PARAMETRY I DANE ORBITALNE

Transkrypt

1 Jowisz

2 PARAMETRY I DANE ORBITALNE

3 Parametry Jowisza Masa ^24 kg % MZ Gęstość kg/m^3 24% GZ Promień równikowy (1 bar) km 1 120% RZ Promień biegunowy km 1 051% BZ g na powierzchni(1 bar) m/s^ % gz Prędkość ucieczki 59.5 km/s 532% vz GM ^6 km^3/s^ % Z Nasłonecznienie W/m^2 3.7% NZ Temperatura pow. (1 bar) 165 K Ilość naturalnych satelitów - 67, system pierścieni.

4 Parametry orbitalne Średnia odległość Perihelium Aphelium AU ^6 km ^6 km Mimośród Nachylenie Okres orbitalny (syderyczny) Okres obrotu (syderyczny) Nachylenie osi obrotu Długość dnia 1.304^o d = lata h 3.13^o h

5 Gwiazda: Brązowy karzeł? zbudowany głównie z wodoru i helu posiada wewnętrzne źródło energii ma konwektywne wnętrze (przynajmniej część) Planeta: niska temperatura powierzchni i wnętrza pobiera energię słoneczną w atmosferze wyraźnie chmury o cechach meteorologicznych zarówno podobnych jak i różniących się od chmur planet grupy ziemskiej

6

7 ATMOSFERA

8 Dane podstawowe Średnia temperatura ~ 129 K Temperatura na poziomie 1 bara ~165 K Gęstość na poziomie 1 bara ~ 0.16 kg/m^3 Prędkość wiatrów: do 150 m/s (540 km/h) - dla szerokości < 30^o do 40 m/s (150 km/h) - dla szerokości > 30^o 1 atmosfera to ciśnienie słupa powietrza (na Ziemi) na poziomie morza. 1 atmosfera =760 mm słupa rtęci = *10^5 Pa = bara Przy czym 1 Pa=1N/m^2

9 Skład atmosfery Głównie: molekularny wodór H_2 89.8% hel He 10.2% Śladowe ilości: metanu CH_4 amoniaku NH_3 deutero-wodoru HD etanu C_2H_6 wody oraz lodu amoniakowego lodu wodnego, CO, PH_3 (fosfina), acetylenu C_2H_2, cianowodoru HCN (wyładowania)

10 Struktura atmosfery

11 Struktura atmosfery Rozciąga się od poziomu 1 bara na około 5000 km wzwyż

12 Pasmowa struktura atmosfery

13 Ruch pasmowy atmosfery Szybkość wiatrów L H

14 Rotacja a prędkość wiatrów 9h55m30s 9h55m40s 120 m/s (1 bar) do 170 m/s (5 i więcej barów) Wiatry generowane raczej przez konwekcję 9h50m30s <- od 1831 roku <- WOS (od 1938, w 1998 dwa w jeden, w 2000 tylko 1,biały - lód, gaz amoniakalny, brąz - brak amoniaku, obszar o niższym ciśnieniu)

15 Zmienność struktur pasmowych

16 Struktura pasmowa biegun południowy i północny (Cassini)

17 Huragany biegunów północnego (lewa strona) i południowego (prawa) - Juno 2017

18 Struktury pomiędzypasmowe

19 Dżety atmosferyczne Zdjęcia w bliskiej podczerwieni (757nm) w odstępie 9 godzin Galileo prędkość 128m/s (410 km/h)

20 Niestabilność Kelvina Helmholtza

21 NADWYŻKA PROMIENIOWANIA

22 Nadwyżka promieniowania mechanizm Kelvina-Helmholtza Zdjęcia Jowisza w podczerwieni (po lewej ) i świetle widzialnym. Jowisz w podczerwieni promieniuje 1.6 razy więcej ciepła niż otrzymuje od Słońca. Dodatkowe ciepło powstaje w wyniku działania mechanizmu Kelvina-Helmholtza polegającego na oziębianiu powierzchni planety lub gwiazdy wskutek czego ciśnienie w jej zewnętrznych warstwach maleje i tym samym jej rozmiary się zmniejszają. Tempo kurczenia się Jowisza oszacowano na 2cm/rok. (Jowisz pierwotny był dużo cieplejszy i niemal dwukrotnie większy).

23 Powstawanie cyklonów i antycyklonów

24 Fale Rossby ego produkujące cyklony i antycyklony Na Ziemi powstają na granicy zimnych i ciepłych mas powietrza na wysokich szerokościach geograficznych (zaznaczony na biało przepływ mas na rysunku, oraz pasmo chmur na zdjęciu). Rozwijające się meandry z czasem ulegają oderwaniu i na skutek siły Coriolisa przeistaczają się w cyklony (antycyklony) unosząc zimne (ciepłe) powietrze ku równikowym szerokościom geograficznym.

