Юпитер возглавляет список газовых гигантов, которые разительно отличаются от планет земной группы. Во— первых, они очень велики и массивны: на их долю приходится 99,5 % массы всей планетной семьи. Во-вторых, они состоят в основном из водорода и гелия, поэтому средняя плотность вещества планет-гигантов приближается к плотности воды — от 0,7 г/см3 у Сатурна до 1,6 г/см3 у Нептуна. Средняя плотность планет земной группы много выше и колеблется от 5,5 г/см3 у Земли до 3,9 г/см3 у Марса. В-третьих, они лишены отчетливой грани, разделяющей атмосферу и поверхность планеты: их мощная газовая оболочка плавно переходит в океан жидкого молекулярного водорода. Наконец, все планеты-гиганты имеют кольца, но если о знаменитых кольцах Сатурна наслышаны все, то аналогичные образования у Нептуна, Юпитера и Урана были обнаружены сравнительно недавно.
Юпитер очень велик. Например, Сатурн, мало уступающий ему в размерах, в три с лишним раза легче Юпитера. Видимая поверхность пятой планеты — это слой сплошной облачности из чередующихся темных и светлых поясов, окрашенных в разные цвета и простирающихся от экватора до сороковых параллелей северной и южной широты. Пестрота широтных поясов объясняется примесью различных химических соединений. Пожалуй, самая известная деталь на поверхности Юпитера — так называемое Большое красное пятно, овальное образование переменных размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время его размеры составляют 15 000 × 30 000 км, так что внутри красного пятна можно без труда уложить бок о бок два земных шара. Астрономы наблюдают эту загадочную структуру на протяжении 300 лет. Некоторые ученые считали красное пятно твердым и достаточно легким телом, плавающим в верхних слоях атмосферы. По современным представлениям, Большое красное пятно — это свободно мигрирующий атмосферный вихрь антициклонического типа, однако о происхождении этого вихря и причинах его поразительной стабильности планетологи не могут сказать ничего определенного.
Несмотря на увесистость, Юпитер очень резво оборачивается вокруг своей оси. Полный оборот совершается всего за 9 ч 50 мин, так что юпитерианские сутки непродолжительны. А поскольку планета представляет собой нетвердое тело, скорость осевого вращения разнится в зависимости от широты: экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Смены времен года на Юпитере не бывает, так как плоскость его экватора практически лежит в плоскости орбиты (угол наклона составляет всего 3 градуса).
Данные космических зондов показали, что верхний слой облачности, вероятнее всего, состоит из перистых аммиачных облаков, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. За счет конвективных процессов в атмосфере Юпитера формируется система устойчивых зональных течений в виде сильных ветров, дующих в одном направлении. Скорость их весьма значительна: 50—150 м/с. У Юпитера обнаружено мощное магнитное поле, по напряженности на порядок превосходящее магнитное поле Земли. Планету окружают протяженные радиационные пояса, а шлейф магнитосферы Юпитера можно зафиксировать даже за орбитой Сатурна.
Юпитер расположен от Солнца впятеро дальше, чем Земля, на расстоянии около 800 млн км, поэтому температура внешнего облачного покрова гигантской планеты не поднимается выше –130 °C. Однако тепловое излучение его недр вдвое превышает приток солнечного тепла, что говорит о сложных процессах, совершающихся в глубинах планеты. С глубиной давление и температура стремительно растут, достигая очень больших величин.
В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет по мере движения вглубь, находится слой газожидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар, то есть в 700 тыс. раз больше земного (бар — внесистемная единица измерения давления, примерно равная одной атмосфере), а температура около 6500 К, водород переходит в жидкомолекулярное состояние, а еще через 8000 км — в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 тыс. км — металлосиликатное, включающее также воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 тыс. К, а давление — 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.
Ничуть не менее интересны и большие спутники Юпитера, которые принято называть галилеевыми в честь открывшего их в начале XVII века Галилео Галилея. Их четыре: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Ганимед — самый большой спутник в Солнечной системе, он даже больше Меркурия. Однако в настоящее время пристальное внимание большинства ученых привлекает второй из галилеевых спутников — Европа, как возможный кандидат на роль колыбели простейших форм жизни. Дело в том, что поверхность этой небольшой планеты (ее диаметр чуть меньше лунного) покрыта мощной ледяной корой 100-километровой толщины, а под ней мирно спит сплошной океан жидкой воды, глубина которого может достигать 50 км. Подледный океан представляет собой своего рода мантию Европы, причем вполне вероятно, что вода в нем теплая, поскольку подогревается поступающим из недр планеты теплом. Таким образом, второй спутник Юпитера — единственное, кроме Земли, небесное тело Солнечной системы, не испытывающее нехватки животворной влаги.
Средняя плотность Европы приближается к плотности планет земной группы и составляет около 3 г/см3. Следовательно, 80 % ее массы приходятся на силикатные породы, слагающие разогретое ядро, а 20 % — на водяной лед (жидкая водно-ледяная мантия плюс ледовая кора). Ледовый панцирь планеты покрыт густой сетью трещин и разломов, что говорит об активных тектонических процессах, протекающих в недрах Европы. Крупные трещины простираются на тысячи километров, а их ширина колеблется от 20 до 200 км. Не исключено, что в теплом океане второго спутника Юпитера могут существовать простейшие формы жизни. Некоторые ученые полагают, что наиболее благоприятные условия должны складываться не в океанских глубинах, а в области тектонических разломов на поверхности планеты. Дело в том, что из-за приливного эффекта Юпитера трещины периодически сужаются и расширяются. В последнем случае вода поднимается почти до самой поверхности, и тогда в ее толщу проникает солнечный свет, необходимый для поддержания жизни.
Другой спутник Юпитера, Ио, немного больше Луны и примечателен активным вулканизмом, который стимулируется приливным воздействием материнской планеты и гравитационными возмущениями его ближайших соседей — Европы и Ганимеда. Ио почти целиком состоит из горных пород, а десятки действующих вулканов выбрасывают пары серы и сернистый газ на высоту в сотни километров со скоростью 1 км/с. Поэтому при весьма низких средних значениях температуры на поверхности Ио (–140 °C) там можно обнаружить горячие пятна размером от 75 до 250 км, температура которых достигает 100–300 °C. Самые крупные спутники Юпитера, Каллисто и Ганимед, наполовину состоят изо льда.
Все планеты Солнечной системы могли бы поместиться внутри Юпитера.
Сатурн
Шестая планета Солнечной системы. Подобно Юпитеру, Сатурн представляет собой огромный газовый шар, стремительно вращающийся вокруг своей оси. Сутки на поверхности Сатурна продолжаются 10 ч 40 мин. Хотя Сатурн не очень сильно уступает Юпитеру в размерах (его диаметр всего на 20 тыс. км с небольшим меньше, чем у царя планет, и составляет 120,5 тыс. км), он более чем в 3 раза легче него, однако в 95 раз массивнее Земли. Это объясняется уникально низкой средней плотностью Сатурна: она меньше плотности воды и составляет 0,7 г/см3 (против 1,33 г/см3 у Юпитера, то есть почти вдвое ниже). Этот гигант не способен утонуть даже в керосине.
Сатурн удален от Солнца почти на 1,5 млрд км — вдесятеро дальше Земли, поэтому на единицу площади он получает в 90 раз меньше солнечного тепла, а его температура на границе верхней облачности не превышает –120 °C. Однако тепловое излучение его недр вдвое превосходит поток энергии, получаемый им от Солнца. Сатурн — водородно-гелиевый шар, но в отличие от Юпитера он содержит значительно больше водорода, чем гелия — 94 и 6 % соответственно. Орбита этого холодного гиганта представляет собой почти правильную окружность, а полный оборот вокруг Солнца он совершает за 29,5 лет.
Знаменитые кольца Сатурна впервые обнаружил голландский физик и астроном Христиан Гюйгенс во второй половине XVII века, а еще четверть столетия спустя французский астроном итальянского происхождения Джованни Кассини сумел разглядеть темную щель, разделяющую яркое плоское кольцо надвое. Внешнюю часть этого гигантского ожерелья, простирающегося почти на миллион километров, назвали кольцом А, а внутреннюю — кольцом В. Впоследствии удалось выявить еще четыре кольца — С, D, Е и F, а в 1980–1981 годах американские космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» передали на Землю снимки Сатурна и его колец с высоким разрешением. На этих снимках отчетливо видно, что кольца Сатурна состоят из многих тысяч отдельных узких колечек. Система колец, опоясывающая шестую планету, — это мириады каменных и ледяных обломков самой различной величины и формы.
