Юпитер, самая большая планета Солнечной системы, обладает гравитацией в 2,5 раза сильнее земной. Но как газовый шар, не имеющий твердой поверхности, удерживает десятки спутников и формирует мощное магнитное поле? Ответ скрывается не в веществе, а в массе, давлении и тайнах физики, превращающих газ в нечто большее.

Юпитер называют «газовым гигантом», потому что 90% его объема занимают двухатомный газ водород и одноатомный гелий. Диаметр планеты превышает земной в 11 раз, а масса в 318 раз больше массы Земли. При этом средняя плотность Юпитера всего на 30% выше плотности воды. Гравитация на его условной «поверхности» (уровне облаков) почти втрое превосходит земное притяжение. Этот парадокс поднимает вопрос: как разреженный газ формирует силу, способную удерживать спутники на орбите и сжимать атмосферу до экстремальных состояний?

Сила притяжения любого объекта определяет его масса. Чем больше масса, тем сильнее гравитация. Земля, обладая твердым ядром и мантией, концентрирует массу в компактном объеме. Юпитер, напротив, распределяет колоссальную массу в гигантском шаре газа. Но даже разреженный водород, занимающий объем в 1300 раз больше земного, создает гравитацию, превосходящую земную.

Математика проста: сила притяжения пропорциональна массе и обратно пропорциональна квадрату радиуса. Юпитер, имея радиус в 11 раз больше земного, компенсирует «размазанность» вещества гигантской массой. Если Землю «сжать» до размеров теннисного мяча, Юпитер останется баскетбольным мячом, но массой в 300 таких мячей.

Ниже 1000 км у Юпитера начинается зона, где газ перестает вести себя привычно. Давление превышает миллион атмосфер, температура достигает 6000°C. Водород, оставаясь газом в верхних слоях, здесь переходит в экзотическое состояние — жидкий металлический водород.

Электроны в атомах водорода «отрываются» и образуют электропроводящую жидкость. Это состояние вещества не существует на Земле в естественных условиях. Металлический водород формирует 70% радиуса Юпитера, действуя как сверхплотная мантия. Вместе с возможным расплавленным ядром этот слой создает основную массу планеты.

Данные зонда «Юнона» (NASA) показали, что ядро Юпитера не твердое в привычном смысле. Оно представляет собой смесь тяжелых элементов (железо, кремний, кислород), растворенных в металлическом водороде. Такая структура напоминает «горячий суп» с температурой до 35 000°C.

Даже без классического твердого центра, масса ядра может достигать от 10 до 45 масс Земли. Это «сердце» генерирует часть гравитации, но основной вклад дает металлический водород. Его плотность — 0,9–2 г/см³ — кажется небольшой, но объем слоя колоссален. Даже легкий материал, занимающий огромное пространство, суммируется в гигантские показатели.

Массы Юпитера хватает, чтобы сжать водород до состояния жидкости, но недостаточно для запуска термоядерных реакций. Минимальная масса звезды (коричневого карлика) — в 13 раз больше юпитерианской. Однако гигант выделяет в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Источник — постепенное сжатие планеты под действием гравитации: каждый год Юпитер «худеет» на 2 см в радиусе, высвобождая тепло.

Этот процесс напоминает механизм звездного свечения, но в миниатюре. Гравитация не только удерживает планету, но и поддерживает внутреннюю энергию, которая, в свою очередь, влияет на структуру атмосферы и магнитное поле.

Магнитное поле Юпитера в 20 000 раз мощнее земного. Его источник — движение металлического водорода в недрах. Проводящая жидкость, вращаясь с периодом 9 часов 55 минут, работает как динамо-машина. Поле захватывает заряженные частицы солнечного ветра, создавая радиационные пояса в миллионы раз интенсивнее земных.

Такая активность подтверждает: недра Юпитера далеки от пассивного газа. Динамика металлического слоя и ядра формирует сложную гравитационную карту. Измерения «Юноны» выявили аномалии в распределении массы — вероятные следствия турбулентных потоков в глубинах планеты.

Четыре крупнейших спутника Юпитера (Галилеевы луны) — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — имеют размеры с Луну или Меркурий. Их орбиты стабильны благодаря балансу между гравитацией гиганта и центробежной силой. При этом Ио, находясь ближе всех, испытывает приливные силы, разогревающие ее недра до вулканической активности.

Кольца Юпитера, в отличие от сатурнианских, состоят из микроскопической пыли. Их существование тоже заслуга гравитации: частицы удерживаются на орбите, но постоянно восполняются за счет ударов метеоритов в спутники.

Ученые моделируют недра Юпитера с помощью алмазных наковален и лазеров. В 2017 году физикам из Ливерморской лаборатории удалось сжать водород до давления в 1,5 миллиона атмосфер и получить металлическую фазу. Эксперимент подтвердил: переход происходит при условиях, соответствующих глубине 10 000 км под облаками Юпитера.

Эти исследования показывают, что газовые гиганты — не просто шары из водорода. Их внутренняя структура сложнее, чем у каменных планет, а физические процессы бросают вызов земным представлениям о материи.

В 2023 году анализ данных «Юноны» выявил: ядро Юпитера частично смешано с мантией, что объясняет аномалии в гравитационном поле. Это открытие меняет модели формирования газовых гигантов и предполагает более сложную эволюцию их внутренней структуры.

Юпитер доказывает, что гравитация зависит не от твердости, а от количества вещества. Гигантская масса, сосредоточенная в водороде и гелии, создает силу притяжения, способную удерживать спутниковую систему и сжимать газ до экзотических состояний. Металлический водород, динамичное ядро и постоянное выделение энергии превращают планету в уникальную физическую лабораторию. Изучение Юпитера меняет представления не только о газовых гигантах, но и о природе материи под экстремальными условиями.

-----

Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.

Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости