисовка проводится остро отточенным карандашом, при чем сначала зарисовываются наиболее четкие детали и относительно их остальные детали. Необходимо помнить, что на зарисовку отводится около 10 минут, т.к. быстрое вращение Юпитера приведет к искажению картины. При накоплении достаточного количества зарисовок можно составить карту Юпитера на данный день.

Подробные сведения о составлении таких карт имеются в книге известного астронома Бронштэна В.А. "Планеты и их наблюдение". Наблюдения спутников Юпитера. Представляют интерес наблюдения затмений 4 ярких спутников Юпитера самой планетой (т.е. их прохождения через тень Юпитера), а так же прохождения спутников перед диском планеты и другие события. Сведения об этих событиях вы сможете найти здесь Наблюдения за спутниками Юпитера сводятся к точной фиксации времени, того или иного события в системе Юпитера. Подробные сведения о фиксации времени при помощи электронных секундомеров, можно найти здесь

Фотографирование планеты можно производить с диаметром телескопа от 150 мм и выше. Это должны быть длиннофокусные телескопы, т.к. чем больше фокусное расстояние телескопа, тем больше диск планеты на фотопленке. Но и при этом планету нужно будет фотографировать с окулярным увеличением, т.е. присоединив фотоаппарат без объектива к окуляру телескопа с помощью переходника.

Эквивалентное фокусное расстояние телескопа можно увеличить, применяя линзу Барлоу, устанавливая ее между окуляром телескопа и точкой фокуса. Эквивалентное фокусное расстояние при фотографировании Юпитера может быть от 5000 мм до 10000 мм. Выдержка при таких фокусных расстояниях будет составлять 2-4 секунды при чувствительности пленки 100-200 ед., поэтому для получения четких снимков планеты потребуется автоматическое гидирование при помощи часового привода.

Однако применение высокочувствительных фотопленок порядка 3200 единиц, позволяет получить такие снимки и без гидирования. Во всяком случае, стоит попробовать. Можно подобрать компромисс между фокусным расстоянием и выдержкой и попробовать получить снимки с окулярным увеличением.

В качестве примера можно привести снимок Юпитера, сделанный неподвижным телескопом с пленкой чувствительностью 130 ед. с окулярным увеличением при фокусном расстоянии всего 600 мм! Выдержка составила 1/30 сек. Снимок сделан одним из авторов сайта Козловским А.Н. на заре занятий астрономией. Качество, конечно, оставляет желать лучшего, но, тем не менее, показывает, что фотографирование планет любительскими средствами не такое уж безнадежное дело, даже при отсутствии часового механизма. А в наш век чувствительных пленок тем более можно добиться хороших результатов.

Вот снимки Юпитера и его спутников, сделанные любителями астрономии. Галилеевы спутники Юпитера. Авторы: С. Терников, А. Коробейник, г. Москва. Телескоп: ТАЛ-120М, D=120 мм, F=805 мм. Пленка: Fuji Superia 400. Выдержка: 15 cекунд.

Юпитер. Снимок получен 3 августа 1999 года. Автор: Г. В. Борисов, пос. Научный, Украина. Телескоп: "Цейсс-600" (D=600 мм, F=30 м). Пленка: Fuji Superia 200. Выдержка: примерно 1 секунда. Снимок получен 2 октября 1999 года.

Использованная литература и ПО:

1. ПО АК 3.23 (Кузнецов А.В.)
2. ПО "Энциклопедия солнечной системы" (Маковский А.О., Канашевский А.Н и др.)
3. ПО Starry Night Backyard 3.1
4. ПО Змейка-энциклопедия "Звездочет"
5. Астрономический календарь (постоянная часть), под ред. В.К. Абалакина, М. "Наука", 1981 г.
6. Бронштэн В.А., "Планеты и их наблюдение", М. "Наука", 1979 г.
7. http://www.universetoday.com/am/publish/cassini_jupiter_mosaic.html