Astronomia

Giove ruota alla stessa velocità ad ogni profondità?

Giove ruota alla stessa velocità ad ogni profondità?

Giove ruota in meno di 10 ore. La sua rotazione è differenziale, con gli strati superiori dell'atmosfera che ruotano un po' più velocemente all'equatore che a latitudini più elevate. Gli strati interni di Giove ruotano alla stessa velocità (angolare) degli strati più esterni dell'atmosfera?


No. L'interno profondo del pianeta ruota come (quasi) un corpo rigido (Guillot et al. 2018), mentre la parte esterna del pianeta subisce una rotazione differenziale. Pertanto la rotazione interna ed esterna non può coincidere contemporaneamente a tutte le latitudini.


Introduzione

Sebbene la composizione di Giove sia simile a quella del nostro Sole, non è riuscito ad accendersi nella fusione nucleare. Una reazione di fusione nucleare simile a quella del Sole richiede un'estrema gravità per comprimere l'idrogeno fino a un punto in cui la pressione e la temperatura estreme impacchettano gli atomi di idrogeno in elio, che è la fonte di energia per il sole e la maggior parte delle stelle. ¹ Questo è anche ciò che fa brillare il Sole. Nonostante il fatto che Giove sia composto da grandi quantità di idrogeno, non è abbastanza per accendere il pianeta nella fusione nucleare. La quantità minima di massa richiesta per l'accensione di un oggetto in una vera fusione nucleare è 80 volte quella di Giove, che è considerata una stella nana rossa.¹ Gli astronomi tracciano la linea tra una nana bruna, un pianeta e una stella a seconda una varietà di fattori come l'accensione della fusione nucleare. Sebbene vi sia una distinzione tra Giove, nane brune e stelle, si può concludere che esiste una connessione definita tra il pianeta Giove e tutte le stelle. Questa realizzazione pone una serie di domande: Giove può essere classificato come una stella o come una nana bruna? Giove potrebbe diventare una stella? Potrebbe essere innescata la fusione nucleare su Giove, e se sì cosa accadrebbe al nostro Sistema Solare? Questa pagina web risponderà a queste domande di ricerca e evidenzierà come Giove sia molto simile per composizione e struttura rispetto a una stella come il Sole. Esploreremo anche come Giove sia in definitiva e intrinsecamente diverso dal Sole e da tutte le altre stelle a causa delle sue dimensioni, orbita, campo magnetico e rotazione.


Contenuti

Giove è molto probabilmente il pianeta più antico del Sistema Solare. [24] Gli attuali modelli di formazione del sistema solare suggeriscono che Giove si sia formato in corrispondenza o oltre la linea della neve a una distanza dal primo Sole dove la temperatura è sufficientemente fredda da consentire ai volatili come l'acqua di condensarsi in solidi. [25] Ha prima assemblato un grande nucleo solido prima di accumulare la sua atmosfera gassosa. Di conseguenza, il nucleo deve essersi formato prima che la nebulosa solare iniziasse a dissiparsi dopo 10 milioni di anni. I modelli di formazione suggeriscono che Giove è cresciuto fino a 20 volte la massa della Terra in meno di un milione di anni. La massa orbitante ha creato uno spazio vuoto nel disco, aumentando poi lentamente a 50 masse terrestri in 3-4 milioni di anni. [24]

Secondo la "grande virata", Giove avrebbe iniziato a formarsi a una distanza di circa 3,5 UA. Man mano che il giovane pianeta aumentava di massa, l'interazione con il disco di gas in orbita attorno al Sole e le risonanze orbitali con Saturno [25] lo hanno fatto migrare verso l'interno. [26] Ciò avrebbe sconvolto le orbite di quelle che si ritiene siano super-Terre orbitanti più vicine al Sole, facendole scontrare in modo distruttivo. Saturno avrebbe poi iniziato a migrare verso l'interno, molto più velocemente di Giove, portando i due pianeti a rimanere bloccati in una risonanza di movimento medio 3:2 a circa 1,5 UA. Questo a sua volta avrebbe cambiato la direzione della migrazione, facendoli migrare lontano dal Sole e fuori dal sistema interno verso le loro posizioni attuali. [27] Queste migrazioni si sarebbero verificate nell'arco di un periodo di 800.000 anni, [26] e tutto questo è avvenuto in un periodo di tempo fino a 6 milioni di anni dopo che Giove ha iniziato a formarsi (3 milioni è una cifra più probabile). [28] Questa partenza avrebbe permesso la formazione dei pianeti interni dalle macerie, inclusa la Terra. [29]

Tuttavia, i tempi di formazione dei pianeti terrestri risultanti dall'ipotesi della grande virata sembrano incoerenti con la composizione terrestre misurata. [30] Inoltre, la probabilità che la migrazione verso l'esterno si sia effettivamente verificata nella nebulosa solare è molto bassa. [31] Infatti, alcuni modelli prevedono la formazione di analoghi di Giove le cui proprietà sono vicine a quelle del pianeta dell'epoca attuale. [32]

Altri modelli hanno Giove che si forma a distanze molto più lontane, come 18 AU. [33] [34] Infatti, in base alla composizione di Giove, i ricercatori hanno sostenuto una formazione iniziale al di fuori dell'azoto molecolare (N2) snowline, che è stimato a 20-30 AU, [35] [36] e forse anche al di fuori del snowline dell'argon, che può arrivare fino a 40 AU. Essendosi formato a una di queste distanze estreme, Giove sarebbe poi migrato verso l'interno nella sua posizione attuale. Questa migrazione verso l'interno sarebbe avvenuta in un periodo di circa 700.000 anni, [33] [34] durante un'epoca di circa 2-3 milioni di anni dopo l'inizio della formazione del pianeta. Saturno, Urano e Nettuno si sarebbero formati ancora più all'esterno di Giove, e anche Saturno sarebbe migrato verso l'interno.

Giove è uno dei quattro giganti gassosi, essendo composto principalmente da gas e liquidi piuttosto che da materia solida. È il pianeta più grande del Sistema Solare, con un diametro di 142.984 km (88.846 mi) al suo equatore. [37] La ​​densità media di Giove, 1.326 g/cm 3 , è la seconda più alta dei pianeti giganti, ma inferiore a quella dei quattro pianeti terrestri. [38]

Composizione

L'atmosfera superiore di Giove è composta da circa il 90% di idrogeno e il 10% di elio in volume. Poiché gli atomi di elio sono più massicci degli atomi di idrogeno, l'atmosfera di Giove è composta da circa il 75% di idrogeno e il 24% di elio in massa, con il restante 1% costituito da altri elementi. L'atmosfera contiene tracce di metano, vapore acqueo, ammoniaca e composti a base di silicio. Ci sono anche quantità frazionarie di carbonio, etano, idrogeno solforato, neon, ossigeno, fosfina e zolfo. Lo strato più esterno dell'atmosfera contiene cristalli di ammoniaca congelata. Attraverso misurazioni a infrarossi e ultravioletti, sono state trovate anche tracce di benzene e altri idrocarburi. [39] L'interno di Giove contiene materiali più densi: in massa è circa il 71% di idrogeno, il 24% di elio e il 5% di altri elementi. [40] [41]

Le proporzioni atmosferiche di idrogeno ed elio sono vicine alla composizione teorica della nebulosa solare primordiale. Il neon nell'alta atmosfera consiste solo di 20 parti per milione in massa, che è circa un decimo più abbondante del Sole. [42] L'elio è anche impoverito a circa l'80% della composizione dell'elio del Sole. Questo esaurimento è il risultato della precipitazione di questi elementi sotto forma di goccioline ricche di elio nelle profondità dell'interno del pianeta. [43]

Basandosi sulla spettroscopia, si pensa che Saturno sia simile nella composizione a Giove, ma gli altri pianeti giganti Urano e Nettuno hanno relativamente meno idrogeno ed elio e relativamente più elementi successivi più abbondanti, tra cui ossigeno, carbonio, azoto e zolfo. [44] Poiché i loro composti volatili sono principalmente sotto forma di ghiaccio, sono chiamati giganti di ghiaccio.

Massa e dimensioni

La massa di Giove è 2,5 volte quella di tutti gli altri pianeti del Sistema Solare messi insieme: è così massiccia che il suo baricentro con il Sole si trova sopra la superficie del Sole a 1.068 raggi solari dal centro del Sole. [45] Giove è molto più grande della Terra e notevolmente meno denso: il suo volume è quello di circa 1.321 Terre, ma è solo 318 volte più massiccio. [7] [46] Il raggio di Giove è circa un decimo del raggio del Sole, [47] e la sua massa è un millesimo della massa del Sole, quindi le densità dei due corpi sono simili. [48] ​​Una "massa di Giove" ( M J o M Juup) è spesso usato come unità per descrivere masse di altri oggetti, in particolare pianeti extrasolari e nane brune. Ad esempio, il pianeta extrasolare HD 209458 b ha una massa di 0,69 M J, mentre Kappa Andromedae b ha una massa di 12,8 M J. [49]

I modelli teorici indicano che se Giove avesse una massa molto maggiore di quella attuale, si ridurrebbe. [50] Per piccoli cambiamenti di massa, il raggio non cambierebbe in modo apprezzabile, e al di sopra del 160% [50] della massa attuale l'interno sarebbe tanto più compresso sotto l'aumento della pressione che il suo volume sarebbe diminuire nonostante la crescente quantità di materia. Di conseguenza, si pensa che Giove abbia un diametro grande quanto un pianeta della sua composizione e della sua storia evolutiva. [51] Il processo di ulteriore restringimento con l'aumento della massa sarebbe continuato fino a quando non fosse stata ottenuta un'accensione stellare apprezzabile, come nelle nane brune di grande massa aventi circa 50 masse di Giove. [52]

Sebbene Giove dovrebbe essere circa 75 volte più massiccio per fondere l'idrogeno e diventare una stella, la nana rossa più piccola ha solo il 30% di raggio più grande di Giove. [53] [54] Nonostante ciò, Giove irradia ancora più calore di quello che riceve dal Sole, la quantità di calore prodotta al suo interno è simile alla radiazione solare totale che riceve. [55] Questo calore aggiuntivo è generato dal meccanismo di Kelvin-Helmholtz attraverso la contrazione. Questo processo fa sì che Giove si riduca di circa 1 mm/anno. [56] [57] Quando si formò, Giove era più caldo e aveva circa il doppio del suo diametro attuale. [58]

Struttura interna

Prima dell'inizio del 21° secolo, la maggior parte degli scienziati si aspettava che Giove fosse costituito da un nucleo denso, uno strato circostante di idrogeno metallico liquido (con un po' di elio) che si estendeva verso l'esterno per circa l'80% del raggio del pianeta, [59] e un'atmosfera esterna. costituito prevalentemente da idrogeno molecolare, [57] o forse per non avere alcun nucleo, costituito invece da un fluido sempre più denso (prevalentemente idrogeno molecolare e metallico) fino al centro, a seconda che il pianeta sia cresciuto prima come corpo solido o è collassato direttamente dal disco protoplanetario gassoso. Quando il Giunone missione arrivata nel luglio 2016, [21] ha scoperto che Giove ha un nucleo molto diffuso che si mescola al suo mantello. [60] [61] Una possibile causa è un impatto di un pianeta di una decina di masse terrestri pochi milioni di anni dopo la formazione di Giove, che avrebbe distrutto un nucleo gioviano originariamente solido. [62] [63] Si stima che il nucleo sia il 30-50% del raggio del pianeta e contenga elementi pesanti 7-25 volte la massa della Terra. [64]

Sopra lo strato di idrogeno metallico si trova un'atmosfera interna trasparente di idrogeno. A questa profondità, la pressione e la temperatura sono al di sopra della pressione critica dell'idrogeno molecolare di 1,3 MPa e della temperatura critica di soli 33 K. [65] In questo stato, non ci sono fasi liquide e gassose distinte: si dice che l'idrogeno si trova in un fluido supercritico stato. È conveniente trattare l'idrogeno come gas che si estende verso il basso dallo strato di nubi fino a una profondità di circa 1.000 km, [55] e come liquido negli strati più profondi. Fisicamente, non esiste un confine chiaro: il gas diventa gradualmente più caldo e più denso con l'aumentare della profondità. [66] [67] Goccioline di elio e neon simili alla pioggia precipitano verso il basso attraverso l'atmosfera inferiore, esaurendo l'abbondanza di questi elementi nell'atmosfera superiore. [43] [68] I calcoli suggeriscono che le gocce di elio si separano dall'idrogeno metallico a un raggio di 60.000 km (11.000 km sotto le nuvole) e si fondono di nuovo a 50.000 km (22.000 km sotto le nuvole). [69] È stato suggerito che si verifichino piogge di diamanti, così come su Saturno [70] e sui giganti di ghiaccio Urano e Nettuno. [71]

La temperatura e la pressione all'interno di Giove aumentano costantemente verso l'interno, questo si osserva nell'emissione di microonde e richiesto perché il calore di formazione può sfuggire solo per convezione. Al livello di pressione di 10 bar (1 MPa), la temperatura è di circa 340 K (67 °C 152 °F). L'idrogeno è sempre supercritico (cioè non incontra mai una transizione di fase del primo ordine) anche se cambia gradualmente da fluido molecolare a fluido metallico a circa 100-200 GPa, dove la temperatura è forse 5.000 K (4.730 ° C 8.540 °F). La temperatura del nucleo diluito di Giove è stimata a circa 20.000 K (19.700 ° C 35.500 ° F) o più con una pressione stimata di circa 4.500 GPa. [72]

Atmosfera

Giove ha l'atmosfera planetaria più profonda del Sistema Solare, che si estende per oltre 5.000 km (3.000 mi) di altitudine. [73] [74]

Livelli di nuvole

Giove è perennemente coperto da nubi composte da cristalli di ammoniaca e forse da idrosolfuro di ammonio. Le nuvole sono nella tropopausa e si trovano in fasce di diverse latitudini, note come regioni tropicali. Questi sono suddivisi in più chiari zone e più scuro cinghie. Le interazioni di questi modelli di circolazione contrastanti causano tempeste e turbolenze. Velocità del vento di 100 metri al secondo (360 km/h 220 mph) sono comuni nelle correnti a getto zonali. [75] È stato osservato che le zone variano in larghezza, colore e intensità di anno in anno, ma sono rimaste sufficientemente stabili da consentire agli scienziati di nominarle. [46]

Lo strato di nubi è profondo circa 50 km (31 mi) ed è costituito da almeno due mazzi di nubi: un ponte inferiore spesso e una regione più chiara e sottile. Potrebbe anche esserci un sottile strato di nuvole d'acqua sotto lo strato di ammoniaca. A supportare la presenza di nubi d'acqua sono i lampi rilevati nell'atmosfera di Giove. Queste scariche elettriche possono essere fino a mille volte più potenti dei fulmini sulla Terra. [76] Si presume che le nuvole d'acqua generino temporali allo stesso modo dei temporali terrestri, spinti dal calore che sale dall'interno. [77] La ​​missione Juno ha rivelato la presenza di "fulmini superficiali" che provengono da nuvole di acqua e ammoniaca relativamente alte nell'atmosfera. [78] Questi scarichi trasportano "polpette" di fanghiglie di acqua-ammoniaca ricoperte di ghiaccio, che cadono in profondità nell'atmosfera. [79] Sono stati osservati fulmini nell'atmosfera superiore nell'atmosfera superiore di Giove, lampi luminosi di luce che durano circa 1,4 millisecondi. Questi sono conosciuti come "elfi" o "sprites" e appaiono blu o rosa a causa dell'idrogeno. [80] [81]

I colori arancione e marrone nelle nubi di Giove sono causati da composti ascendenti che cambiano colore quando sono esposti alla luce ultravioletta del Sole. La composizione esatta rimane incerta, ma si pensa che le sostanze siano fosforo, zolfo o forse idrocarburi. [55] [82] Questi composti colorati, noti come cromofori, si mescolano con il più caldo ponte inferiore di nuvole. Le zone si formano quando le celle di convezione in aumento formano l'ammoniaca cristallizzante che nasconde alla vista queste nuvole più basse. [83]

La bassa inclinazione assiale di Giove significa che i poli ricevono sempre meno radiazione solare rispetto alla regione equatoriale del pianeta. La convezione all'interno del pianeta trasporta energia ai poli, bilanciando le temperature allo strato di nubi. [46]

Grande Macchia Rossa e altri vortici

La caratteristica più nota di Giove è la Grande Macchia Rossa, [84] una tempesta anticiclonica persistente situata a 22° a sud dell'equatore. È noto che esiste almeno dal 1831, [85] e forse dal 1665. [86] [87] Le immagini del telescopio spaziale Hubble hanno mostrato fino a due "macchie rosse" adiacenti alla Grande Macchia Rossa. [88] [89] La tempesta è visibile attraverso telescopi terrestri con un'apertura di 12 cm o più. [90] L'oggetto ovale ruota in senso antiorario, con un periodo di circa sei giorni. [91] L'altitudine massima di questa tempesta è di circa 8 km (5 mi) sopra le nuvole circostanti. [92] La composizione dello Spot e la fonte del suo colore rosso rimangono incerte, sebbene l'ammoniaca fotodissociata che reagisce con l'acetilene sia un valido candidato per spiegare la colorazione. [93]

La Grande Macchia Rossa è più grande della Terra. [94] I modelli matematici suggeriscono che la tempesta è stabile e sarà una caratteristica permanente del pianeta. [95] Tuttavia, è notevolmente diminuito di dimensioni dalla sua scoperta. Le prime osservazioni alla fine del 1800 mostrarono che era di circa 41.000 km (25.500 mi) di diametro. Al momento del Voyager sorvoli nel 1979, la tempesta aveva una lunghezza di 23.300 km (14.500 mi) e una larghezza di circa 13.000 km (8.000 mi). [96] Hubble le osservazioni nel 1995 hanno mostrato che le dimensioni erano diminuite a 20.950 km (13.020 mi) e le osservazioni nel 2009 hanno mostrato che le dimensioni erano di 17.910 km (11.130 mi). A partire dal 2015 [aggiornamento] , la tempesta è stata misurata a circa 16.500 per 10.940 km (10.250 per 6.800 mi), [96] e stava diminuendo in lunghezza di circa 930 km (580 mi) all'anno. [94] [97]

Le missioni Juno mostrano che ci sono diversi gruppi di cicloni polari ai poli di Giove. Il gruppo settentrionale contiene nove cicloni, con uno grande al centro e altri otto intorno, mentre la sua controparte meridionale è costituita anch'essa da un vortice centrale ma è circondato da cinque grandi tempeste e una sola più piccola. [98] [ è necessaria una fonte migliore ] Queste strutture polari sono causate dalla turbolenza nell'atmosfera di Giove e possono essere paragonate all'esagono al polo nord di Saturno.

Nel 2000, una caratteristica atmosferica si è formata nell'emisfero meridionale che è simile nell'aspetto alla Grande Macchia Rossa, ma più piccola. Questo è stato creato quando le tempeste più piccole e bianche di forma ovale si sono unite per formare una singola caratteristica: questi tre ovali bianchi più piccoli sono stati osservati per la prima volta nel 1938. La caratteristica unita è stata denominata Oval BA ed è stata soprannominata "Red Spot Junior". Da allora è aumentato di intensità ed è passato dal bianco al rosso. [99] [100] [101]

Nell'aprile 2017, è stato scoperto un "Great Cold Spot" nella termosfera di Giove al suo polo nord. Questa caratteristica è larga 24.000 km (15.000 mi), larga 12.000 km (7.500 mi) e più fredda di 200 °C (360 °F) rispetto al materiale circostante. Sebbene questo spot cambi forma e intensità nel breve termine, ha mantenuto la sua posizione generale nell'atmosfera per più di 15 anni. Potrebbe essere un vortice gigante simile alla Grande Macchia Rossa, e sembra essere quasi stabile come i vortici della termosfera terrestre. Le interazioni tra le particelle cariche generate da Io e il forte campo magnetico del pianeta hanno probabilmente portato alla ridistribuzione del flusso di calore, formando lo Spot. [103]

Magnetosfera

Il campo magnetico di Giove è quattordici volte più forte di quello terrestre, variando da 4,2 gauss (0,42 mT) all'equatore a 10-14 gauss (1,0-1,4 mT) ai poli, il che lo rende il più forte del Sistema Solare (eccetto per le macchie solari). [83] Si pensa che questo campo sia generato da correnti parassite, movimenti vorticosi di materiali conduttori, all'interno del nucleo di idrogeno metallico liquido. I vulcani sulla luna Io emettono grandi quantità di anidride solforosa, formando un toroide di gas lungo l'orbita della luna. Il gas viene ionizzato nella magnetosfera, producendo ioni di zolfo e ossigeno. Essi, insieme agli ioni idrogeno provenienti dall'atmosfera di Giove, formano uno strato di plasma nel piano equatoriale di Giove. Il plasma nel foglio co-ruota con il pianeta, causando la deformazione del campo magnetico dipolo in quello di un magnetodisco. Gli elettroni all'interno del foglio di plasma generano una forte firma radio che produce raffiche nell'intervallo di 0,6-30 MHz che sono rilevabili dalla Terra con ricevitori radio a onde corte di livello consumer. [104] [105]

A circa 75 raggi di Giove dal pianeta, l'interazione della magnetosfera con il vento solare genera uno shock d'arco. Intorno alla magnetosfera di Giove c'è una magnetopausa, situata sul bordo interno di una magnetoguaina, una regione tra essa e l'urto dell'arco. Il vento solare interagisce con queste regioni, allungando la magnetosfera sul lato sottovento di Giove ed estendendola verso l'esterno fino a raggiungere quasi l'orbita di Saturno. Le quattro lune più grandi di Giove orbitano tutte all'interno della magnetosfera, che le protegge dal vento solare. [55]

La magnetosfera di Giove è responsabile di intensi episodi di emissione radio dalle regioni polari del pianeta. L'attività vulcanica sulla luna di Giove Io inietta gas nella magnetosfera di Giove, producendo un toroide di particelle attorno al pianeta. Mentre Io si muove attraverso questo toroide, l'interazione genera onde di Alfvén che trasportano materia ionizzata nelle regioni polari di Giove. Di conseguenza, le onde radio vengono generate attraverso un meccanismo di ciclotrone maser e l'energia viene trasmessa lungo una superficie a forma di cono. Quando la Terra interseca questo cono, le emissioni radio di Giove possono superare l'uscita radio solare. [106]

Giove è l'unico pianeta il cui baricentro con il Sole si trova al di fuori del volume del Sole, sebbene solo per il 7% del raggio del Sole. [107] La ​​distanza media tra Giove e il Sole è 778 milioni di km (circa 5,2 volte la distanza media tra la Terra e il Sole, o 5,2 UA) e completa un'orbita ogni 11,86 anni. Questo è approssimativamente due quinti del periodo orbitale di Saturno, formando una risonanza quasi orbitale. [108] Il piano orbitale di Giove è inclinato di 1,31° rispetto alla Terra. Poiché l'eccentricità della sua orbita è 0,048, Giove è poco più di 75 milioni di km più vicino al Sole al perielio rispetto all'afelio. [7]

L'inclinazione assiale di Giove è relativamente piccola, solo 3,13°, quindi le sue stagioni sono insignificanti rispetto a quelle della Terra e di Marte. [109]

La rotazione di Giove è la più veloce di tutti i pianeti del Sistema Solare, completando una rotazione sul proprio asse in poco meno di dieci ore si crea un rigonfiamento equatoriale facilmente visibile attraverso un telescopio amatoriale. Il pianeta è uno sferoide oblato, il che significa che il diametro attraverso il suo equatore è più lungo del diametro misurato tra i suoi poli. Su Giove, il diametro equatoriale è 9.275 km (5.763 mi) più lungo del diametro polare. [67]

Poiché Giove non è un corpo solido, la sua atmosfera superiore subisce una rotazione differenziale. La rotazione dell'atmosfera polare di Giove è di circa 5 minuti più lunga di quella dell'atmosfera equatoriale. Tre sistemi sono usati come sistemi di riferimento, in particolare quando si rappresenta graficamente il movimento delle caratteristiche atmosferiche. Il sistema I si applica alle latitudini da 10° N a 10° S il suo periodo è il più breve del pianeta, a 9h 50m 30.0s. Il sistema II si applica a tutte le latitudini nord e sud di queste il suo periodo è 9h 55m 40.6s. Il Sistema III è stato definito dai radioastronomi e corrisponde alla rotazione della magnetosfera del pianeta il suo periodo è la rotazione ufficiale di Giove. [110]

Giove è solitamente il quarto oggetto più luminoso nel cielo (dopo il Sole, la Luna e Venere) [83] all'opposizione Marte può apparire più luminoso di Giove. A seconda della posizione di Giove rispetto alla Terra, può variare in magnitudine visiva da -2,94 [13] in opposizione fino a [13] -1,66 durante la congiunzione con il Sole. La magnitudine apparente media è -2,20 con una deviazione standard di 0,33. [13] Anche il diametro angolare di Giove varia da 50,1 a 29,8 secondi d'arco. [7] Opposizioni favorevoli si verificano quando Giove sta attraversando il perielio, un evento che si verifica una volta per orbita. [111]

Poiché l'orbita di Giove è al di fuori di quella della Terra, l'angolo di fase di Giove visto dalla Terra non supera mai gli 11,5°, quindi Giove appare sempre quasi completamente illuminato se visto attraverso i telescopi terrestri. Fu solo durante le missioni spaziali su Giove che furono ottenute viste a mezzaluna del pianeta. [112] Un piccolo telescopio di solito mostra le quattro lune galileiane di Giove e le fasce di nubi prominenti attraverso l'atmosfera di Giove. [113] Un grande telescopio mostrerà la Grande Macchia Rossa di Giove quando si trova di fronte alla Terra. [114]

