Юпитера нет места, куда можно было бы поставить флаг или посадить аппарат. Но это не означает, что планета представляет собой бесконечное облако газа. Чем глубже мы мысленно опускаемся под её полосатые облака, тем меньше вещество напоминает привычный воздух.
2. Планета, на которую нельзя приземлиться
Юпитер называют газовым гигантом, хотя слово «газовый» несколько сбивает с толку. В верхней части атмосферы действительно преобладают водород и гелий в газообразном состоянии. Однако с глубиной давление растёт настолько быстро, что водород постепенно превращается в плотную жидкость.
Чёткой границы между атмосферой и внутренними слоями нет. Газ становится всё плотнее, горячее и непрозрачнее, поэтому поверхность Юпитера условно отсчитывают от уровня, где атмосферное давление равно одному земному. Это удобная линия для измерений, но никакой площадки там нет.
Если бы неуязвимый аппарат начал погружаться в Юпитер, сначала он прошёл бы через облака аммиака, гидросульфида аммония и воды. Ниже его окружил бы горячий водородный флюид. Флюидом физики называют вещество, которое способно течь и уже не вполне укладывается в бытовое разделение на газ и жидкость.
Сопротивление среды, температура и давление быстро уничтожили бы настоящий космический аппарат. Даже если фантастически прочная машина продолжила бы путь, она не «упала» бы на дно. Плотность окружающего вещества постепенно сравнялась бы с плотностью аппарата, и дальнейшее погружение стало бы гораздо сложнее.
3. Океан, состоящий из металла
На глубине в тысячи и десятки тысяч километров давление достигает миллионов земных атмосфер. В таких условиях электроны начинают отделяться от атомов водорода. Возникает жидкий металлический водород: он течёт, но при этом проводит электричество подобно металлу.
Это не серебристое подземное море с берегами. Переход между разными состояниями водорода, вероятнее всего, происходит постепенно. Температура при движении к центру увеличивается до многих тысяч градусов, однако колоссальное давление не позволяет веществу вести себя так, как оно вело бы себя в земной лаборатории.
Вращение огромного слоя электропроводящей жидкости создаёт электрические токи. Они, в свою очередь, формируют магнитное поле Юпитера, самое мощное среди планет Солнечной системы. Его магнитосфера настолько велика, что, будь она видна с Земли, её размеры на небе превосходили бы видимый диск Луны.
В моделях также присутствует «гелиевый дождь». При определённых давлениях гелий может хуже смешиваться с водородом, собираться в капли и опускаться глубже. Этот процесс переносит тепло и влияет на внутреннее строение планеты, хотя его подробности ещё уточняются.
4. Есть ли у Юпитера ядро?
Раньше Юпитер часто изображали как аккуратную многослойную луковицу: атмосфера, металлический водород и небольшое твёрдое ядро из камня и льда. Данные аппарата Juno показали более сложную картину. Центральная область, вероятно, велика, размыта и частично смешана с окружающим водородом.
Такое ядро называют разбавленным или «нечётким». Тяжёлые элементы не обязательно собраны в компактный каменный шар: их концентрация может постепенно увеличиваться по направлению к центру. Одна из гипотез связывает это с формированием Юпитера, другая допускает, что молодая планета пережила столкновение с крупным зародышем другой планеты.
Но «нечёткое ядро» не означает полное отсутствие структуры. В центре всё равно должно быть больше тяжёлых элементов, чем во внешней оболочке. Просто граница между ядром и металлическим водородом, по-видимому, не похожа на границу между земным ядром и мантией.
5. Что говорит наука?
Подтверждено, что основными компонентами Юпитера являются водород и гелий и что у планеты нет твёрдой внешней поверхности. Измерения гравитационного и магнитного полей аппаратом Juno указывают на глубокие атмосферные течения, слой электропроводящего водорода и протяжённую центральную область.
Наиболее вероятная модель предполагает переход молекулярного водорода в жидкий металлический водород. Именно движение этой проводящей среды считается главным источником магнитного поля.
При этом внутрь Юпитера не заглядывал ни один аппарат. Зонд Galileo вошёл только в верхнюю атмосферу и передавал данные менее часа. Всё, что лежит глубже, восстанавливается по гравитации, магнитному полю, тепловому излучению и поведению вещества в экспериментах.
Не установлены точная масса ядра, распределение тяжёлых элементов и характер перехода между слоями. Даже термин «слой» здесь условен: в недрах гиганта могут существовать широкие области постепенного изменения состава и физических свойств.
Так что находится внутри Юпитера? Не пустота и не спрятанный каменный шар, а огромный меняющийся океан водорода, который под давлением приобретает металлические свойства и окружает размытое ядро. Юпитер оказывается не планетой без внутренностей, а планетой без привычных границ.
Предлагайте в комментариях, в недра какого мира нам заглянуть следующим.
