Astronomía

¿Júpiter gira a la misma velocidad en todas las profundidades?

¿Júpiter gira a la misma velocidad en todas las profundidades?


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Júpiter gira en menos de 10 horas. Su rotación es diferencial, con las capas superiores de la atmósfera girando un poco más rápido en el ecuador que en latitudes más altas. ¿Las capas internas de Júpiter giran a la misma velocidad (angular) que las capas más externas de la atmósfera?


No. El interior profundo del planeta gira como (casi) un cuerpo rígido (Guillot et al. 2018), mientras que la parte exterior del planeta experimenta una rotación diferencial. Por lo tanto, la rotación interior y exterior no pueden coincidir en todas las latitudes simultáneamente.


Introducción

Aunque la composición de Júpiter es similar a la de nuestro Sol, no pudo encenderse en la fusión nuclear. Una reacción de fusión nuclear similar a la del Sol requiere una gravedad extrema para comprimir el hidrógeno hasta un punto en el que la presión y la temperatura extremas empaquetan los átomos de hidrógeno en helio, que es la fuente de energía para el sol y la mayoría de las estrellas. ¹ Esto es también lo que hace que el sol brille. A pesar de que Júpiter está hecho de grandes cantidades de hidrógeno, no es suficiente para encender el planeta en fusión nuclear. La cantidad mínima de masa requerida para que un objeto se encienda en una verdadera fusión nuclear es 80 veces mayor que la de Júpiter, que se considera una estrella enana roja. Los astrónomos trazan la línea entre una enana marrón, un planeta y una estrella dependiendo de una variedad de factores como la ignición de la fusión nuclear. Aunque se hace una distinción entre Júpiter, las enanas marrones y las estrellas, se puede concluir que existe una conexión definida entre el planeta Júpiter y todas las estrellas. Esta comprensión plantea una variedad de preguntas: ¿Se puede clasificar a Júpiter como una estrella o como una enana marrón? ¿Podría Júpiter convertirse en una estrella? ¿Podría desencadenarse la fusión nuclear en Júpiter y, de ser así, qué pasaría con nuestro Sistema Solar? Esta página web responderá a estas preguntas de investigación y destacará cómo Júpiter es muy similar en composición y estructura en comparación con una estrella como el Sol. También exploraremos cómo Júpiter es última e inherentemente diferente del Sol y de todas las demás estrellas debido a su tamaño, órbita, campo magnético y rotación.


Contenido

Júpiter es probablemente el planeta más antiguo del Sistema Solar. [24] Los modelos actuales de formación del Sistema Solar sugieren que Júpiter se formó en o más allá de la línea de nieve a una distancia del Sol temprano, donde la temperatura es lo suficientemente fría como para que los volátiles como el agua se condensen en sólidos. [25] Primero ensambló un gran núcleo sólido antes de acumular su atmósfera gaseosa. Como consecuencia, el núcleo debe haberse formado antes de que la nebulosa solar comenzara a disiparse después de 10 millones de años. Los modelos de formación sugieren que Júpiter creció hasta 20 veces la masa de la Tierra en menos de un millón de años. La masa en órbita creó un espacio en el disco, que luego aumentó lentamente a 50 masas terrestres en 3-4 millones de años. [24]

Según la "hipótesis del gran rumbo", Júpiter habría comenzado a formarse a una distancia de aproximadamente 3,5 UA. A medida que el joven planeta acumulaba masa, la interacción con el disco de gas que orbita alrededor del Sol y las resonancias orbitales con Saturno [25] hicieron que migrara hacia adentro. [26] Esto habría alterado las órbitas de lo que se cree que son super-Tierras que orbitan más cerca del Sol, provocando su colisión destructiva. Más tarde, Saturno también habría comenzado a migrar hacia adentro, mucho más rápido que Júpiter, lo que llevó a los dos planetas a bloquearse en una resonancia de movimiento medio de 3: 2 a aproximadamente 1,5 AU. Esto, a su vez, habría cambiado la dirección de la migración, provocando que se alejaran del Sol y salieran del sistema interno a sus ubicaciones actuales. [27] Estas migraciones habrían ocurrido durante un período de tiempo de 800.000 años, [26] y todo esto sucedió durante un período de tiempo de hasta 6 millones de años después de que Júpiter comenzó a formarse (3 millones es una cifra más probable). [28] Esta salida habría permitido la formación de los planetas interiores a partir de los escombros, incluida la Tierra. [29]

