Júpíter

Júpíter er oft mest áberandi reikistjarna himinsins og hefur þekkst alla tíð . Rómverjar nefndu reikistjörnuna eftir höfuðguði sínum Júpíter og er nafngiftin vel við hæfi. Júpíter var einnig þekktur sem Jove en Grikkir nefndu hann Seif. Seifur var yngsti sonur Krónosar (Satúrnusar) og Reu og komst til valda eftir að hafa steypt föður sínum af stóli. Seifur var eftir það konungur guðanna, hæstráðandi á Ólympustindi og réði þar yfir himnunum og eldingum. Tákn Júpíters er enda stílfærð elding guðsins.

Babýlóníumenn nefndu reikistjörnuna eftir verndarguði sínum Marduk og notuðu ferðalag hennar þvert yfir himinninn til að skilgreina stjörnumerki dýrahringsins. Kínverjar, Kóreumenn, Japanir og Víetnamar kölluðu Júpíter viðarstjörnuna, byggt á einu af frumefnunum fimm. Hliðstæða Júpíters í norrænni goðafræði er þrumuguðinn Þór og í mörgum tungumálum er fimmtudagur dagur Þórs, samanber Torsdag í dönsku og Thursday í ensku.

1. Eðliseinkenni

Stjörnufræðingar hafa lengi vitað um stærð gasrisanna í sólkerfinu. Með því að þekkja vegalengdina til Júpíters (hægt að finna út frá hraða ljóssins) og hornstærð reikistjörnunnar á himninum, er hægt að nota smáhornsformúluna til að reikna út að Júpíter er rétt rúmlega ellefu sinnum stærri en jörðin að þvermáli eða um 142.984 km í þvermál við miðbaug. Með því að fylgjast með umferðartíma Galíleótunglanna Íó, Evrópu, Ganýmedes og Kallistó umhverfis Júpíter gátu stjörnufræðingar notað þriðja lögmál Keplers til að reikna út að Júpíter er tæplega 318 sinnnum massameiri en jörðin. Massi hans er raunar 2,5 sinnum meiri en samanlagður massi allra reikistjarnanna, fylgitunglanna, smástirnanna, loftsteinanna og halastjarnanna í sólkerfinu. Væri Júpíter holur að innan, kæmust meira en 1.300 jarðir fyrir inni í honum.

Þegar við þekkjum massann og rúmmálið er auðvelt að reikna út eðlismassann. Í ljós kemur að eðlismassi Júpíters er tæplega 1,326 g/cm³ sem þýðir að hann er þriðja eðlisléttasta risareikistjarnan á eftir Satúrnusi (léttastur) og Úranusi og er Júpíter miklu eðlisléttari en bergreikistjörnurnar fjórar. Lágur eðlismassi gefur sterkar vísbendingar um að Júpíter innihaldi mikið af léttum frumefnum (vetni og helíum).

Stærð Júpíters er við efri mörk mögulegrar stærðar gasreikistjörnu og er því að sumu leyti nokkurs konar millistig plánetu og stjörnu, þótt ekki nái hann því marki að geta kallast brúnn dvergur. Stjörnufræðingar telja líklegt að ef massinn væri 50 til 80 sinnum meiri hefði kjarnasamruni getað átt sér stað í kjarnanum og þá hefði myndast lítil stjarna. Hér hefði þá verið tvístirni tveggja sólstjarna og þróun reikistjarnanna hefði vafalaust orðið allt önnur.

2. Braut og snúningur

Júpíter hringsólar umhverfis sólina í um 778 milljón km (5,2 SE) fjarlægð. Meðalbrautarhraði Júpíters um sólina er 13,1 km/s sem þýðir að hann lýkur einni hringferð á 4332 jarðdögum eða á um 12 árum. Brautarhallinn er 1,305 gráður miðað við sólbauginn og miðskekkja brautarinnar er 0,049. Það þýðir að fjarlægðin milli Júpíters og sólar sveiflast um tæplega 76 milljón km þegar reikistjarnan er í sólnánd og sólfirð, eða sem nemur rúmlega helmingi meðalfjarlægðinnar milli jarðar og sólar.

Fastur snúningur og missnúningur. (a) Allir hlutar fasta hnattarins snúast jafnhratt en (b) missnúningur verður í vökva og gasi. Til þess að sjá þetta sjálf(ur) getur þú sett brauðmylsnu í pott fullan af vatni. Þegar þú hrærir í vatninu og tekur skeiðina upp úr, sérðu að agnirnar nærri miðju pottsins eru fljótari að ljúka einum snúningi í kringum pottinn en agnirnar við jaðar pottsins. Mynd: W. H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Þar sem Júpíter hefur ekkert fast yfirborð getur það reynst þrautin þyngri að mæla nákvæmlega snúningshraða hans, eða lengd dagsins. Sýnileg kennileiti á Júpíter snúast nefnilega mishratt eftir því á hvaða breiddargráðu þau eru - vegna þess að Júpíter er úr gasi - líkt og á hinum gasrisunum. Nákvæmustu mælingarnar hafa fengist með geimförum sem heimsótt hafa Júpíter. Við miðbaug er snúningshraðinn (einn dagur eða sólarhringur) 9 klukkustundir, 50 mínútur og 28 sekúndur, sem þýðir að Júpíter snýst hraðast allra reikistjarna. Á hærri breiddargráðum, nærri pólsvæðunum, er snúningshraðinn hins vegar 9 klukkustundir, 55 mínútur og 41 sekúnda. 