25 Cyklony Jowiszowe

26 Największy antycyklon Czerwona Plama od 1880 ciemno-czerwony kolor, zmienny, przechodzący w róż, a nawet w szary lub kompletnie znikający (dziura plamy czerwonej)zależnie od ilości PH_3 Rozmiary zmieniają się od km N-S kmW-E Libracja w długości (180^o, i szerokości (2000km, 90dni) Masy rotują przeciwnie do wskazówek zegara z okresem 7-dniowym, antycyklon

27 Centrum spokojne ale wokół niego wiatry osiągają ponad 400km/h

28 Czerwona plama Układ wysokiego ciśnienia powstający w troposferze Jowisza, głęboko poniżej poziomu chmur Centrum ma niższą temperaturę, amoniak wynoszony w górę ulega kondensacji i tworzy gęste chmury <-- wiatry wstępujące <-- spokojniejsze wiatry zstępujące, mniej chmur Ciśnienie 0.25 bara

29 Zmiejszanie się czerwonej plamy

30 Nowa czerwona plama owal BA do listopada 2005 był biały, w grudniu 2005 zbrązowiał, w marcu 2006 przybrał kolor Wielkiej Czerwonej Plamy

31

32 Czerwiec- lipiec 2008

33 6 kwiecień Hubble

34 Ciemna plama (Cassini, 2000) biegun północny Plama płaska powstała w stratosferze może efekt uboczny zórz polarnych wysokoenergetyczne elektrony rozbijają cząsteczki CH4, przekształcając je w acetylen C2H2. Acetylen reaguje z wyższymi węglowodorami budując skomplikowane cząsteczki które mogą kondensować tworząc ciemne krople.

35 Gorące plamy efekt działalności fal Rossby ego km

36 Próbnik Probe

37 głęboka atmosfera ( km) jest sucha, dobrze przemieszana i konwekcyjna -143C 152C NH_4SH wodorosiarczek amonu

38 Silne wiatry błyskawice w odległości 1 pr Z, widoczne raczej w zakresie radiofal

39 ZJAWISKA ATMOSFERYCZNE CHMURY

40 amoniakowe wodorosiarczku amonu wodne (burzowe) mgły Rodzaje chmur

41 Metoda porównywanie obrazów optycznych i radiowych

42 Chmury amoniakowe i wodorosiarczku amonu

43 Chmury burzowe

44 Chmura burzowa-1000km szerokości, wyższa od innych o 25 km, bardzo głęboka (50 km poniżej otaczających chmur) dolne warstwy - chmury wodne (ciśnienie 5 barów), górneamoniakalne (Galileo 1996)

45 34.4, , ,15.6 Ekspozycja 90 sek 100x jaśniejsze niż na Ziemi ctober, 1997

46 Miejsca występowania wyładowań atmosferycznych Dane z obserwacji dokonanych przez sondę Galileo ze zdjęć wykonanych po nocnej stronie. Zliczenia chmur, w których zachodzą wyładowania (słupki) przedstawione są łącznie z wykresem zonalnych zmian prędkości wiatrów. Najwięcej wyładowań w pasach między równoleżnikami stopni, tam gdzie wiele cyklonów. Chmury burzowe małe, bardzo jasne, o dużej wilgotności

47 Mgły stratosferyczne (315, 60) (295, 60) Amoniak w górnych warstwach stratosfery pod wpływem światła słonecznego tworzy hyrdrazynę N2H4, która zamarza w postaci drobniutkich cząsteczek lodu tworząc mgłę.

48 Mgły stratosferyczne W rejonach biegunowych o 50 km wyższe - wywołane przez cząsteczki magnetosfery które bombardują wysoką atmosferę w tych regionach Na niskich i średnich szerokościach - wywołane reakcjami fotochemicznymi

49 Budowa wnętrza

50 Wnętrze Jowisza

51 jądro - najprawdopodobniej skaliste, o masie w przedziale od mas Ziemi (temperaturę szacuje się na około 35700C, ciśnienie od ^12 Pa) warstwa metalicznego wodoru rozciągająca się na ponad połowie długości promienia Jowisza. Metaliczny wodór to wodór, w którym przy ciśnieniu rzędu 10^11 Pa dochodzi do uwspólnienia wszystkich elektronów. Taki wodór uzyskuje własności metaliczne: świetnie przewodzi elektryczność i jest zupełnie nieprzejrzysty dla fotonów. warstwa molekularnego wodoru i helu, początkowo płynnego a następnie wraz ze spadkiem ciśnienia gazowego. Wodór gazowy istnieć może dopiero od ciśnień rzędu 10^6 Pa

52 Magnetosfera

53 Magnetosfera Nachylenie osi dipola Moment dipolowy Typowa magnetopauza 9.6^o (biegunowość SN) razy większy niż ziemski 80 RJ ~ km Efekt dynama wewnątrz oceanu metalicznego wodoru Maksymalnie rozciągnięta magnetosfera dzięki: silnemu polu planety szybkiej rotacji dużej odległości heliocentrycznej planety

54

55 Rozmiary magnetosfery do 80 RJ po stronie dziennej, po nocnej: szerokość RJ długość ponad 3000 RJ plazma złożona ze Zjonizowanych atomów wodoru i helu, zasilana przez Io w jony siarki, tlenu i sodu. (Io - 5.9RJ uwalnia w ciągu sekundy 1 tonę dwutlenku siarki)

56 Plazmosfera pasy van Allena nowy pas radiacyjny (Galileo) między pierścieniami Jowisza a górną atmosferą (promieniowanie 10x silniejsze niż w pasach Van Allena) wysokoenergetyczne jony helu nieznanego pochodzenia

57 Torus Io plazma składająca się ze zjonizowanej siarki (obserwacje z powierzchni Ziemi)

58 Oddziaływanie Io z magnetosferą Jowisza

59 Zorze dochodzą do 60^o szerokości głównie atomy i jony H i He

60 Prądy w magnetosferze

61 Dźwięki magnetosfery zewnętrzna magnetosfera fala uderzeniowa błyskawica

62 Literatura