Sin embargo, las escalas de tiempo de formación de los planetas terrestres resultantes de la hipótesis del gran rumbo parecen inconsistentes con la composición terrestre medida. [30] Además, la probabilidad de que la migración hacia el exterior se haya producido realmente en la nebulosa solar es muy baja. [31] De hecho, algunos modelos predicen la formación de análogos de Júpiter cuyas propiedades son cercanas a las del planeta en la época actual. [32]

Otros modelos tienen a Júpiter formándose a distancias mucho más alejadas, como 18 AU. [33] [34] De hecho, basándose en la composición de Júpiter, los investigadores han argumentado a favor de una formación inicial fuera del nitrógeno molecular (N2) línea de nieve, que se estima en 20-30 AU, [35] [36] y posiblemente incluso fuera de la línea de nieve de argón, que puede llegar hasta 40 AU. Habiéndose formado en una de estas distancias extremas, Júpiter habría migrado hacia adentro hasta su ubicación actual. Esta migración hacia el interior se habría producido durante un período de aproximadamente 700.000 años, [33] [34] durante una época de aproximadamente 2 a 3 millones de años después de que el planeta comenzó a formarse. Saturno, Urano y Neptuno se habrían formado incluso más lejos que Júpiter, y Saturno también habría migrado hacia adentro.

Júpiter es uno de los cuatro gigantes gaseosos, y está compuesto principalmente de materia gaseosa y líquida en lugar de sólida. Es el planeta más grande del Sistema Solar, con un diámetro de 142,984 km (88,846 mi) en su ecuador. [37] La ​​densidad promedio de Júpiter, 1.326 g / cm 3, es la segunda más alta de los planetas gigantes, pero más baja que la de los cuatro planetas terrestres. [38]

Composición

La atmósfera superior de Júpiter tiene aproximadamente un 90% de hidrógeno y un 10% de helio en volumen. Dado que los átomos de helio son más masivos que los átomos de hidrógeno, la atmósfera de Júpiter tiene aproximadamente un 75% de hidrógeno y un 24% de helio en masa, y el uno por ciento restante consiste en otros elementos. La atmósfera contiene trazas de metano, vapor de agua, amoníaco y compuestos a base de silicio. También hay cantidades fraccionadas de carbono, etano, sulfuro de hidrógeno, neón, oxígeno, fosfina y azufre. La capa más externa de la atmósfera contiene cristales de amoníaco congelado. A través de mediciones infrarrojas y ultravioleta, también se han encontrado trazas de benceno y otros hidrocarburos. [39] El interior de Júpiter contiene materiales más densos: en masa, es aproximadamente 71% de hidrógeno, 24% de helio y 5% de otros elementos. [40] [41]

Las proporciones atmosféricas de hidrógeno y helio se acercan a la composición teórica de la nebulosa solar primordial. El neón en la atmósfera superior solo consta de 20 partes por millón en masa, que es aproximadamente una décima parte de la abundancia en el Sol. [42] El helio también se reduce a aproximadamente el 80% de la composición de helio del Sol. Este agotamiento es el resultado de la precipitación de estos elementos como gotitas ricas en helio en las profundidades del interior del planeta. [43]

Según la espectroscopía, se cree que Saturno tiene una composición similar a Júpiter, pero los otros planetas gigantes, Urano y Neptuno, tienen relativamente menos hidrógeno y helio y relativamente más de los siguientes elementos más abundantes, incluidos oxígeno, carbono, nitrógeno y azufre. [44] Como sus compuestos volátiles se encuentran principalmente en forma de hielo, se les llama gigantes de hielo.

Masa y tamaño

La masa de Júpiter es 2,5 veces mayor que la de todos los demás planetas del Sistema Solar combinados; es tan masiva que su baricentro con el Sol se encuentra sobre la superficie del Sol a 1.068 radios solares del centro del Sol. [45] Júpiter es mucho más grande que la Tierra y considerablemente menos denso: su volumen es el de unas 1.321 Tierras, pero solo es 318 veces más masivo. [7] [46] El radio de Júpiter es aproximadamente una décima parte del radio del Sol, [47] y su masa es una milésima parte de la masa del Sol, por lo que las densidades de los dos cuerpos son similares. [48] ​​Una "masa de Júpiter" (M J o M Jup) se usa a menudo como una unidad para describir masas de otros objetos, particularmente planetas extrasolares y enanas marrones. Por ejemplo, el planeta extrasolar HD 209458 b tiene una masa de 0,69 M J, mientras que Kappa Andromedae b tiene una masa de 12,8 M J. [49]

Los modelos teóricos indican que si Júpiter tuviera mucha más masa de la que tiene actualmente, se encogería. [50] Para pequeños cambios en la masa, el radio no cambiaría apreciablemente, y por encima del 160% [50] de la masa actual, el interior se comprimiría mucho más bajo el aumento de presión que su volumen sería disminución a pesar de la creciente cantidad de materia. Como resultado, se cree que Júpiter tiene un diámetro tan grande como el que puede alcanzar un planeta de su composición e historia evolutiva. [51] El proceso de contracción adicional con el aumento de la masa continuaría hasta que se lograra una ignición estelar apreciable, como en las enanas marrones de gran masa que tienen alrededor de 50 masas de Júpiter. [52]

Aunque Júpiter necesitaría ser unas 75 veces más masivo para fusionar hidrógeno y convertirse en una estrella, la enana roja más pequeña tiene solo un 30 por ciento más grande en radio que Júpiter. [53] [54] A pesar de esto, Júpiter todavía irradia más calor del que recibe del Sol, la cantidad de calor producido en su interior es similar a la radiación solar total que recibe. [55] Este calor adicional es generado por el mecanismo de Kelvin-Helmholtz a través de la contracción. Este proceso hace que Júpiter se encoja alrededor de 1 mm / año. [56] [57] Cuando se formó, Júpiter estaba más caliente y tenía aproximadamente el doble de su diámetro actual. [58]

Estructura interna

Antes de principios del siglo XXI, la mayoría de los científicos esperaban que Júpiter consistiera en un núcleo denso, una capa circundante de hidrógeno metálico líquido (con algo de helio) que se extendía hacia el 80% del radio del planeta, [59] y una atmósfera exterior. que consiste predominantemente en hidrógeno molecular, [57] o quizás no tiene núcleo en absoluto, que consiste en lugar de un fluido más denso y más denso (predominantemente hidrógeno molecular y metálico) hasta el centro, dependiendo de si el planeta se acumuló primero como un cuerpo sólido o colapsó directamente del disco protoplanetario gaseoso. Cuando el Juno La misión llegó en julio de 2016, [21] descubrió que Júpiter tiene un núcleo muy difuso que se mezcla con su manto. [60] [61] Una posible causa es un impacto de un planeta de unas diez masas terrestres unos pocos millones de años después de la formación de Júpiter, que habría interrumpido un núcleo joviano originalmente sólido. [62] [63] Se estima que el núcleo es del 30 al 50% del radio del planeta y contiene elementos pesados ​​de 7 a 25 veces la masa de la Tierra. [64]

Por encima de la capa de hidrógeno metálico se encuentra una atmósfera interior transparente de hidrógeno. A esta profundidad, la presión y la temperatura están por encima de la presión crítica del hidrógeno molecular de 1,3 MPa y la temperatura crítica de solo 33 K. [65] En este estado, no hay fases distintas de líquido y gas; se dice que el hidrógeno está en un fluido supercrítico. Expresar. Es conveniente tratar el hidrógeno como gas que se extiende hacia abajo desde la capa de nubes hasta una profundidad de aproximadamente 1000 km, [55] y como líquido en capas más profundas. Físicamente, no hay un límite claro: el gas se calienta y se vuelve más denso a medida que aumenta la profundidad. [66] [67] Gotas de helio y neón en forma de lluvia se precipitan hacia abajo a través de la atmósfera inferior, agotando la abundancia de estos elementos en la atmósfera superior. [43] [68] Los cálculos sugieren que las gotas de helio se separan del hidrógeno metálico en un radio de 60.000 km (11.000 km por debajo de las nubes) y se fusionan de nuevo a 50.000 km (22.000 km por debajo de las nubes). [69] Se ha sugerido que se producen lluvias de diamantes, así como en Saturno [70] y los gigantes de hielo Urano y Neptuno. [71]

La temperatura y la presión dentro de Júpiter aumentan constantemente hacia adentro, esto se observa en la emisión de microondas y es necesario porque el calor de formación solo puede escapar por convección. A un nivel de presión de 10 bares (1 MPa), la temperatura ronda los 340 K (67 ° C 152 ° F). El hidrógeno es siempre supercrítico (es decir, nunca encuentra una transición de fase de primer orden) incluso cuando cambia gradualmente de un fluido molecular a un fluido metálico a alrededor de 100-200 GPa, donde la temperatura es quizás de 5.000 K (4.730 ° C 8.540 ° F). La temperatura del núcleo diluido de Júpiter se estima en alrededor de 20.000 K (19.700 ° C 35.500 ° F) o más con una presión estimada de alrededor de 4.500 GPa. [72]

Atmósfera

Júpiter tiene la atmósfera planetaria más profunda del Sistema Solar, con más de 5.000 km (3.000 millas) de altitud. [73] [74]

Capas de nubes

Júpiter está perpetuamente cubierto de nubes compuestas de cristales de amoníaco y posiblemente hidrosulfuro de amonio. Las nubes están en la tropopausa y están en bandas de diferentes latitudes, conocidas como regiones tropicales. Estos se subdividen en tonos más claros zonas y mas oscuro cinturones. Las interacciones de estos patrones de circulación conflictivos provocan tormentas y turbulencias. Las velocidades del viento de 100 metros por segundo (360 km / h 220 mph) son comunes en las corrientes en chorro zonales. [75] Se ha observado que las zonas varían en ancho, color e intensidad de un año a otro, pero se han mantenido lo suficientemente estables como para que los científicos las nombren. [46]

La capa de nubes tiene unos 50 km (31 millas) de profundidad y consta de al menos dos capas de nubes: una capa inferior gruesa y una región más clara y delgada. También puede haber una capa delgada de nubes de agua debajo de la capa de amoníaco. Apoyando la presencia de nubes de agua están los relámpagos detectados en la atmósfera de Júpiter. Estas descargas eléctricas pueden ser hasta mil veces más poderosas que un rayo en la Tierra. [76] Se supone que las nubes de agua generan tormentas eléctricas de la misma manera que las tormentas eléctricas terrestres, impulsadas por el calor que se eleva desde el interior. [77] La ​​misión Juno reveló la presencia de "relámpagos poco profundos" que se originan en nubes de amoníaco y agua relativamente altas en la atmósfera. [78] Estas descargas transportan "bolas de hongo" de agua y lodos de amoníaco cubiertos de hielo, que caen profundamente en la atmósfera. [79] Se han observado relámpagos de la atmósfera superior en la atmósfera superior de Júpiter, destellos brillantes de luz que duran alrededor de 1,4 milisegundos. Estos se conocen como "elfos" o "duendes" y aparecen de color azul o rosa debido al hidrógeno. [80] [81]

Los colores naranja y marrón en las nubes de Júpiter son causados ​​por compuestos de afloramiento que cambian de color cuando se exponen a la luz ultravioleta del sol. La composición exacta sigue siendo incierta, pero se cree que las sustancias son fósforo, azufre o posiblemente hidrocarburos. [55] [82] Estos compuestos coloridos, conocidos como cromóforos, se mezclan con la capa inferior de nubes más cálida. Las zonas se forman cuando las células de convección ascendentes forman amoníaco cristalizado que oculta estas nubes más bajas de la vista. [83]

La baja inclinación axial de Júpiter significa que los polos siempre reciben menos radiación solar que la región ecuatorial del planeta. La convección dentro del interior del planeta transporta energía a los polos, equilibrando las temperaturas en la capa de nubes. [46]

Gran Mancha Roja y otros vórtices

La característica más conocida de Júpiter es la Gran Mancha Roja, [84] una tormenta anticiclónica persistente ubicada a 22 ° al sur del ecuador. Se sabe que ha existido desde al menos 1831, [85] y posiblemente desde 1665. [86] [87] Las imágenes del Telescopio Espacial Hubble han mostrado hasta dos "puntos rojos" adyacentes a la Gran Mancha Roja. [88] [89] La tormenta es visible a través de telescopios terrestres con una apertura de 12 cm o más. [90] El objeto ovalado gira en sentido antihorario, con un período de aproximadamente seis días. [91] La altitud máxima de esta tormenta es de unos 8 km (5 millas) por encima de las nubes circundantes. [92] La composición de la mancha y la fuente de su color rojo siguen siendo inciertas, aunque el amoníaco fotodisociado que reacciona con el acetileno es un candidato sólido para explicar la coloración. [93]

La Gran Mancha Roja es más grande que la Tierra. [94] Los modelos matemáticos sugieren que la tormenta es estable y será una característica permanente del planeta. [95] Sin embargo, su tamaño ha disminuido significativamente desde su descubrimiento. Las observaciones iniciales a fines del siglo XIX mostraron que tenía aproximadamente 41.000 km (25.500 millas) de ancho. En el momento de la Viajero Sobrevuelos en 1979, la tormenta tenía una longitud de 23,300 km (14,500 mi) y un ancho de aproximadamente 13,000 km (8,000 mi). [96] Hubble Las observaciones en 1995 mostraron que había disminuido en tamaño a 20,950 km (13,020 mi), y las observaciones en 2009 mostraron que el tamaño era de 17,910 km (11,130 mi). A partir de 2015 [actualización], la tormenta se midió en aproximadamente 16,500 por 10,940 km (10,250 por 6,800 mi), [96] y estaba disminuyendo en longitud en aproximadamente 930 km (580 mi) por año. [94] [97]

Las misiones de Juno muestran que hay varios grupos de ciclones polares en los polos de Júpiter. El grupo del norte contiene nueve ciclones, con uno grande en el centro y otros ocho a su alrededor, mientras que su contraparte del sur también consiste en un vórtice central pero está rodeado por cinco tormentas grandes y una más pequeña. [98] [ se necesita una mejor fuente ] Estas estructuras polares son causadas por la turbulencia en la atmósfera de Júpiter y se pueden comparar con el hexágono en el polo norte de Saturno.

En 2000, se formó una característica atmosférica en el hemisferio sur que es similar en apariencia a la Gran Mancha Roja, pero más pequeña. Esto se creó cuando las tormentas más pequeñas de forma ovalada blanca se fusionaron para formar una sola característica; estos tres óvalos blancos más pequeños se observaron por primera vez en 1938. La característica fusionada se denominó Oval BA y ha sido apodada "Red Spot Junior". Desde entonces ha aumentado de intensidad y ha cambiado de blanco a rojo. [99] [100] [101]

En abril de 2017, se descubrió un "Gran Punto Frío" en la termosfera de Júpiter en su polo norte. Esta característica tiene 24.000 km (15.000 millas) de ancho, 12.000 km (7.500 millas) de ancho y 200 ° C (360 ° F) más fría que el material circundante. Si bien este spot cambia de forma e intensidad a corto plazo, ha mantenido su posición general en la atmósfera durante más de 15 años. Puede ser un vórtice gigante similar a la Gran Mancha Roja, y parece ser casi estable como los vórtices en la termosfera de la Tierra. Las interacciones entre las partículas cargadas generadas a partir de Io y el fuerte campo magnético del planeta probablemente resultaron en la redistribución del flujo de calor, formando el Spot. [103]

Magnetosfera

El campo magnético de Júpiter es catorce veces más fuerte que el de la Tierra, oscilando entre 4,2 gauss (0,42 mT) en el ecuador y 10-14 gauss (1,0-1,4 mT) en los polos, lo que lo convierte en el más fuerte del Sistema Solar (excepto las manchas solares). [83] Se cree que este campo es generado por corrientes de Foucault (movimientos de remolinos de materiales conductores) dentro del núcleo de hidrógeno metálico líquido. Los volcanes de la luna Io emiten grandes cantidades de dióxido de azufre, formando un toro de gas a lo largo de la órbita de la luna. El gas se ioniza en la magnetosfera, produciendo iones de azufre y oxígeno. Ellos, junto con los iones de hidrógeno que se originan en la atmósfera de Júpiter, forman una hoja de plasma en el plano ecuatorial de Júpiter. El plasma en la hoja co-rota con el planeta, causando la deformación del campo magnético del dipolo en el de un magnetodisco. Los electrones dentro de la hoja de plasma generan una fuerte firma de radio que produce ráfagas en el rango de 0,6 a 30 MHz que son detectables desde la Tierra con receptores de radio de onda corta de consumo. [104] [105]

Aproximadamente a 75 radios de Júpiter del planeta, la interacción de la magnetosfera con el viento solar genera un arco de choque. Alrededor de la magnetosfera de Júpiter hay una magnetopausa, ubicada en el borde interior de una magnetosfera, una región entre ella y el arco de choque. El viento solar interactúa con estas regiones, alargando la magnetosfera en el lado de sotavento de Júpiter y extendiéndola hacia afuera hasta que casi alcanza la órbita de Saturno. Las cuatro lunas más grandes de Júpiter orbitan todas dentro de la magnetosfera, que las protege del viento solar. [55]

La magnetosfera de Júpiter es responsable de intensos episodios de emisión de radio de las regiones polares del planeta. La actividad volcánica en la luna de Júpiter, Io, inyecta gas en la magnetosfera de Júpiter, produciendo un toro de partículas alrededor del planeta. A medida que Io se mueve a través de este toro, la interacción genera ondas de Alfvén que transportan materia ionizada a las regiones polares de Júpiter. Como resultado, las ondas de radio se generan a través de un mecanismo de maser de ciclotrón y la energía se transmite a lo largo de una superficie en forma de cono. Cuando la Tierra se cruza con este cono, las emisiones de radio de Júpiter pueden exceder la salida de radio solar. [106]