Þessi mismunandi snúningshraði, auk lágs eðlismassa og vökvaeðli hans, veldur því að Júpíter er pólflöt reikistjarna, þ.e. nokkuð langt frá því að vera hnattlaga eða flatur við pólanna og feitur við miðbauginn. Júpíter er í raun sporöskjulaga því hann er um 6% feitari við miðbaug en pólanna. Þannig er miðbaugsþvermál hans 142.984 km en pólþvermál hans er 133.708 km. Þetta sést vel í gegnum litla áhugamannastjörnusjónauka.

Sama er uppi á teningnum í yfirborðslögum sólarinnar og má líkja þessum missnúningi við það þegar hrært er í potti eða bolla. Þá eru agnir nær miðju fljótari að fara eina hringferð en agnir sem eru nær börmunum. Þessi hegðun gasrisanna sýnir okkur að innviðir hnattanna eru úr gasi eða vökva og að þeir eru ekki gegnheilir eins og bergreikistjörnurnar.

3. Efnasamsetning

Upplýsingum um efnasamsetningu gasrisanna hefur að mestu verið aflað af geimförum. Áður en lagt var upp í Voyager leiðangrana töldu stjörnufræðingar að hlutföll frumefna í Júpíter og Satúrnusi væri svipuð og í sólinni og í upprunalegu þokunni sem sólkerfið varð til úr. Fljótlega eftir tilkomu litrófsmæla áttuðu menn sig á því að sú var raunin því þessar reikistjörnur voru að mestu úr vetni og helíum, tveimur algengustu frumefnum alheimsins sem einnig var mest af í þokunni sem myndaði sólkerfið. Í heild (lofthjúpur og innviði saman) er Júpíter 71% úr vetni og 24% úr helíum, en aðeins 5% úr öðrum efnum.

4. Innviðir

Innviðir Júpíters og Satúrnusar. Þessi mynd sýnir innviði Júpíters og Satúrnusar. Báðar reikistjörnurnar hafa bergkjarna sem umlukinn er ytri kjarna úr fljótandi „ís“ (ammóníak, metan og vatn). Þar fyrir ofan er helíum og fljótandi málmvetni og svo loks lag úr venjulegu sameindavetni (H2). Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn.

Frekar lítið er vitað um innri byggingu Júpíters en talið er að innviðirnir líkist innviðum Satúrnusar að miklu leyti, með mikilvægum undantekningum þó. Reikistjörnufræðingar greinir þó mjög á um það.

Talið er að innst sé kjarni úr bergi, 12 til 45 sinnum massameiri en jörðin eða ríflega 3 til 15% af heildarmassa Júpíters. Fyrir ofan kjarnann er líkast til að finna lag úr fljótandi vatni, metani og ammóníaki. Þessi efni eiga rætur að rekja til íshnatta sem féllu inn í gasrisana í árdaga sólkerfisins og sukku til botns. Þar sem þessi efni hafa ekki sama eðlismassa og berg, fljóta þau ofan á bergkjarnanum.

Næsta lag umhverfis kjarna Júpíters er úr fljótandi vetni og er það massamesta lag reikistjörnunnar. Árið 1935 komust eðlisfræðingar að því að vetni skiptir um ham við mikinn þrýsting og fær þá eiginleika alkalímálma. Þegar þrýstingurinn eykst verður vetni fyrst fljótandi sameindavökvi og síðan fljótandi málmur við aðstæður eins og þær sem ríkja í iðrum Júpíters. Málmkennt vetni er mjög góður rafleiðari og hraður möndulsnúningur veldur því að gríðarlega öflugt segulsvið myndast. Þetta lag telur líklega um 78% af geisla reikistjörnunnar og er því töluvert þykkara en samskonar lag í Satúrnusi.

Fyrir ofan þetta lag er sennilega annað lag úr hefðbundnu sameindavetni (H₂) og helíum í fljótandi formi, sennilega talsvert þynnra en í Satúrnusi. Lofthjúpurinn tekur svo loks við þegar 1000 km eru eftir en hann skiptist í þrjú lög.

Eins og sjá má ríkir heilmikil óvissa um innri byggingu Júpíters. Mjög mikilvægt er að afla frekari upplýsinga um uppbyggingu Júpíters og massa þess efnis sem í honum er til þess að skilja betur hvernig sólkerfið myndaðist. Geimför framtíðarinnar munu vonandi varpa ljósi á það. 

