Полная версия

Главная arrow Прочие arrow АСТРОНОМИЯ. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Тепловой баланс Юпитера.

В главе, посвященной Венере, введено понятие сферического альбедо планеты. Напомним суть этого термина. На планету падает поток солнечной энергии Ф0. Часть этого потока (Ф) отражается от облаков планеты обратно в космическое пространство. Отношение отраженного и падающего потоков называется сферическим альбедо планеты (АСф):

Сферическое альбедо Юпитера составляет 0,50. Это означает, что половина падающего на планету солнечного излучения отражается от внешней поверхности облаков планеты обратно в космос. Остающаяся часть падающего потока солнечного излучения поглощается планетой и нагревает ее. Эта величина равна:

Поскольку любое нагретое тело излучает электромагнитные волны, то нагретый поглощенным солнечным излучением Юпитер также излучает сам, причем в инфракрасном (тепловом) диапазоне. Выше было указано, что уходящее тепловое излучение планеты характеризуется так называемой эффективной температурой Ге, которая в случае Юпитера близка к 130 К. Сферическое альбедо и эффективная температура связаны между собой уравнением теплового баланса:

где а = 5,67 • 10-8 Вт/м24 — постоянная Стефана — Больцмана. Левая часть уравнения описывает уходящее от планеты тепловое излучение согласно закону СтефанаБольцмана: энергия, излучаемая в единицу времени с единицы поверхности, пропорциональна четвертой степени температуры. Правая часть уравнения относится к поглощенному планетой излучению. Добавка е учитывает поток внутреннего тепла из недр планеты, приходящийся на единицу ее площади. У планет земной группы этот поток пренебрежимо мал по сравнению с потоком приходящей от Солнца энергии. В случае Юпитера ситуация выглядит иначе. Если подставить значения эффективной температуры (130 К) и сферического альбедо (0,50) в формулу (11,2), то для выполнения равенства левой и правой частей уравнения надо принять величину:

Другими словами, оказывается, что поток внутреннего тепла, поступающего из глубин планеты, примерно равен потоку, приходящему от Солнца. Уточненные оценки давали даже большие величины: оказалось, что Юпитер излучает примерно вдвое больше, чем получает от Солнца. Причина феномена мощного потока тепла из недр планеты (4 • 1017 Вт) окончательно не известна. Тем не менее есть ряд в разной степени обоснованных гипотез.

Большой поток тепла из недр характерен для звезд. Расчеты показывают, что для осуществления протекающих на звездах термоядерных реакций превращения водорода в гелий и сопутствующего выделения тепла в ядре Юпитера недостаточно высоки значения давления и температуры. Согласно существующей теории, масса Юпитера в 13 раз меньше предела, при котором условия в ядре планеты могли бы привести к запуску термоядерных реакций с участием дейтерия и лития, в результате чего Юпитер превратился бы в коричневый карлик. Что же касается минимума массы, необходимой для генерации термоядерных реакций, превращающих водород в гелий (предел Кумара), то для этого массу Юпитера нужно увеличить в 70 раз. Поэтому гипотеза, связывающая поток тепла из недр этой планеты с возможным протеканием термоядерных реакций в ее ядре, выглядит неубедительной.

Основная версия (парадигма), принятая на сегодняшний день большинством исследователей, сводится к тому, что Юпитер продолжает расходовать тепловую энергию, накопленную в прошлом во время гравитационного сжатия планеты. Судя по всему, в ходе формирования планеты из протопланетного облака, включавшего в себя и легкие, и тяжелые компоненты, гравитационная энергия пыли, газа и многочисленных падающих планетезималей переходила в кинетическую, а затем — в тепловую энергию, которую Юпитер постепенно растрачивает (излучает) до сих пор на протяжении 4,5 млрд лет. В окрестностях Юпитера плотность потока метеорных тел до сих пор примерно в 170 раз больше, чем вблизи Земли. При этом суммарная площадь поверхности Юпитера в 118 раз превышает площадь поверхности Земли, а сфера гравитационного притяжения, воздействующая на метеорные тела, также существенно превышает таковую для нашей планеты. В результате планета-гигант до сих пор получает дополнительное тепло за счет кинетической энергии падающего вещества, обильно приходящего из космоса.

Юпитер, благодаря своему положению в Солнечной системе и указанным выше факторам, гораздо чаще, чем Земля, испытывает столкновения с крупными телами. Так, летом 1994 г. 22 ледяных фрагмента ядра кометы Шумейкеров-Леви-9 (каждый фрагмент имел габариты в пределах от одного до двух километров) упали на Юпитер. Заметим, что подобное столкновение с Землей привело бы к уничтожению большей части биосферы и всей земной цивилизации.

Как уже упоминалось выше, летом 2009 г. в атмосфере Юпитера наблюдалось расплывающееся темное пятно, чрезвычайно походившее на аналогичные пятна, возникавшие 15 лет назад после падения фрагментов ядра кометы Шумейкеров-Леви-9. Судя по всему, на Юпитер снова упало крупное космическое тело. Подобные бомбардировки, если они происходят столь часто, могут вносить дополнительный вклад в тепловой баланс Юпитера.

Есть основания полагать, что на фазе формирования планет 4,5 млрд лет тому назад, в период интенсивных столкновений, Юпитер излучал громадную энергию, и его светимость в максимуме была лишь в 10 раз меньше светимости Солнца. Мощное излучение молодого Юпитера должно было приводить к плавлению льдов на поверхности его близких спутников, которые получали больше тепла, чем Меркурий получает от Солнца. Юпитер и сегодня сохранил высокую температуру огромного объема горячего вещества, которую постепенно расходует до сих пор.

Еще один возможный механизм, претендующий на объяснения избыточного теплового излучения планеты — планетохимическая дифференциация. Речь идет о погружении к центру планеты тяжелых веществ и всплывании легких. При этом должна выделяться энергия, которая способна объяснить наблюдаемый поток тепла из недр. Однако эта версия должна рассматриваться вместе с оценками характерного времени, которое требуется для окончания этого процесса. Не исключено, что дифференциация Юпитера давно завершилась, но тепловая энергия, полученная его недрами, еще не растрачена.

Не следует забывать о возможности присутствия в ядре Юпитера некоторого количества радиоактивных веществ, выделяющих тепло. Достоверных данных о вкладе этого фактора нет.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>