Ricerca pre-telescopica

L'osservazione di Giove risale almeno agli astronomi babilonesi del VII o VIII secolo a.C. [115] Gli antichi cinesi conoscevano Giove come il "Suì stella" (Suixing 歲星 ) e stabilirono il loro ciclo di 12 rami terreni in base al numero approssimativo di anni che la lingua cinese usa ancora il suo nome (semplificato come 歲 ) quando si riferisce agli anni di età. Nel IV secolo a.C., queste osservazioni si erano sviluppate nello zodiaco cinese, [116] con ogni anno associato a una stella Tai Sui e un dio che controllava la regione dei cieli opposta alla posizione di Giove nel cielo notturno, queste credenze sopravvivono in alcune pratiche religiose taoiste e nei dodici animali dello zodiaco dell'Asia orientale, ora spesso comunemente ritenuti essere collegati all'arrivo degli animali prima di Buddha. Lo storico cinese Xi Zezong ha affermato che Gan De, un antico astronomo cinese, ha riportato una piccola stella "in alleanza" con il pianeta, [117] che potrebbe indicare un avvistamento di una delle lune di Giove ad occhio nudo. Se fosse vero, questo precederebbe la scoperta di Galileo di quasi due millenni. [118] [119]

Un articolo del 2016 riporta che la regola trapezoidale è stata utilizzata dai babilonesi prima del 50 a.C. per integrare la velocità di Giove lungo l'eclittica. [120] Nella sua opera del II secolo il Almagesto, l'astronomo ellenistico Claudius Ptolemaeus costruì un modello planetario geocentrico basato su deferenti ed epicicli per spiegare il movimento di Giove rispetto alla Terra, dando il suo periodo orbitale attorno alla Terra come 4332,38 giorni o 11,86 anni. [121]

Ricerca di telescopi terrestri

Nel 1610, l'erudito italiano Galileo Galilei scoprì le quattro lune più grandi di Giove (ora conosciute come le lune galileiane) usando un telescopio ritenuto la prima osservazione telescopica di lune diverse da quella terrestre. Un giorno dopo Galileo, Simon Marius scoprì indipendentemente le lune intorno a Giove, anche se non pubblicò la sua scoperta in un libro fino al 1614. [122] Tuttavia, furono i nomi di Marius per le lune maggiori che rimasero: Io, Europa, Ganimede e Callisto. Questi risultati sono stati la prima scoperta del moto celeste non apparentemente centrato sulla Terra. La scoperta fu un punto importante a favore della teoria eliocentrica dei moti dei pianeti di Copernico. Il sostegno esplicito di Galileo alla teoria copernicana lo portò a essere processato e condannato dall'Inquisizione. [123]

Durante il 1660, Giovanni Cassini utilizzò un nuovo telescopio per scoprire macchie e bande colorate, osservare che il pianeta appariva oblato e stimare il periodo di rotazione del pianeta. [124] Nel 1690 Cassini notò che l'atmosfera subisce una rotazione differenziale. [55]

La Grande Macchia Rossa potrebbe essere stata osservata già nel 1664 da Robert Hooke e nel 1665 da Cassini, sebbene ciò sia contestato. Il farmacista Heinrich Schwabe ha prodotto il primo disegno conosciuto per mostrare i dettagli della Grande Macchia Rossa nel 1831. [125] Secondo quanto riferito, la Macchia Rossa è stata persa di vista in diverse occasioni tra il 1665 e il 1708 prima di diventare abbastanza evidente nel 1878. È stata registrata come sbiadita di nuovo nel 1883 e all'inizio del XX secolo. [126]

Sia Giovanni Borelli che Cassini hanno realizzato accurate tabelle dei moti delle lune di Giove, consentendo previsioni di quando le lune sarebbero passate prima o dietro il pianeta. Nel 1670 fu osservato che quando Giove si trovava dalla parte opposta del Sole rispetto alla Terra, questi eventi si sarebbero verificati circa 17 minuti più tardi del previsto. Ole Rømer ha dedotto che la luce non viaggia istantaneamente (una conclusione che Cassini aveva precedentemente respinto), [41] e questa discrepanza temporale è stata utilizzata per stimare la velocità della luce. [127]

Nel 1892, E. E. Barnard osservò un quinto satellite di Giove con il rifrattore da 36 pollici (910 mm) al Lick Observatory in California. Questa luna fu poi chiamata Amaltea. [128] Fu l'ultima luna planetaria ad essere scoperta direttamente dall'osservazione visiva. [129] Altri otto satelliti furono scoperti prima del sorvolo della sonda Voyager 1 nel 1979. [d]

Nel 1932, Rupert Wildt identificò bande di assorbimento di ammoniaca e metano negli spettri di Giove. [130]

Nel 1938 furono osservate tre caratteristiche anticicloniche di lunga durata chiamate ovali bianchi. Per diversi decenni rimasero come caratteristiche separate nell'atmosfera, a volte avvicinandosi l'una all'altra ma mai fondendosi. Infine, due degli ovali si sono fusi nel 1998, per poi assorbire il terzo nel 2000, diventando Oval BA. [131]

Ricerca radiotelescopica

Nel 1955, Bernard Burke e Kenneth Franklin rilevarono raffiche di segnali radio provenienti da Giove a 22,2 MHz. [55] Il periodo di queste esplosioni corrispondeva alla rotazione del pianeta e hanno usato queste informazioni per perfezionare la velocità di rotazione. Si è scoperto che i lampi radio di Giove si presentano in due forme: raffiche lunghe (o L-burst) che durano fino a diversi secondi e raffiche brevi (o S-burst) che durano meno di un centesimo di secondo. [132]

Gli scienziati hanno scoperto che ci sono tre forme di segnali radio trasmessi da Giove:

  • I lampi radio decametrici (con una lunghezza d'onda di decine di metri) variano con la rotazione di Giove e sono influenzati dall'interazione di Io con il campo magnetico di Giove. [133]
  • L'emissione radio decimetrica (con lunghezze d'onda misurate in centimetri) è stata osservata per la prima volta da Frank Drake e Hein Hvatum nel 1959. [55] L'origine di questo segnale era una cintura a forma di toro attorno all'equatore di Giove. Questo segnale è causato dalla radiazione di ciclotrone degli elettroni che vengono accelerati nel campo magnetico di Giove. [134]
  • La radiazione termica è prodotta dal calore nell'atmosfera di Giove. [55]

Esplorazione

Dal 1973, un certo numero di veicoli spaziali automatizzati ha visitato Giove, in particolare il Pioniere 10 sonda spaziale, la prima navicella spaziale ad avvicinarsi abbastanza a Giove da inviare rivelazioni sulle sue proprietà e sui suoi fenomeni. [135] [136] I voli verso i pianeti all'interno del Sistema Solare vengono effettuati a un costo in energia, che è descritto dalla variazione netta di velocità della navicella spaziale, o delta-v. Entrare in un'orbita di trasferimento di Hohmann dalla Terra a Giove dall'orbita terrestre bassa richiede un delta-v di 6,3 km/s, [137] che è paragonabile al delta-v di 9,7 km/s necessario per raggiungere l'orbita terrestre bassa. [138] Gli aiuti gravitazionali attraverso i sorvoli planetari possono essere utilizzati per ridurre l'energia necessaria per raggiungere Giove, anche se al costo di una durata del volo significativamente più lunga. [139]

Missioni in volo

Missioni in volo
Navicella spaziale Più vicina
approccio
Distanza
Pioniere 10 3 dicembre 1973 130.000 km
Pioniere 11 4 dicembre 1974 34.000 km
Viaggiatore 1 5 marzo 1979 349.000 km
Viaggiatore 2 9 luglio 1979 570.000 km
Odisseo 8 febbraio 1992 [140] 408.894 km
4 febbraio 2004 [140] 120.000.000 km
Cassini 30 dicembre 2000 10.000.000 km
Nuovi orizzonti 28 febbraio 2007 2.304.535 km

A partire dal 1973, diversi veicoli spaziali hanno eseguito manovre di sorvolo planetario che li hanno portati nel raggio di osservazione di Giove. Le missioni Pioneer hanno ottenuto le prime immagini ravvicinate dell'atmosfera di Giove e di molte delle sue lune. Hanno scoperto che i campi di radiazioni vicino al pianeta erano molto più forti del previsto, ma entrambi i veicoli spaziali sono riusciti a sopravvivere in quell'ambiente. Le traiettorie di questi veicoli spaziali sono state utilizzate per perfezionare le stime di massa del sistema gioviano. Le occultazioni radio da parte del pianeta hanno portato a misurazioni migliori del diametro di Giove e alla quantità di appiattimento polare. [46] [141]

Sei anni dopo, le missioni Voyager migliorarono notevolmente la comprensione delle lune galileiane e scoprirono gli anelli di Giove. Hanno anche confermato che la Grande Macchia Rossa era anticiclonica. Il confronto delle immagini ha mostrato che la Macchia Rossa aveva cambiato tonalità dalle missioni Pioneer, passando dall'arancione al marrone scuro. Lungo il percorso orbitale di Io è stato scoperto un toroide di atomi ionizzati e sulla superficie lunare sono stati trovati vulcani, alcuni in fase di eruzione. Mentre la navicella passava dietro il pianeta, osservava lampi di fulmini nell'atmosfera notturna. [46] [142]

La prossima missione per incontrare Giove è stata la Odisseo solar probe. It performed a flyby maneuver to attain a polar orbit around the Sun. During this pass, the spacecraft studied Jupiter's magnetosphere. Odisseo has no cameras so no images were taken. A second flyby six years later was at a much greater distance. [140]

In 2000, the Cassini probe flew by Jupiter on its way to Saturn, and provided higher-resolution images. [143]

Il Nuovi orizzonti probe flew by Jupiter in 2007 for a gravity assist en route to Pluto. [144] The probe's cameras measured plasma output from volcanoes on Io and studied all four Galilean moons in detail, as well as making long-distance observations of the outer moons Himalia and Elara. [145]

Galileo mission

The first spacecraft to orbit Jupiter was the Galileo probe, which entered orbit on December 7, 1995. [51] It orbited the planet for over seven years, conducting multiple flybys of all the Galilean moons and Amalthea. The spacecraft also witnessed the impact of Comet Shoemaker–Levy 9 as it approached Jupiter in 1994, giving a unique vantage point for the event. Its originally designed capacity was limited by the failed deployment of its high-gain radio antenna, although extensive information was still gained about the Jovian system from Galileo. [146]

A 340-kilogram titanium atmospheric probe was released from the spacecraft in July 1995, entering Jupiter's atmosphere on December 7. [51] It parachuted through 150 km (93 mi) of the atmosphere at a speed of about 2,575 km/h (1600 mph) [51] and collected data for 57.6 minutes before the signal was lost at a pressure of about 23 atmospheres and a temperature of 153 °C. [147] It melted thereafter, and possibly vapourised. Il Galileo orbiter itself experienced a more rapid version of the same fate when it was deliberately steered into the planet on September 21, 2003, at a speed of over 50 km/s to avoid any possibility of it crashing into and possibly contaminating the moon Europa, which may harbor life. [146]

Data from this mission revealed that hydrogen composes up to 90% of Jupiter's atmosphere. [51] The recorded temperature was more than 300 °C (570 °F) and the windspeed measured more than 644 km/h (>400 mph) before the probes vapourised. [51]

Giunone mission

della NASA Giunone mission arrived at Jupiter on July 4, 2016, and was expected to complete thirty-seven orbits over the next twenty months. [21] The mission plan called for Giunone to study the planet in detail from a polar orbit. [148] On August 27, 2016, the spacecraft completed its first fly-by of Jupiter and sent back the first ever images of Jupiter's north pole. [149] Giunone would complete 12 science orbits before the end of its budgeted mission plan, ending July 2018. [150] In June of that year, NASA extended the mission operations plan to July 2021, and in January of that year the mission was extended to September 2025 with four lunar flybys: one of Ganymede, one of Europa, and two of Io. [151] [152] When Giunone reaches the end of the mission, it will perform a controlled deorbit and disintegrate into Jupiter's atmosphere. During the mission, the spacecraft will be exposed to high levels of radiation from Jupiter's magnetosphere, which may cause future failure of certain instruments and risk collision with Jupiter's moons. [153] [154]

Canceled missions and future plans

There has been great interest in studying Jupiter's icy moons in detail because of the possibility of subsurface liquid oceans on Europa, Ganymede, and Callisto. Funding difficulties have delayed progress. della NASA JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) was cancelled in 2005. [155] A subsequent proposal was developed for a joint NASA/ESA mission called EJSM/Laplace, with a provisional launch date around 2020. EJSM/Laplace would have consisted of the NASA-led Jupiter Europa Orbiter and the ESA-led Jupiter Ganymede Orbiter. [156] However, ESA had formally ended the partnership by April 2011, citing budget issues at NASA and the consequences on the mission timetable. Instead, ESA planned to go ahead with a European-only mission to compete in its L1 Cosmic Vision selection. [157]

These plans were realized as the European Space Agency's Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), due to launch in 2022, [158] followed by NASA's Europa Clipper mission, scheduled for launch in 2024. [159] Other proposed missions include the Chinese National Space Administration's Interstellar Express, a pair of probes to launch in 2024 that would use Jupiter's gravity to explore either end of the heliosphere, and NASA's Trident, which would launch in 2025 and use Jupiter's gravity to bend the spacecraft on a path to explore Neptune's moon Triton.

Jupiter has 79 known natural satellites. [6] [160] Of these, 60 are less than 10 km in diameter. [161] The four largest moons are Io, Europa, Ganymede, and Callisto, collectively known as the "Galilean moons", and are visible from Earth with binoculars on a clear night. [162]

Galilean moons

The moons discovered by Galileo—Io, Europa, Ganymede, and Callisto—are among the largest in the Solar System. The orbits of three of them (Io, Europa, and Ganymede) form a pattern known as a Laplace resonance for every four orbits that Io makes around Jupiter, Europa makes exactly two orbits and Ganymede makes exactly one. This resonance causes the gravitational effects of the three large moons to distort their orbits into elliptical shapes, because each moon receives an extra tug from its neighbors at the same point in every orbit it makes. The tidal force from Jupiter, on the other hand, works to circularise their orbits. [163]

The eccentricity of their orbits causes regular flexing of the three moons' shapes, with Jupiter's gravity stretching them out as they approach it and allowing them to spring back to more spherical shapes as they swing away. This tidal flexing heats the moons' interiors by friction. [164] This is seen most dramatically in the volcanic activity of Io (which is subject to the strongest tidal forces), [164] and to a lesser degree in the geological youth of Europa's surface, which indicates recent resurfacing of the moon's exterior. [165]

Classification

Jupiter's moons were traditionally classified into four groups of four, based on commonality of their orbital elements. [166] This picture has been complicated by the discovery of numerous small outer moons since 1999. Jupiter's moons are currently divided into several different groups, although there are several moons which are not part of any group. [167]

The eight innermost regular moons, which have nearly circular orbits near the plane of Jupiter's equator, are thought to have formed alongside Jupiter, whilst the remainder are irregular moons and are thought to be captured asteroids or fragments of captured asteroids. Irregular moons that belong to a group share similar orbital elements and thus may have a common origin, perhaps as a larger moon or captured body that broke up. [168] [169]

Regular moons
Inner group The inner group of four small moons all have diameters of less than 200 km, orbit at radii less than 200,000 km, and have orbital inclinations of less than half a degree.
Galilean moons [170] These four moons, discovered by Galileo Galilei and by Simon Marius in parallel, orbit between 400,000 and 2,000,000 km, and are some of the largest moons in the Solar System.
Irregular moons
Himalia group A tightly clustered group of moons with orbits around 11,000,000–12,000,000 km from Jupiter. [171]
Ananke group This retrograde orbit group has rather indistinct borders, averaging 21,276,000 km from Jupiter with an average inclination of 149 degrees. [169]
Carme group A fairly distinct retrograde group that averages 23,404,000 km from Jupiter with an average inclination of 165 degrees. [169]
Pasiphae group A dispersed and only vaguely distinct retrograde group that covers all the outermost moons. [172]

Planetary rings

Jupiter has a faint planetary ring system composed of three main segments: an inner torus of particles known as the halo, a relatively bright main ring, and an outer gossamer ring. [173] These rings appear to be made of dust, rather than ice as with Saturn's rings. [55] The main ring is probably made of material ejected from the satellites Adrastea and Metis. Material that would normally fall back to the moon is pulled into Jupiter because of its strong gravitational influence. The orbit of the material veers towards Jupiter and new material is added by additional impacts. [174] In a similar way, the moons Thebe and Amalthea probably produce the two distinct components of the dusty gossamer ring. [174] There is also evidence of a rocky ring strung along Amalthea's orbit which may consist of collisional debris from that moon. [175]

Along with the Sun, the gravitational influence of Jupiter has helped shape the Solar System. The orbits of most of the system's planets lie closer to Jupiter's orbital plane than the Sun's equatorial plane (Mercury is the only planet that is closer to the Sun's equator in orbital tilt). The Kirkwood gaps in the asteroid belt are mostly caused by Jupiter, and the planet may have been responsible for the Late Heavy Bombardment event in the inner Solar System's history. [176]