5. Orkuútgeislun

Seint á sjöunda áratug tuttugustu aldar uppgötvuðu stjörnufræðingar á jörðu niðri að Júpíter geislar frá sér meira en tvöfalt meiri orku en hann fær frá sólinni, í formi innrauðrar geislunnar. Talið er að þessa orkuútgeislun megi rekja til afgangsorku frá þeim tíma þegar Júpíter myndaðist fyrir 4,56 milljörðum ára. Þegar gas í sólþokunni var að mynda frumreikistjörnuna Júpíter, umbreyttist mikið magn þyngdarstöðuorku í hita við samdráttinn (svonefndur Kelvin-Helmholtz samdráttur). Júpíter er enn þann dag í dag að dragast saman og hefur geislað þessari varmaorku frá sér út í geiminn allt frá því hann myndaðist. Þessi samdráttur veldur því að Júpíter minnkar um tæplega 3 cm á ári (30 km á milljón árum) og innviðirnir kólna á sama tíma um 0,272°C (1 K) á milljón árum. Þar af leiðandi var Júpíter eitt sinn stærri og hlýrri en hann er í dag.

6. Segulhvolf

Geislabelti í segulhvolfi Júpíters. Mynd: NASA

Júpíter umlukinn gríðarsterkur segulsviði og risastóru segulhvolfi. Þegar Pioneer og Voyagerflaugarnar flugu framhjá Júpíter greindu mælitæki þeirra styrkleika þessa segulsviðs og segulhvolfs. Í ljós kom að segulsviðið er fjórtán sinnum sterkara en segulsvið jarðar, en styrkleiki þess er frá 4,2 Gauss (0,42 milliTesla) við miðbaug reikistjörnunnar, upp í 10 til 15 Gauss (1 til 1,4 milliTesla) við pólsvæðin. Til samanburðar er styrkleiki segulsviðs jarðar mest um 0,6 Gauss (60 μTesla). Segulsvið Júpíters er því langsterkasta segulsvið sólkerfisins fyrir utan segulsvið sólbletta á sólinni.

Pioneer og Voyagerflaugarnar greindu ekki aðeins styrkleikann heldur líka umfangið. Geimförin sýndu að sú hlið segulhvolfsins sem snýr að sólu (áveðursmegin) teygir sig 3 til 7 milljón km í átt til hennar, á meðan sú hlið hvolfsins sem snýr frá sólu (hlémegin), teygir sig yfir milljarð km út í geiminn, út fyrir braut Satúrnusar! Segulhvolfið er svo stórt að ef þú gætir séð það með berum augum frá jörðinni, næði það yfir sextán sinnum stærra svæði á himninum en fullt tungl.

Segulsviðið er talið myndast í svonefndum hvirfilstraumum (eddy currents) eða spanstraumum (induced currents) – nokkurs konar hringiðuhreyfing í leiðandi efni - í málmvetnislaginu í innviðum Júpíters. Segulsviðið fangar hlaðnar agnir (jónir) frá sólvindinum og myndar tvö mjög orkumikil geislabelti, líkt og Van Allen beltin umhverfis jörðina. Innan þessara belta er svo gríðarleg geislun að verja þarf geimför sem heimsækja Júpíter sérstaklega svo þau verði ekki fyrir skaða. Óheppinn geimfari á sveimi innan beltanna grillaðist hratt og örugglega á fáeinum mínútum þegar hann yrði fyrir banvænum geislunarskammti.

7. Lofthjúpur

Samanburður á efri hluta lofthjúpa Júpíters og Satúrnusar. Svörtu línurnar sýna hvernig hitastig breytist með aukinni hæð í efri hluta lofthjúpanna, sem og lagskiptingu skýjalaganna. Núllhæð í lofthjúpunum er skilgreind sem sá staður þar sem loftþrýstingur er 100 millibör eða einn-tíundi af loftþrýstingi við yfirborð jarðar. Undir skýjalögum beggja reikistjarna er lofthjúpurinn að langmestu leyti úr vetni og helíum. Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Lofthjúpur Júpíters skiptist í þrjú meginskýjalög sem hafa mismunandi efnasamsetningu. Efsta skýjalagið er úr frosnum ammóníakskristöllum. Dýpra í lofthjúpnum bindast ammóníak (NH₃) og vetnissúlfíð, öðru nafni brennisteinsvetni (H₂S), (efnið sem gefur hverasvæðum sína einkennandi (vondu) lykt) saman og mynda ammóníaks-vetnissúlfíðskristalla (NH₄SH). Enn dýpra eru skýin úr vatnsís. Þyngdartog Júpíters þjappar þessi skýjalög saman í eitt 75 km þykkt svæði í efri hluta lofthjúpsins.

Varmaburðurinn í innviðum Júpíters ber hlýrra loft frá heitari stað að kaldari. Hitinn flæðir þar af leiðandi upp í gegnum lofthjúpinn og út í geiminn. Það þýðir að neðri lög lofthjúpsins eru hlýrri en þau efri. Innrauðar mælingar staðfesta að svo sé og sýna hvernig hitastigið eykst eftir því sem innar dregur.

Í gegnum sjónauka sést hvernig lofthjúpur Júpíters skiptist í belti og svæði. Beltin eru dökkleit á að líta; staðir þar sem við horfum dýpra inn í hlýrri hluta lofthjúpsins. Svæðin eru aftur á móti ljósleit á að líta; staðir þar sem við horfum í efri og kaldari hluta lofthjúpsins. Þetta sést vel á innrauðum ljósmyndum af Júpíter. Skýin gefa frá sér varma sem sést á innrauðum myndum og því bjartari sem þau eru í innrauðu ljósi, því hlýrri eru þau og dýpra inni í lofthjúpnum.

Litbrigði skýja Júpíters eru háð hitastigi þeirra og þar af leiðandi hve djúpt í lofthjúpnum þau eru. Brún ský eru hlýjust og eru þar af leiðandi dýpstu lögin sem við sjáum. Hvítu skýin mynda næsta lag svo rauð ský sem eru hæst. Ljósleitu svæðin eru þar af leiðandi hærra í lofthjúpnum en brúnleitu beltin, en hæst eru rauðu skýin t.d. í Stóra rauða blettinum.

Hlý belti og svöl svæði í lofthjúpi Júpíters. Mynd (a) tók Voyager 1 geimfarið á leið sinni framhjá Júpíter. Myndin sýnir lofthjúpinn eins og hann kæmi manni fyrir sjónir. Mynd (b) var tekin með sjónauka á jörðinni í innrauðu ljósi á sama tíma og mynd (a) og sýnir hvernig hitastig lofthjúpsins ræður útlitinu. Mynd: NASA/JPL/W. H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Þrátt fyrir að heilmikil gögn frá gervitunglum liggi fyrir er ekki enn ljóst hvað veldur litbrigðum skýjanna. Kristallar ammóníaks og ammóníaks-vetnissúlfíðs eru hvítir á litinn og hljóta þar af leiðandi að vera ljósleitu skýin. Önnur efni, til dæmis fosfór, brennisteinn og hugsanlega vetniskolefni, skipta sennilega litum þegar útfjólublátt ljós frá sólinni skín á þau og valda þannig brúnu, rauðu og appelsínugulu litbrigðunum.

Vatn er stór hluti af gasrisunum og smærri hnöttum ytra sólkerfisins og ætti því líka að vera til staðar í nokkru magni í Júpíter. Þegar Galíleó lofthjúpskanninn féll í gegnum lofthjúp Júpíters árið 1995 greindi kanninn aðeins helming þess vatnsmagns sem menn áttu von á. Ein möguleg skýring er sú að kanninn hafi fallið í gegnum hlýsvæði, óvenju hlýtt og skýjalaust svæði í lofthjúpi Júpíters, sem einnig var óvenju þurrt. Athuganir frá jörðinni á sama tíma og kanninn féll í gegnum styðja þessa tilgátu. Sé hún rétt eru hlýsvæðin í lofthjúpnum álíka þurr og þurrustu eyðimerkur jarðar. Önnur skýring segir að mestur hluti vatnsins hafi rignt niður úr efri hluta lofthjúpsins og safnast saman dýpra innan reikistjörnunnar.

Vatnsský í lofthjúpnum valda þrumum og eldingum. Þessar eldingar geta verið allt að þúsund sinnum aflmeiri en eldingar á jörðinni.

Hér hefur Júpíter verið flattur út og er greinilegt hvernig lofthjúpurinn breytist. Myndin spannar 24 snúninga Júpíters milli 31. október til 9. nóvember 2003. Einnig sjást Íó og Evrópa á myndinni ásamt skuggum þeirra. Minnstu smáatriðin á myndinni eru á stærð við Ísland.

7.1. Vindar

Varmaburður í lofthjúpi Júpíters ber loft og vinda upp á við en auk þeirra blása láréttir svæðisvindar í austur- eða vesturátt. Þegar Galíleó lofthjúpskanninn féll í gegnum lofthjúp Júpíters mældist vindhraðinn nokkuð stöðugur um 180 m/s sem rennir stoðum undir þá kenningu að vindarnir séu drifnir áfram af innri hita Júpíters. Væri sólarhitun aðaldrifkraftur vindanna, líkt og á jörðinni, hefði smám saman dregið úr vindhraðanum með aukinni dýpt.

Svæðisvindarnir eru venjulega sterkastir á mörkum belta og svæða, á svokölluðum vindröstum þar sem vindhraðinn getur farið yfir 140 m/s.

7.2. Stóri rauði bletturinn

Vindáttir innan og við Stóra rauða blettinn. Þessi mynd tók Voyager 2 geimfarið árið 1979 af Stóra rauða blettinum. Á henni sést hvernig vindáttir umhverfis Stóra rauða blettinn hegða sér. Vindar innan blettsins snúast rangsælis á sex dögum eða svo. Mynd: NASA/JPL/W. H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Helsta sérkenni Júpíters er Stóri rauði bletturinn, en hann er lífseigur háþrýstistormur um 22° sunnan miðbaugs. Bletturinn er tæplega þrefalt stærri en jörðin að þvermáli og sést því vel í gegnum áhugamannastjörnusjónauka. Talið er að bletturinn hafi að minnsta kosti sést frá árinu 1831 og hugsanlega frá 1665.

Stóri rauði bletturinn er næstum hringlaga og mældist um 16 000 km á breidd árið 2014. Þegar hann mældist stærstur á 19. öld var hann nægilega stór þrjá hnetti á stærð við jörðina. Vindbeltin norðan og sunnan hans blása í gagnstæðar áttir. Vindar innan hans snúast rangsælis og ljúka einum hring á um sex dögum. Því má líkja færslu lofthjúpsins innan blettsins við hjól á yfirborði sem stefnir í tvær andstæðar áttir.

Lengi var talið að Stóri rauði bletturinn væri langlíf lægð en í dag vitum við að hann er háþrýstistormur þar sem skýjatoppar hans eru svalari og 50 km hærri en aðliggjandi svæði. Ástæða þess að bletturinn er svona langlífur má fyrst og fremst rekja til þess að Júpíter hefur hvorki fast yfirborð né haf sem gæti breytt og eytt honum.

Árið 2010 voru í fyrsta sinn birtar hitamyndir af Stóra rauða blettinum sem teknar voru með sjónaukum á jörðu niðri, meðal annars Very Large Telescope ESO í Paranal stjörnustöðinni í Chile. Mælingarnar sýndu að hitastig innan blettsins er að meðaltali um -160 gráður á Celsíus en miðhlutar blettsins, rauð-appelsínugulu svæðin, voru um 3 til 4 gráðum hlýrri.

Samsett mynd af Stóra rauða blettinum á Júpíter. Myndin er sett saman úr 24 ljósmyndum sem Voyager 1 tók í gegnum appelsínugula og fjólubláa síur þann 4. mars 1979 úr um það bil 1,85 milljón km fjarlægð frá Júpíter. Þetta er sennilega besta mynd sem gerð hefur verið af rauða blettinum. Myndina vann Björn Jónsson. Smelltu á myndina til að sjá hana stærri. Mynd: NASA/JPL og Björn Jónsson

8. Hringar

Uppbygging hringa Júpíters. Mynd: NASA og Stjörnufræðivefurinn

Júpíter hefur hringakerfi sem er mun smærra og daufara en hringar Satúrnusar. Hringarnir fundust fyrir tilstuðlan nokkurra stjörnufræðinga sem kröfðust þess að eftir eins milljarða km ferðalag sakaði ekki að beina myndavélum Voyager 1 geimfarsins til baka og grennslast þannig fyrir um hringa. Flestir töldu afar litla möguleika á að finna nokkuð en hringarnir leyndust þó við miðbaugsflöt reikistjörnunnar, innan svonefndra Roche-marka. Hringarnir sjást ekki í gegnum stjörnusjónauka frá jörðu.

Hringar Júpíters eru afar daufir og úr mjög fíngerðum rykkornum en virðast ekki innihalda neinn ís. Hringarnir skiptast í fjóra meginhringa. Innsti hringurinn er nokkuð þykkur og kleinuhringslaga og kallast “hjúpur”. Þar á eftir tekur við tiltölulega bjartur en næfurþunnur meginhringur sem líklega er úr efni sem kastast hefur burt af tunglunum Adasteu og Metís. Yst er svo að finna tvo örþunna og fína “gossamer” hringa sem nefndir eru eftir tunglunum Þeba og Amalþeu, en líklega má rekja þessa hringa til efnis frá þessum tunglum.

9. Tungl

Júpíter og Galíleótunglin. Mynd: NASA

Umhverfis Júpíter ganga að minnsta kosti 67 fylgitungl. Af þeim eru aðeins Galíleótunglin fjögur – Íó, Evrópa, Ganýmedes og Kallistó – stærri en 1000 km í þvermál en 47 eru innan við 10 km í þvermál. Langflest tunglin hafa fundist á síðustu árum og eiga það sammerkt að ganga öfugan hring í kringum Júpíter. Gefur það sterkar vísbendingar um að þau hafi ekki myndast í kringum reikistjörnuna sjálfa, heldur séu þau smástirni sem Júpíter hafi fangað síðar í sögu sólkerfisins.

Galíleótunglin eru langstærstu fylgitungl Júpíters. Tunglin fann ítalski vísindamaðurinn Galíleó Galílei í janúar 1610 þegar hann beitti fyrstur manna sjónauka til rannsókna á himninum. Galíleótunglin eru:

• Íó (Jó) er innsta Galíleótunglið, um 421.700 km frá miðju Júpíters og hringsólar það um reikistjörnuna á 1,77 dögum. Á Íó eru engir árekstragígar enda yfirborðið mjög ungt. Ástæðan er sú að Íó er eldvirkasti hnöttur sólkerfisins en þessa gríðarlegu eldvirkni má rekja til afar sterkra flóðkrafta frá Júpíter.

• Evrópa er næst innsta Galíleótunglið, um 671.034 km frá miðju Júpíters og hringsólar það um reikistjörnuna á 3,55 dögum. Yfirborð Evrópu inniheldur fáa árekstragíga og er því ungt. Myndir sýna þykka en sprungna ísskorpu og talið er að undir henni sé að finna fljótandi haf og ef til lífvænlegar aðstæður.

• Ganýmedes er næst ysta Galíleótunglið, um 1.070.412 km frá miðju Júpíters og hringsólar það um reikistjörnuna á 7,15 dögum. Ganýmedes er eina tungl sólkerfisins sem hefur sterkt segulsvið og bendir það til þess að tunglið hafi málmkjarna. Ganýmedes er stærsta tungl sólkerfisins.

• Kallistó er ysta Galíleótunglið, um 1.882.709 km frá miðju Júpíters og hringsólar það um reikistjörnuna á 16,7 dögum. Yfirborð Kallistó er mjög gígótt og því gamalt og innviðirnir eru næstum algjörlega einsleitir. Kallistó er þriðja stærsta tungl sólkerfisins.

10. Áhrif á sólkerfið

Áhrifa Júpíters gætir víða í sólkerfinu enda hefur sterkt þyngdartog hans hjálpað til við mótun og þróun þess. Í smástirnabeltinu eru til að mynda svokallaðar Kirkwood eyður, staðir þar sem smástirni eru mun færri en meðaldreifing þeirra, sem rekja má til þyngdartogs Júpíters.

Á ákveðnum stöðum á braut Júpíters er að finna hóp smástirna sem fylgja brautarhreyfingu hans. Þessi smástirni kallast Trójusmástirni og er skipt í tvo hópa, Grikki sem eru 60° fyrir framan og Trójumenn sem eru 60° fyrir aftan Júpíter, á svokölluðum Lagrange-punktum, þegar miðað er við að braut hans umhverfis sólu sé heill hringur eða 360°. Á þessum punktum ríkir jafnvægi milli þyngdartogs Júpíters og sólar og haldast þá smástirnin föst á þessum stöðum. Fyrsta Trójusmástirnið fann þýski stjörnufræðingurinn Max Wolf árið 1906 og var það nefnt 588 Akkíles. Síðan hafa meira en tvö þúsund slík fundist til viðbótar.

Júpíter á líka sinn þátt í því að á jörðinni hefur lífið þróast með þeim hætti sem við sjáum í dag. Aðdráttarkrafturinn er nefnilega svo mikill að Júpíter verkar sem nokkurs konar ryksuga í geimnum sem sýgur í sig geimrusl, svo sem smástirni og halastjörnur, sem annars gætu rekist á jörðina. Þetta gerðist til dæmis í júlí árið 1994 þegar halastjarnan Shoemaker-Levy 9 rakst á Júpíter með eftirminnilegum hætti, en einnig í júlí 2009. Hafa ber í huga að þessi hugmynd er umdeild og vilja sumir stjörnufræðingar meina að Júpíter hafi svo til engin áhrif á fækkun árekstra á jörðina á meðan aðrir eru ekki á sama máli.

Árekstur halastjörnunnar Shoemaker-Levy 9 og Júpíters árið 1994 með augum Galíleógeimfarsins úr 238 milljón km fjarlægð. Júpíter verkar eins og ryksuga í sólkerfinu sem dregur í sig smástirni, halastjörnur og loftsteina sem ella gætu rekist á jörðina. Mynd: NASA

11. Rannsóknir á Júpíter

Forfeður okkar þekktu vel til Júpíters enda er hann oft á tíðum mest áberandi fyrirbæri næturhiminsins. Með berum augum, við mjög góðar aðstæður, er hægt að grein að minnsta kosti eitt fylgitungl Júpíters en sjónauka þarf til að greina hin þrjú stærstu. Sagan segir að kínverski stjörnufræðingurinn Gan De hafi fundið eitt fylgitungl Júpíters á þennan hátt árið 362 fyrir okkar tímatal, næstum tveimur árþúsundum áður en Galíleó Galílei beindi fyrstur manna sjónauka í átt til Júpíters og uppgötvaði þá tunglin fjögur.

Þegar sjónaukar urðu betri komu sífellt fleiri smáatriði á Júpíter í ljós. Í kringum 1665 tók ítalski stjörnufræðingurinn Giovanni Domenico Cassini eftir blettum og beltum í lofthjúpi Júpíter og sá einnig að reikistjarnan sjálf var pólflöt. Með því að fylgjast með blettunum í lofthjúpnum tókst Cassini að áætla að snúningstími Júpíters væri 9 klukkustundir og 56 mínútur, ótrúlega nærri réttu gildi.

Talið er hugsanlegt að enski heimspekingurinn og stjörnuáhugamaðurinn Robert Hooke hafi séð Stóra rauða blettinn árið 1664, fyrstur manna, og Giovanni Cassini ári síðar. Þessar athuganir hafa engu að síður verið dregnar í efa af sagnfræðingum. Elstu þekktu teikningarnar af blettinum eru teikningar þýska stjörnufræðingsins Heinrich Schwabe frá árinu 1831. Ef þeir Hooke og Cassini sáu rauða blettinn á þessum tíma virðist sem bletturinn hafi dofnað umtalsvert nokkrum sinnum milli 1665 og 1708 áður en hann varð aftur mjög áberandi árið 1878. Svo virðist bletturinn hafa dofnað aftur árið 1883 og í upphafi tuttugustu aldar.

Á þessum tíma útbjuggu Cassini og landi hans Giovanni Borelli nákvæmar töflur yfir hreyfingar Júpítertunglanna sem gerðu þeim kleift að spá fyrir um hvenær tunglin gengju þvert fyrir eða aftur fyrir Júpíter. Þegar Júpíter var hinum megin við sólina frá jörðu tóku menn eftir því að þessir atburðir gerðust meira en korteri seinna en búist var við. Cassini taldi þetta stafa af því að ljóshraðinn væri fasti en féll síðar frá þeirri hugmynd. Danski stjörnufræðingurinn Ole Römer tók þessa tilgátu Cassinis upp á sína arma og notaði tímamuninn til að áætla hraða ljóssins með nokkurri nákvæmni.

Fátt markvert gerðist í rannsóknum á Júpíter í nokkrar aldir eða fram undir lok nítjándu aldar. Árið 1892 uppgötvaði Edward Emerson Barnard fimmta fylgitungl Júpíters með 36 tommu linsusjónauka Lick-stjörnustöðvarinnar í Kaliforníu. Tunglið var síðar nefnt Amalþea. Uppgötvun þessa tungls bar hæfileikum Barnards sem athuganda gott vitni og gerði hann að einum þekktasta stjörnufræðingi veraldar á þessum tíma. Fleiri tungl fundust ekki fyrr en Voyager 1  flaug framhjá Júpíter árið 1979.

11.1. Könnun gervitungla

Hreyfimynd sem sýnir Voyager 1 nálgast Júpíter. Mynd: NASA

Nokkur geimför hafa flogið framhjá Júpíter og rannsakað hann en aðeins eitt geimfar hefur komist á braut um reikistjörnuna. Fyrsta geimfarið sem þangað kom var Pioneer 10 í desember árið 1973 og í kjölfarið fylgdi Pioneer 11 næstum nákvæmlega ári síðar. Pioneerflaugarnar tóku fyrstu nærmyndirnar af reikistjörnunni og stærstu fylgitunglunum. Geimflaugarnar komust að því að segulsviðið í nánd við Júpíter var mun sterkara en menn áttu von á. Ferðalag geimfaranna var ennfremur notað til að mæla nákvæmlega massa Júpíters og tunglanna, sem og stærð reikistjörnunnar.

Sex árum síðar, eða árið 1979, flugu Voyager 1 og 2 framhjá Júpíter og byltu bókstaflega þekkingu okkar á reikistjörnunni og Galíleótunglunum. Flaugarnar uppgötvuðu að Júpíter hafði hringakerfi og staðfestu að Stóri rauði bletturinn var háþrýstisvæði. Samanburður á myndum Voyagers og Pioneer sýndi að litur Stóra rauða blettsins var að breytast. Á Íó fundust virk eldfjöll og tórus úr jónuðum atómum meðfram braut tunglsins. Á næturhlið Júpíters sáust eldingar.

Í febrúar 1992 flaug sólarkanninn Ódysseifur (Ulysses) framhjá Júpíter. Þetta framhjáflug var til þess gert að koma Ódysseifi fyrir á braut um pólsvæði sólarinnar. Ódysseifur var ekki útbúinn neinum myndavélum svo eðli málsins samkvæmt voru engar ljósmyndir teknar en þess í stað snerust rannsóknirnar að mestu um segulhvolf Júpíters.

Þann 30. desember árið 2000 flaug Cassini-Huygens geimfarið framhjá Júpíter á leið sinni til Satúrnusar. Um borð í Cassini er fjöldi öflugra mælitækja og var tækifærið nýtt til hins ítrasta við framhjáflugið og fjöldi ljósmynda teknar.

Sjö árum síðar, eða þann 28. febrúar 2007, flaug New Horizons geimfarið framhjá Júpíter á ferðalagi sínu til Plútós og Kuipersbeltisins. Framhjáflugið var liður í því að auka hraða geimfarsins svo unnt væri að komast til Plútós á sem skemmstum tíma. New Horizons tók fjölda frábærra ljósmynda af reikistjörnunni og Galíleótunglunum, en myndirnar af Íó voru sér í lagi stórkostlegar.

11.2. Galíleó geimfarið

Galíleó geimfarið losað frá geimferjunni Atlantis þann 18. október 1989. Ferðalagið til Júpíters tók sex ár. Mynd: NASA

Hingað til hefur aðeins eitt geimfar komist á braut um Júpíter. Þann 7. desember 1995 komst Galíleógeimfarið á braut um reikistjörnuna eftir ríflega sex ára ferðalag um geiminn. Galíleófarið sveimaði um Júpíter í rúm sjö ár og flaug nokkrum sinnum framhjá Galíleótunglunum, sem og Amalþeu.

Leiðangurinn gekk ekki alveg þrautalaust fyrir sig því loftnet geimfarsins opnaðist ekki að fullu og takmarkaði talsvert upplýsingaflæðið til jarðar. Engu að síður hlaust góður árangur af leiðangrinum og mest af því sem við vitum um Júpíter var aflað í þessum leiðangri.

Með í för Galíleógeimfarsins var lítill lofthjúpskanni sem losnaði frá geimfarinu í júlí 1995. Þann 7. desember sama ár féll kanninn inn í lofthjúp Júpíters um 150 km vegalengd í tæplega 58 mínútur áður en hann eyðilagðist. Galíleókanninn sjálfur hlaut samskonar örlög þegar honum var viljandi stýrt inn í reikistjörnuna þann 21. september 2003. Var þessi ákvörðun tekin til þess að afstýra hugsanlegum árekstri Galíleófarsins við eitt af tunglum Júpíters – þá sér í lagi Evrópu.