Júpiter es el único planeta cuyo baricentro con el Sol se encuentra fuera del volumen del Sol, aunque solo en el 7% del radio del Sol. [107] La ​​distancia media entre Júpiter y el Sol es de 778 millones de kilómetros (aproximadamente 5,2 veces la distancia media entre la Tierra y el Sol, o 5,2 AU) y completa una órbita cada 11,86 años. Esto es aproximadamente dos quintas partes del período orbital de Saturno, formando una resonancia casi orbital. [108] El plano orbital de Júpiter está inclinado 1,31 ° en comparación con la Tierra. Debido a que la excentricidad de su órbita es 0.048, Júpiter está un poco más de 75 millones de kilómetros más cerca del Sol en el perihelio que en el afelio. [7]

La inclinación axial de Júpiter es relativamente pequeña, solo 3,13 °, por lo que sus estaciones son insignificantes en comparación con las de la Tierra y Marte. [109]

La rotación de Júpiter es la más rápida de todos los planetas del Sistema Solar, completando una rotación sobre su eje en poco menos de diez horas, esto crea una protuberancia ecuatorial que se ve fácilmente a través de un telescopio de aficionado. El planeta es un esferoide achatado, lo que significa que el diámetro a través de su ecuador es más largo que el diámetro medido entre sus polos. En Júpiter, el diámetro ecuatorial es 9.275 km (5.763 millas) más largo que el diámetro polar. [67]

Debido a que Júpiter no es un cuerpo sólido, su atmósfera superior experimenta una rotación diferencial. La rotación de la atmósfera polar de Júpiter es aproximadamente 5 minutos más larga que la de la atmósfera ecuatorial. Se utilizan tres sistemas como marcos de referencia, particularmente al graficar el movimiento de las características atmosféricas. El Sistema I se aplica a latitudes de 10 ° N a 10 ° S, su período es el más corto del planeta, 9h 50m 30.0s. El Sistema II se aplica en todas las latitudes al norte y al sur de estas, su período es de 9h 55m 40.6s. El Sistema III fue definido por radioastrónomos y corresponde a la rotación de la magnetosfera del planeta, su período es la rotación oficial de Júpiter. [110]

Júpiter suele ser el cuarto objeto más brillante en el cielo (después del Sol, la Luna y Venus) [83] en oposición a Marte puede parecer más brillante que Júpiter. Dependiendo de la posición de Júpiter con respecto a la Tierra, puede variar en magnitud visual desde tan brillante como -2,94 [13] en oposición hasta [13] -1,66 durante la conjunción con el Sol. La magnitud aparente media es -2,20 con una desviación estándar de 0,33. [13] El diámetro angular de Júpiter también varía de 50,1 a 29,8 segundos de arco. [7] Ocurren oposiciones favorables cuando Júpiter pasa por el perihelio, un evento que ocurre una vez por órbita. [111]

Debido a que la órbita de Júpiter está fuera de la de la Tierra, el ángulo de fase de Júpiter visto desde la Tierra nunca excede los 11.5 °, por lo tanto, Júpiter siempre aparece casi completamente iluminado cuando se ve a través de telescopios terrestres. Fue solo durante las misiones de las naves espaciales a Júpiter que se obtuvieron vistas crecientes del planeta. [112] Un pequeño telescopio generalmente mostrará las cuatro lunas galileanas de Júpiter y los prominentes cinturones de nubes a través de la atmósfera de Júpiter. [113] Un gran telescopio mostrará la Gran Mancha Roja de Júpiter cuando mire hacia la Tierra. [114]

Investigación pre-telescópica

La observación de Júpiter se remonta al menos a los astrónomos babilónicos del siglo VII o VIII a. C. [115] Los antiguos chinos conocían a Júpiter como el "Suì Estrella" (Suìxīng 歲星) y establecieron su ciclo de 12 ramas terrenales en función de su número aproximado de años, el idioma chino todavía usa su nombre (simplificado como 歲) cuando se refiere a los años de edad. Para el siglo IV a. C., estas observaciones se habían convertido en el zodíaco chino, [116] con cada año asociado con una estrella Tai Sui y un dios que controlaba la región de los cielos opuesta a la posición de Júpiter en el cielo nocturno. Estas creencias sobreviven en algunas prácticas religiosas taoístas. y en los doce animales del zodíaco de Asia oriental, ahora a menudo se supone popularmente que está relacionado con la llegada de los animales antes de Buda. El historiador chino Xi Zezong ha afirmado que Gan De, un antiguo astrónomo chino, informó de una pequeña estrella "en alianza" con el planeta, [117] lo que puede indicar un avistamiento de una de las lunas de Júpiter a simple vista. De ser cierto, esto sería anterior al descubrimiento de Galileo en casi dos milenios. [118] [119]

Un artículo de 2016 informa que los babilonios utilizaron la regla trapezoidal antes del 50 a. C. para integrar la velocidad de Júpiter a lo largo de la eclíptica. [120] En su obra del siglo II, el Almagesto, el astrónomo helenístico Claudius Ptolemaeus construyó un modelo planetario geocéntrico basado en deferentes y epiciclos para explicar el movimiento de Júpiter en relación con la Tierra, dando su período orbital alrededor de la Tierra como 4332,38 días, o 11,86 años. [121]

Investigación de telescopios terrestres

En 1610, el erudito italiano Galileo Galilei descubrió las cuatro lunas más grandes de Júpiter (ahora conocidas como las lunas galileanas) utilizando un telescopio que se cree que es la primera observación telescópica de lunas distintas de la de la Tierra. Un día después de Galileo, Simon Marius descubrió independientemente lunas alrededor de Júpiter, aunque no publicó su descubrimiento en un libro hasta 1614. [122] Sin embargo, fueron los nombres de Marius para las lunas principales los que se mantuvieron: Io, Europa, Ganímedes y Calisto. Estos hallazgos fueron el primer descubrimiento de un movimiento celeste que aparentemente no se centró en la Tierra. El descubrimiento fue un punto importante a favor de la teoría heliocéntrica de Copérnico de los movimientos de los planetas. El apoyo abierto de Galileo a la teoría copernicana lo llevó a ser juzgado y condenado por la Inquisición. [123]

Durante la década de 1660, Giovanni Cassini usó un nuevo telescopio para descubrir manchas y bandas de colores, observar que el planeta parecía achatado y estimar el período de rotación del planeta. [124] En 1690, Cassini notó que la atmósfera experimenta una rotación diferencial. [55]

La Gran Mancha Roja puede haber sido observada ya en 1664 por Robert Hooke y en 1665 por Cassini, aunque esto es controvertido. El farmacéutico Heinrich Schwabe produjo el dibujo más antiguo conocido para mostrar detalles de la Gran Mancha Roja en 1831. [125] Según los informes, la Mancha Roja se perdió de vista en varias ocasiones entre 1665 y 1708 antes de volverse bastante visible en 1878. Se registró como desvanecimiento nuevamente en 1883 ya principios del siglo XX. [126]

Tanto Giovanni Borelli como Cassini hicieron cuidadosas tablas de los movimientos de las lunas de Júpiter, permitiendo predicciones de cuándo pasarían las lunas antes o detrás del planeta. En la década de 1670, se observó que cuando Júpiter estaba en el lado opuesto del Sol a la Tierra, estos eventos ocurrirían unos 17 minutos más tarde de lo esperado. Ole Rømer dedujo que la luz no viaja instantáneamente (una conclusión que Cassini había rechazado anteriormente), [41] y esta discrepancia temporal se utilizó para estimar la velocidad de la luz. [127]

En 1892, E. E. Barnard observó un quinto satélite de Júpiter con el refractor de 36 pulgadas (910 mm) en el Observatorio Lick en California. Esta luna más tarde se llamó Amaltea. [128] Fue la última luna planetaria en ser descubierta directamente por observación visual. [129] Se descubrieron ocho satélites adicionales antes del sobrevuelo de la sonda Voyager 1 en 1979. [d]

En 1932, Rupert Wildt identificó bandas de absorción de amoníaco y metano en los espectros de Júpiter. [130]

En 1938 se observaron tres características anticiclónicas de larga duración denominadas óvalos blancos. Durante varias décadas permanecieron como características separadas en la atmósfera, a veces acercándose entre sí pero nunca fusionándose. Finalmente, dos de los óvalos se fusionaron en 1998, luego absorbieron el tercero en 2000, convirtiéndose en Oval BA. [131]

Investigación de radiotelescopios

En 1955, Bernard Burke y Kenneth Franklin detectaron ráfagas de señales de radio provenientes de Júpiter a 22,2 MHz. [55] El período de estas explosiones coincidió con la rotación del planeta, y utilizaron esta información para refinar la velocidad de rotación. Se encontró que las ráfagas de radio de Júpiter vienen en dos formas: ráfagas largas (o ráfagas en L) que duran hasta varios segundos y ráfagas cortas (o ráfagas en S) que duran menos de una centésima de segundo. [132]

Los científicos descubrieron que hay tres formas de señales de radio transmitidas desde Júpiter:

  • Las ráfagas de radio decamétricas (con una longitud de onda de decenas de metros) varían con la rotación de Júpiter y están influenciadas por la interacción de Io con el campo magnético de Júpiter. [133]
  • La emisión de radio decimétrica (con longitudes de onda medidas en centímetros) fue observada por primera vez por Frank Drake y Hein Hvatum en 1959. [55] El origen de esta señal fue un cinturón en forma de toro alrededor del ecuador de Júpiter. Esta señal es causada por la radiación ciclotrónica de electrones que se aceleran en el campo magnético de Júpiter. [134]
  • La radiación térmica es producida por el calor en la atmósfera de Júpiter. [55]

Exploración

Desde 1973, varias naves espaciales automatizadas han visitado Júpiter, sobre todo el Pionero 10 sonda espacial, la primera nave espacial que se acercó lo suficiente a Júpiter para enviar revelaciones sobre sus propiedades y fenómenos. [135] [136] Los vuelos a planetas dentro del Sistema Solar se realizan a un costo de energía, que se describe por el cambio neto en la velocidad de la nave espacial, o delta-v. Entrar en una órbita de transferencia Hohmann desde la Tierra a Júpiter desde la órbita terrestre baja requiere un delta-v de 6,3 km / s, [137] que es comparable al delta-v de 9,7 km / s necesario para alcanzar la órbita terrestre baja. [138] Las ayudas de gravedad a través de sobrevuelos planetarios se pueden utilizar para reducir la energía necesaria para llegar a Júpiter, aunque a costa de una duración de vuelo significativamente más larga. [139]

Misiones de sobrevuelo

Misiones de sobrevuelo
Astronave Más cercano
Acercarse
Distancia
Pionero 10 3 de diciembre de 1973 130.000 kilometros
Pionero 11 4 de diciembre de 1974 34.000 kilometros
Voyager 1 5 de marzo de 1979 349.000 kilometros
Voyager 2 9 de julio de 1979 570.000 kilometros
Ulises 8 de febrero de 1992 [140] 408.894 kilometros
4 de febrero de 2004 [140] 120.000.000 kilometros
Cassini 30 de diciembre de 2000 10,000,000 kilometros
Nuevos horizontes 28 de febrero de 2007 2.304.535 kilometros

A partir de 1973, varias naves espaciales han realizado maniobras de sobrevuelo planetario que las colocaron dentro del rango de observación de Júpiter. Las misiones Pioneer obtuvieron las primeras imágenes de cerca de la atmósfera de Júpiter y varias de sus lunas. Descubrieron que los campos de radiación cercanos al planeta eran mucho más fuertes de lo esperado, pero ambas naves lograron sobrevivir en ese entorno. Las trayectorias de estas naves espaciales se utilizaron para refinar las estimaciones de masa del sistema joviano. Las radio ocultaciones del planeta dieron como resultado mejores mediciones del diámetro de Júpiter y la cantidad de aplanamiento polar. [46] [141]

Seis años después, las misiones Voyager mejoraron enormemente la comprensión de las lunas galileanas y descubrieron los anillos de Júpiter. También confirmaron que la Gran Mancha Roja era anticiclónica. La comparación de imágenes mostró que la Mancha Roja había cambiado de tono desde las misiones Pioneer, pasando de naranja a marrón oscuro. Se descubrió un toro de átomos ionizados a lo largo de la trayectoria orbital de Io, y se encontraron volcanes en la superficie de la luna, algunos en proceso de erupción. As the spacecraft passed behind the planet, it observed flashes of lightning in the night side atmosphere. [46] [142]

The next mission to encounter Jupiter was the Ulysses solar probe. It performed a flyby maneuver to attain a polar orbit around the Sun. During this pass, the spacecraft studied Jupiter's magnetosphere. Ulysses 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]

La New Horizons 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. La 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]

Juno mission

NASA's Juno 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 Juno 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] Juno 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 Juno 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. NASA's 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. [mi] 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 jueves 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, from 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). The rotation of Jupiter's polar atmosphere is

5 minutes longer than that of the equatorial atmosphere. In addition, bands of clouds of different latitudes flow in opposing directions on the prevailing winds.

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? - Astronomía

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.

Esta página se actualizó por última vez el 28 de junio de 2015.

Sobre el Autor

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
Sidereal Rotation 9.925 Earth hours
Duración del día 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
Atmósfera Hydrogen (90%), Helium (10%), trace amounts of methane and ammonia
Discoverer Desconocido
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".


Detalles específicos

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.


Lee mas

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 ser 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.