In addition to its moons, Jupiter's gravitational field controls numerous asteroids that have settled into the regions of the Lagrangian points preceding and following Jupiter in its orbit around the Sun. These are known as the Trojan asteroids, and are divided into Greek and Trojan "camps" to commemorate the Iliad. The first of these, 588 Achilles, was discovered by Max Wolf in 1906 since then more than two thousand have been discovered. [177] The largest is 624 Hektor. [178]

Most short-period comets belong to the Jupiter family—defined as comets with semi-major axes smaller than Jupiter's. Jupiter family comets are thought to form in the Kuiper belt outside the orbit of Neptune. During close encounters with Jupiter their orbits are perturbed into a smaller period and then circularised by regular gravitational interaction with the Sun and Jupiter. [179]

Due to the magnitude of Jupiter's mass, the centre of gravity between it and the Sun lies just above the Sun's surface, the only planet in the Solar System for which this is true. [180] [181]

Impacts

Jupiter has been called the Solar System's vacuum cleaner [183] because of its immense gravity well and location near the inner Solar System there are more impacts on Jupiter, such as comets, than on the Solar System's other planets. [184] It was thought that Jupiter partially shielded the inner system from cometary bombardment. [51] However, recent computer simulations suggest that Jupiter does not cause a net decrease in the number of comets that pass through the inner Solar System, as its gravity perturbs their orbits inward roughly as often as it accretes or ejects them. [185] This topic remains controversial among scientists, as some think it draws comets towards Earth from the Kuiper belt while others think that Jupiter protects Earth from the Oort cloud. [186] Jupiter experiences about 200 times more asteroid and comet impacts than Earth. [51]

A 1997 survey of early astronomical records and drawings suggested that a certain dark surface feature discovered by astronomer Giovanni Cassini in 1690 may have been an impact scar. The survey initially produced eight more candidate sites as potential impact observations that he and others had recorded between 1664 and 1839. It was later determined, however, that these candidate sites had little or no possibility of being the results of the proposed impacts. [187]

The planet Jupiter has been known since ancient times. It is visible to the naked eye in the night sky and can occasionally be seen in the daytime when the Sun is low. [188] To the Babylonians, this object represented their god Marduk. They used Jupiter's roughly 12-year orbit along the ecliptic to define the constellations of their zodiac. [46] [189]

The Romans called it "the star of Jupiter" (Iuppiter Stella), as they believed it to be sacred to the principal god of Roman mythology, whose name comes from the Proto-Indo-European vocative compound *Dyēu-pəter (nominative: *Dyēus-pətēr, meaning "Father Sky-God", or "Father Day-God"). [190] In turn, Jupiter was the counterpart to the mythical Greek Zeus (Ζεύς), also referred to as Dias (Δίας), the planetary name of which is retained in modern Greek. [191] The ancient Greeks knew the planet as Phaethon ( Φαέθων ), meaning "shining one" or "blazing star". [192] [193] As supreme god of the Roman pantheon, Jupiter was the god of thunder, lightning, and storms, and appropriately called the god of light and sky.

The astronomical symbol for the planet, , is a stylised representation of the god's lightning bolt. The original Greek deity Zeus supplies the root zeno-, used to form some Jupiter-related words, such as zenographic. [e] Jovian is the adjectival form of Jupiter. The older adjectival form jovial, employed by astrologers in the Middle Ages, has come to mean "happy" or "merry", moods ascribed to Jupiter's astrological influence. [194] In Germanic mythology, Jupiter is equated to Thor, whence the English name Thursday for the Roman dies Jovis. [195]

In Vedic astrology, Hindu astrologers named the planet after Brihaspati, the religious teacher of the gods, and often called it "Guru", which literally means the "Heavy One". [196] In Central Asian Turkic myths, Jupiter is called Erendiz o Erentüz, a partire dal eren (of uncertain meaning) and yultuz ("star"). There are many theories about the meaning of eren. These peoples calculated the period of the orbit of Jupiter as 11 years and 300 days. They believed that some social and natural events connected to Erentüz's movements on the sky. [197] The Chinese, Vietnamese, Koreans, and Japanese called it the "wood star" (Chinese: 木星 pinyin: mùxīng ), based on the Chinese Five Elements. [198] [199] [200]

The tempestuous atmosphere of Jupiter, captured by the Wide Field Camera 3 on the Hubble Space Telescope in infrared.


Differential Rotation

In a rotating solid body, regions that are adjacent at one point in time will remain adjacent as the body rotates. This means that points further from the rotation centre will travel at greater speeds than those closer in.

If only one period spacing pattern is detected and analysed for a star, it is difficult to detect differential rotation. A rigidly rotating model will often provide the best solution.

Differential Rotation. The change in solar rotation rate with latitude. Low latitudes rotate at a faster angular rate (approx. 14 degrees per day) than do high latitudes (approx. 12 degrees per day). For example, the equatorial rotation period is 27.7 days compared to 28.6 days at latitude 40 degrees.

The rotation of a body in which different parts of the body have different periods of rotation. This is true of the sun, Jovian planets, and the disk of the galaxy.
Differentiation .

occurs for gaseous bodies like the Sun or for planets with thick atmospheres .

. The rotation of a body such as a gaseous planet or the Sun so that different parts are rotating at different speeds. For example, a star or planet which rotates faster at its equator than it does at its poles.
Diffraction. The spreading out of light as it passes the edge of an obstacle.

(a) Of a stellar cluster or galaxy, the "orbiting" of stars nearer the center faster than those at the edge. Of a single body (such as the Sun or a gaseous planet), the axial rotation of equatorial latitudes faster than polar latitudes. [A84] .

In a fluid body, such as a star or gas giant planet, the equatorial regions rotate more rapidly than the poles. As shown, a consequence of this is that a set of points lined up on the central meridian will become spread out in longitude over the course of a rotation.

is the difference in the angular speeds of different parts of the galactic disk so stars closer to the center complete a greater fraction of their orbit in a given time.

The tendency for a gaseous sphere, such as a jovian planet or the Sun, to rotate at a different rate at the equator than at the poles. For a galaxy or other object, a condition where the angular speed varies with location within the object.

of the Galaxy can stretch it out into spiral features.

of the disk around the star smears these over-dense regions into spiral waves.
"Although it had been speculated that planets can produce spiral arms, we now think we know how," said team member Zhaohuan Zhu, of Princeton University.

is the most pronounced of any planet in the Solar System, and results in strong latitudinal wind shear and violent storms. The three most impressive were all spotted in 1989 by the Voyager 2 space probe, and then named based on their appearances.

in our galaxy can be used to determine the distance of a source when its radial velocity is known.
F. Expansion Parallax
The distance to an expanding object like a supernova remnant such as Tycho can be determined by measuring: .

of the Sun causes eventual twisting of the magnetic fields. Eventually, the magnetic field undoes itself as rotation continues.

, and how is it observed on Jupiter? HINT
3. Describe some of the ways in which the Voyager mission changed our perception of Jupiter.
4. What is the Great Red Spot? What is known about the source of its energy? HINT .

the condition in which different parts of an object rotate at different speeds one example would be a spiral galaxy whose inner regions rotate faster than its outer regions. dipole a pair of equal and oppositely charged or magnetized poles separated by a distance.

Sunspots are the most obvious manifestation of the Sun's magnetic energy and form when

winds up and intensifies magnetic fields below the surface. The fields become buoyant and break through the surface, creating a sunspot group.

The Sun does rotate, but because it is a large gaseous sphere, not all parts rotate at the same speed. This is known as a

.
TERMS TO KNOW
ATMOSPHERE The layers of gases which surround a star, like our Sun, or a planet, like our Earth.

in Jupiter's deep interior:
Clusters of Cyclones Encircling Jupiter's Poles: .

We don't know for sure, but we suspect that the

and convection going on under the photosphere can wrap up and tangle the Sun's magnetic field. As a magnetic field line gets twisted and stretched out by the Sun's wacky rotation, a part of it can erupt near the Sun's surface, producing a sunspot.

The difference in period is caused by

. (S. L. Rucinski et al., Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 116, p. 1093, 2004.) .

In the solar dynamo model of the Sun,

of the solar plasma causes the meridional magnetic field to stretch into an azimuthal magnetic field, a process called the omega-effect. The reverse process is called the alpha-effect.[40] .

It ends up fragmenting and those fragments get moved around by the, in this case, it's that everything is rotating and you end up with a certain amount of

. It's not a big deal with the earth but it does act to add to the motion.

Although the Sun's magnetic field is only about twice as strong as Earth's overall, the

of the Sun concentrates the field in some places, where it can be as much as 3,000 times as strong as on Earth.

The behavior of the Sun's magnetic field is strongly influenced by the combination of convective currents, which bring the charged plasma from deep within the Sun to the Sun's surface, and the

of the outer layers of the Sun.

Jupiter's upper atmosphere undergoes

, an effect first noticed by Giovanni Cassini (1690). La rotazione dell'atmosfera polare di Giove è

5 minuti in più rispetto a quello dell'atmosfera equatoriale. Inoltre, fasce di nubi di diverse latitudini scorrono in direzioni opposte sui venti prevalenti.

Vilhelm Bjerknes theorized in 1926 that spots are the erupting ends of magnetic vortices broken by the Sun's

. Various elaborations on this idea have been proposed, but the cause of sunspots is still uncertain.

Magnetic fields within the Sun are stretched out and wound around the Sun by

- the change in rotation rate as a function of latitude and radius within the Sun. This is called the omega-effect after the Greek letter used to represent rotation.

The outer layers of the Sun exhibit

: at the equator the surface rotates once every 25.4 days near the poles it's as much as 36 days. This odd behavior is due to the fact that the Sun is not a solid body like the Earth. Similar effects are seen in the gas planets.

The polar regions complete a rotation in 12 hours being the most pronounced

of any planet in the Solar System, resulting in strong latitudinal wind shear.
Orbital Resonances .

If the material originally making up a spiral arm of a spiral galaxy remains in the arm, then the

of the galaxy should wind up the arm in a time which is short compared to the age of the galaxy.

The Revengian ecosystem is powered by the

The star has "a combination of

and concentration of starspot activity at different stellar latitudes from year to year" (Guidos et al, 2000, in pdf). Useful catalogue numbers and designations for the star include: 58 Eri, HR 1532, Gl 177, Hip 22263, HD 30495, BD-17 954, SAO 149888, and LTT 2088.

It also emits radio waves, ultraviolet rays, and X-rays. The Earth's atmosphere protects us from the harmful effects of the ultraviolet rays and the X-rays. The Sun does rotate, but because it is a large gaseous sphere, not all parts rotate at the same speed. This is known as a

A rigid body such as the Earth will clearly have a single rotation rate. But since the Sun is made of gas, different parts of it rotate at different speeds. Near the Sun's equator, it completes one rotation every 27 Earth days. But near the poles, it's about 31 Earth days. This is called "

With GONG data, it will be possible to constrain the interior temperature and density structure of the sun, and to infer its


Does Jupiter rotate at the same speed at every depth? - Astronomia

Jupiter and the other giant planets are made mostly of hydrogen. Hydrogen is very explosive. We have also seen lightning on some of the giant planets. Why doesn't the lightning make the hydrogen explode?

When hydrogen explodes, it does so by combining with oxygen in the following reaction:

If there is no oxygen, then the explosion cannot take place. While the gas giants are made mostly of hydrogen, they have very little oxygen in their atmospheres.

In fact, the Earth is the only planet with an oxygen-rich atmosphere. The reason is that on Earth, plants and bacteria that perform photosynthesis release oxygen. There is no known photosynthetic life on any other planet, so they have only trace amounts of oxygen in their atmospheres.

This page was last updated June 28, 2015.

Circa l'autore

Britt Scharringhausen

Britt studies the rings of Saturn. She got her PhD from Cornell in 2006 and is now a Professor at Beloit College in Wisconson.


7 Jupiter Is The King Of Spin

Jupiter takes just under 10 hours to complete a full rotation on its axis, compared with 24 hours here on Earth. A day on Jupiter varies from nine hours and 56 minutes at both poles to nine hours and 50 minutes around the equator of the giant planet. This exceedingly fast rotation causes Jupiter to bulge out at the equator and flatten at top, causing the giant to be around 7 percent wider at the equator than it is at the poles. This rotation speed is exceptional when one considers the sheer size of the great planet, which allows it to reign high in yet another category: the shortest day in the planetary system.

Being a gaseous planet, Jupiter does not rotate as a solid sphere like Earth does. Instead, it rotates slightly faster at the equator than at the polar regions, at a speed of 50,000 kilometers (30,000 mi) per hour an hour&mdash27 times faster than the earth rotates.


The Planet Jupiter

Jupiter is the fifth closest planet to our Sun and is the first planet beyond the relatively small, inner four, rocky planets. It is the first of the four "gas giant" planets in proximity to the Sun. Jupiter has 300 times the mass of Earth, but is less dense. It is by far the largest planet in our solar system and has 2 1/2 times the mass of all the solar system's planets put together. Jupiter has 63 known satellites and like Saturn, there is a large number of very small satellites orbiting Jupiter from about seven million to 13 million miles away. In addition, the tiny satellites are all similar in structure, suggesting that they are pieces from a parent body. Jupiter's average distance from the Sun is 480 million miles and takes nearly 12 years to make one revolution. Like the rest of the gas giants, Jupiter has a ring, albeit small and flat. Its rotation is the fastest of all solar system planets, rotating once on its axis every 10 hours. This means at the equator, Jupiter is moving at 22,000 mph, compared with 1,000 mph for the Earth. See what this does to Jupiter's weather below. (For the curious, the small object to the lower left of Jupiter in the photograph above is Ganymede, one of its four large inner moons).

Atmosphere and Weather: Jupiter's extremely dense and relatively dry atmosphere is composed of a mixture of hydrogen, helium and much smaller amounts of methane and ammonia. The same mixture of elements which made Jupiter also made the Sun. It is reasonable to assume, that under more extreme conditions, Jupiter could have evolved into a double-star companion to our Sun. However, Jupiter would have had to become at least 80 times more massive to become a star.

The atmosphere is probably a few hundred miles in depth, pulled toward the surface by the intense gravity. Closer to the surface, the gases become more dense, and likely turn into a compound of slurry. Pioneer's 10 and 11 found evidence that the planet itself is composed almost entirely of liquid hydrogen and that there likely is no real interface between the atmosphere and surface. Jupiter's rocky core lies well below the "surface" and is very hot (around 36,000 degrees F.) due to gravitational compression (compression is a heating process). But Jupiter is much too small and cool to ignite nuclear fusion reactions which are required to become a star.

As mentioned above, Jupiter's extremely fast rotation flattens the globe at the poles and drives extremely changeable weather patterns in the clouds which envelope the planet. The clouds are likely made of ammonia ice crystals, changing to ammonia droplets further down. It is estimated that the temperature of the cloud tops are about -280 degrees F. Overall, Jupiter's average temperature is -238 degrees F. Since Jupiter is only tilted slightly more then 3 degrees on its axis, seasonal fluctuations are minimal.

Jupiter is basically a turbulent, stormy, whirlpool of wind, banded with variable belts and a giant "Red Spot." This giant Red Spot is an oval shaped, counter-clockwise moving storm and is four times larger than our Earth. The storm is by far the largest of similar ovals found on other parts of Jupiter and the other gas giants. Jupiter's wind appears to be driven by internal heat rather than from solar insolation. A probe dropped by the Galileo spacecraft late in 1995 provided evidence of wind speeds of more than 400 mph and some lightning.

QUICK FACTS (Data is from NASA Goddard)

Average distance from Sun 482,300,000 miles
Perihelion 459,100,000 miles
Aphelion 506,300,000 miles
Rotazione siderale 9.925 Earth hours
Durata del giorno 9.925 Earth hours
Sidereal Revolution 11.87 Earth years
Diameter at Equator 88,650 miles (largest planet)
Tilt of axis 3.13 degrees
Moons 79 known
Atmosphere Hydrogen (90%), Helium (10%), trace amounts of methane and ammonia
Discoverer Sconosciuto
Discovery Date Prehistoric

DEFINITIONS:

Average distance from Sun: Average distance from the center of a planet to the center of the Sun.
Perihelion: The point in a planet's orbit closest to the Sun.
Aphelion: The point in a planet's orbit furthest from the Sun.
Sidereal Rotation: The time for a body to complete one rotation on its axis relative to the fixed stars such as our Sun. Earth's sidereal rotation is 23 hours, 57 minutes.
Length of Day: The average time for the Sun to move from the Noon position in the sky at a point on the equator back to the same position. Earth's length of day = 24 hours
Sidereal Revolution: The time it takes to make one complete revolution around the Sun.
Axis tilt: Imagining that a body's orbital plane is perfectly horizontal, the axis tilt is the amount of tilt of the body's equator relative to the body's orbital plane. Earth is tilted an average of 23.45 degrees on its axis.