11.3. Komandi leiðangrar

NASA hyggur á frekari leiðangra til Júpíters í náinni framtíð. Árið 2012 sendi stofnunin á loft geimfarið Juno sem kanna á segulhvolfið og lofthjúpinn á braut um pólsvæði reikistjörnunnar. Juno á að komast á leiðarenda árið 2016.

Árið 2022 hyggst ESA senda Jupiter Icy moons Explorer eða JUICE til Júpíters. Geimfarið á fyrst og fremst að rannsaka ístungl Júpíters en líka reikistjörnuna sjálfa. Ferðalagið tekur átta ár en árið 2032 er ráðgert að geimfarið fari á braut um Ganýmedes.

Stjörnufræðingar hafa geysimikinn áhuga á að senda könnunarfar til Evrópu, þar sem margt bendir til þess að undir ísskorpu tunglsins sé fljótandi haf. Á teikniborðinu er að minnsta kosti einn slíkur leiðangur en allsendis óljóst er hvenær slíkt geimfar kemst á loft. Í upphafi verður þá sennilega um brautarfar að ræða.

12. Að skoða Júpíter

Júpíter er venjulega eitt mest áberandi fyrirbæri næturhiminsins og aðeins sólin, tunglið og Venus eru bjartari (reyndar getur Mars líka stöku sinnum verið bjartari). Sýndarbirtustig Júpíters veltur á fjarlægð hans frá jörðu og sveiflast milli –2,8 í gagnstöðu niður í -1,6 þegar reikistjarnan er fjærst jörðu. Sýndarstærð Júpíters er af sömu ástæðu breytileg eða frá 50,1 bogasekúndu niður í 29,8 bogasekúndur.

Júpíter hefur mest upp á að bjóða fyrir áhugastjörnuskoðara af reikistjörnunum. Í hefðbundnum handsjónaukum sjást Galíleótunglin fjögur og ekki þarf nema 30-50x stækkun til að sjá eitt eða tvö skýjabelti. Með stærri sjónauka og meiri stækkun koma milli fimm til tíu eða jafnvel fimmtán önnur belti í ljós, auka rauða blettsins (eða skarðsins þar sem hann er) og fleiri smáatriði. Í sjónauka sést einnig berlega hve pólflöt reikistjarnan er.

Júpíter og Galíleótunglin í gegnum sjónauka. Þessi mynd sýnir vel hvernig Júpíter og Galíleótunglin birtast í gegnum litla sjónauka. Lengst til vinstri er Kallistó, þá Ganýmedes og loks Evrópa hægra megin við Júpíter. Myndina tók Mars Global Surveyor geimfarið í maí 2003. Mynd: NASA/JPL

Þar sem Júpíter er næstum tólf ár að ljúka einni hringerð um sólina ferðast hann í gegnum eitt stjörnumerki dýrahringsins á ári. Jörðin tekur fram úr Júpíter á 398,9 daga fresti en þegar það gerist er Júpíter í gagnstöðu (opposition) við jörð. Þegar það gerist mynda jörðin og Júpíter beina línu við sól með jörðina í miðjunni. Þá er jafnframt styst til reikistjörnunnar. Á þessum tíma virðist Júpíter snúa við á ferðalagi sínu í kringum sólina miðað við fastastjörurnar í bakgrunni. Best er því að skoða Júpíter þegar hann er í sólnánd (næst sólu) og gagnstöðu við jörð en þá er hann bæði eins bjartur og stór og unnt er. Júpíter verður næst í sólnánd í mars 2011 en í gagnstöðu nokkrum mánuðum fyrr eða í september 2010.

Færsla Júpíters í gegnum stjörnumerki dýrahringsins 2014-2022. Bakgrunnur myndarinnar er úr stjörnufræðiforritinu Stellarium. Mynd: Stjörnufræðivefurinn

Tengt efni

• Fylgitungl Júpíters
• Galíleótunglin
• Íó
• Evrópa
• Ganýmedes
• Kallistó
• Að skoða Júpíter

Heimildir

1. Bagenal, Fran; Dowling, Timothy E. og McKinnon, William B (ritstj.). 2007. Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere (Cambridge Planetary Science). Cambridge University Press, Massachusetts.
2. Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins og Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, Massachusetts.
3. Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7th Edition. W. H. Freeman, New York.
4. Ferris, Timothy. 2002. Seeing in the Dark: How Backyard Stargazers are Probing Deep Space and Guarding Earth from Interplanetary Peril. Simon & Schuster, New York.
5. Hoskins, Michael. 1997. Cambridge Illustrated History of Astronomy. Cambridge University Press, Massachusetts.
6. McFadden, Lucy-Ann; Johnson, Torrence og Weissman, Paul (ritstj.). 2006. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press, California.
7. Pasachoff, Jay. 1998. Astronomy: From the Earth to the Universe, fimmta útgáfa. Saunders College Publishing, Massachusetts.
8. Bjarmi Stóra rauða blettsins á Júpíter. ESO. Sótt 29.06.11.

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2010). Júpíter. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornufraedi.is/jupiter (sótt: DAGSETNING).