A side note: Beginning on July 16, 1994, 21 large fragments of the comet Shoemaker-Levy 9 bombarded Jupiter over a six day period. The fragments impacted the planet in a systematic order, one after the other at 134,000 mph. This provided a pyrotechnic show of unbelievable proportions. The impact of the comet's fragments released massive plumes of gas into Jupiter's atmosphere, emitting huge fireballs and leaving scarring behind. One of the largest fragments impacted Jupiter with a force of 6 million megatons of TNT and produced a plume about 1,500 miles high and 5,000 miles wide. It left a dark discoloration larger than Earth. The top image to the left shows an impact from fragment "G" on Jupiter. This picture was taken by Peter McGregor at the Mount Stromlo and Siding Observatories on July 18, 1994.

The bottom image displays residual scarring from comet fragments "G" "D" and "L", taken by Dan Burton at the Texas A&M observatory on July 20, 1994. The dark discoloration at the lower left is from fragments "G" and "D". The lower right impact is from fragment "L".


Specifics

Q2.1: What are the impact times and impact locations?

Q2.2: Can the collision be observed with radio telescopes?

For those interested in radio observations during the SL9 impact, Leonard Garcia of the University of Florida has made some information available. The following files are available via anonymous ftp on the University of Florida, Department of Astronomy site astro.ufl.edu in the /pub/jupiter directory:

The antenna required to observe Jupiter may be as simple as a dipole antenna constructed with two pieces of wire 11 feet 8.4 inches in length, connected to a 50 ohm coax cable. This antenna should be laid out on a East-West line and raised above the ground by at least seven feet. A Directional Discontinuity Ring Radiator (DDRR) antenna is also easy to construct and can be made from 1/2 inch copper tubing 125.5 inches in length (21Mhz). The copper tube should be bent into a loop and placed 5 inches above a metallic screen. A good preamp is required for less sensitive shortwave receivers [39].

Society of Amateur and Radio Astronomers (SARA) say that amateur radio astronomers may have to wait approximately three hours after impact for the impact sites to rotate to the central meridian of Jupiter before anything unusual is detected. This wait is typical due to the Jovian decametric synchrotron emissions being emitted as a beam of radiation. Due to the large time differential from impact to radio observations any disturbance may have settled and not be detected. SARA suggest that the radio observer begin the watch approximately 30 minutes before the fragments hit to four hour after.

Q2.3: Will light from the explosions be reflected by any moons?

The following files contain information concerning the reflection of light by Jupiter's moons and are available at SEDS.LPL.Arizona.EDU :

Also, monitoring the eclipses of the Galilean satellites after the impacts may yield valuable scientific data with the moons serving as sensitive probes of any cometary dust in Jupiter's atmosphere. The geometry of the eclipses is such that the satellites pass through the shadow at roughly the same latitude as the predicted comet impacts. There is an article in the first issue of CCD Astronomy involving these observations. The article says that if the dust were to obscure sunlight approximately 120 kilometers above Jupiter's cloud tops, Io could be more that 3 percent (0.03 magnitudes) fainter than normal at mideclipse [40].

Q2.4: What are the orbital parameters of the comet?

In the abstract "The Orbit of Comet Shoemaker-Levy 9 about Jupiter" by D.K. Yeomans and P.W. Chodas (1994, BAAS, 26, 1022), the elements for the brightest fragment Q are listed. These elements are Jovicentric and for Epoch 1994Jul15 (J2000 ecliptic):

Q2.5: Why did the comet break apart?

Furthermore, images of Callisto and Ganymede show crater chains which may have resulted from the impact of a shattered comet similar to Shoemaker- Levy 9 [3,17]. The satellite with the best example of aligned craters is Callisto with 13 crater chains. There are three crater chains on Ganymede. These were first thought to be from basin ejecta in other words secondary craters [27]. See SEDS.LPL.Arizona.edu in /pub/astro/SL9/images for images of crater chains (gipul.gif and chain.gif).

There are also a few examples of crater chains on our Moon. Jay Melosh and Ewen Whitaker have identified 2 possible crater chains on the moon which would be generated by near-Earth tidal breakup. One is called the "Davy chain" and it is very tiny but shows up as a small chain of craters aligned back toward Ptolemaeus. In near opposition images, it appears as a high albedo line in high phase angle images, you can see the craters themselves. The second is between Almanon and Tacitus and is larger (comparable to the Ganymede and Callisto chains in size and length). There is an Apollo 11 image of a crater chain on the far side of the moon at SEDS.LPL.Arizona.edu in /pub/astro/SL9/images (moonchain.gif).

Q2.6: What are the sizes of the fragments?

The new images, taken with the Hubble telescope's new Wide Field and Planetary Camera-II instrument in 1994, have given us an even clearer view of this fascinating object, which should allow a refinement of the size estimates. Some astronomers now suggest that the fragments are about 1 km or smaller. In addition, the new images show strong evidence for continuing fragmentation of some of the remaining nuclei, which will be monitored by the Hubble telescope over the next two weeks. One can get an idea of the relative sizes of the fragments by considering the relative brightnesses:

The "brightness index" subjectively rates comet fragment brightnesses, 3 being brightest. Brightnesses are eyeballed from the press-released HST image where possible.

Q2.7: How long is the fragment train?

Q2.8: Will Hubble, Galileo, etc. be able to observe the collisions?

Galileo will get a direct view of the impacts rather than the grazing limb view previously expected. The Ida image data playback was scheduled to end at the end of June, so there should be no tape recorder conflicts with observing the comet fragments colliding with Jupiter. The problem is how to get the most data played back when Galileo will only be transmitting at 10 bps. One solution is to have both Ulysses and Galileo record the event and and store the data on their respective tape recorders. Ulysses observations of radio emissions data will be played back first and will at least give the time of each comet fragment impact. Using this information, data can be selectively played back from Galileo's tape recorder. From Galileo's perspective, Jupiter will be 60 pixels wide and the impacts will only show up at about 1 pixel, but valuable science data can still collected in the visible and IR spectrum along with radio wave emissions from the impacts.

The impact points are also viewable by both Voyager spacecraft, especially Voyager 2. Jupiter will appear as 2.5 pixels from Voyager 2's viewpoint and 2.0 pixels for Voyager 1. However, it is doubtful that the Voyagers will image the impacts because the onboard software that controls the cameras has been deleted, and there is insufficient time to restore and test the camera software. The only Voyager instruments likely to observe the impacts are the ultraviolet spectrometer and planetary radio astronomy instrument. Voyager 1 will be 52 AU from Jupiter and will have a near-limb observation viewpoint. Voyager 2 will be in a better position to view the collision from a perspective of looking down on the impacts, and it is also closer at 41 AU.


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With so much variety among the brown dwarf speeds already measured, it surprised the authors of the new study that the three fastest brown dwarfs ever found have almost the exact same spin rate (about one full rotation per hour) as each other. This cannot be attributed to the brown dwarfs having formed together or being at the same stage in their development, as they are physically different: One is a warm brown dwarf, one is cold, and the other falls between them. Since brown dwarfs cool as they age, the temperature differences suggest these brown dwarfs are different ages.

The authors aren&rsquot chalking this up to coincidence. They think the members of the speedy trio have all reached a spin speed limit beyond this, a brown dwarf could break apart.

All rotating objects generate centripetal force, which increases the faster the object spins. On a carnival ride, this force can threaten to throw riders from their seats in stars and planets, it can tear the object apart. Before a spinning object breaks apart it will often start bulging around its midsection as it deforms under the pressure. Scientists call this oblation. Saturn, which rotates once every 10 hours like Jupiter, has a perceptible oblation. Based on the known characteristics of the brown dwarfs, they likely have similar degrees of oblation, according to the paper authors.


Locklin on science

A friend of mine asked me if I thought there were actual open questions in physics, ones that individuals or small groups could make a contribution to (as opposed to things like the Higgs boson which require 4000 people and billions of dollars to suss out). Here is a list I came up with. I don’t think it is definitive, and for all I know, some of these problems may no longer be open questions as of today, but I didn’t find anything better on the internets. It may be of interest to young researchers wishing to make a real contribution to human knowledge. Or maybe it’s just something to bullshit about.

Unlike other such lists, there are no silly cosmological or quantum gravitic types of questions on it. I think these are unanswerable questions, and not presently solvable by Baconian science. Essentially, such questions are metaphysical. They can’t presently be solved even in concept by making observations about reality. We’d still like to know the answers to such questions as how to unify gravity with the other forces, but it’s effectively a sort of mathematical philosophic enquiry, rather than normative science.

The other aspect of my “open questions” is they could conceivably be solved by an individual or a small team. I had to use my judgement on that, such as it is. I think these are all interesting and worthy mysteries ones which could be of great import to the human race. I suppose they vary quite a bit in importance, but all of ’em are interesting.


Guarda il video: Յուպիտեր և Սատուրն. Բացահայտում. Antranig Tanielian. Յուպիտերի վրա կա պտտահողմ . Bacahaytum (Dicembre 2021).