JÚPITER (PLANETA): CARACTERÍSTIQUES, COMPOSICIÓ, ÒRBITA, MOVIMENT, ESTRUCTURA - ART - 2025

Júpiter és el més gran dels planetes del sistema solar i un dels més brillants en el cel nocturn al llarg de l'any, per això porta el nom del rei dels déus romans. En la mitologia romana, el déu Júpiter és el més gran dels déus, equivalent a el déu Zeus de la mitologia grega.

Observant la seva òrbita respecte a el Sol, Júpiter és el cinquè planeta de el sistema solar i té al menys 79 satèl·lits naturals. El seu diàmetre és 11 vegades el diàmetre terrestre i després de el Sol, és l'objecte més gran i més pesat de el sistema solar.

Figura 1. Imatge de Júpiter captada pel telescopi espacial Hubble, en el qual pot observar-se les característiques bandes, la gran taca vermella i l'aurora joviana. (Font: NASA, ESA).

La humanitat ha contemplat a Júpiter des de temps ancestrals, però va ser Galileu Galilei el primer a observar a l'planeta amb el telescopi i descobrir quatre dels seus principals satèl·lits en 1610.

Galileu va observar les característiques bandes de Júpiter i els quatre satèl·lits galileans els noms són Ío, Europa, Ganímedes i Calisto. Les troballes de Galileu van canviar per complet les concepcions sobre el lloc de la Terra i de la humanitat en l'Univers, ja que era la primera vegada que s'observaven cossos celestes girant al voltant d'un altre astre que no fos el nostre planeta.

Les seves observacions van donar suport diverses idees revolucionàries per al seu temps: la primera va ser que la Terra no era el centre de l'univers i la segona, i no menys important, que fora d'ella hi havia "altres mons", com va denominar Galileu als satèl·lits de Júpiter.

Característiques generals de Júpiter

Figura 2. La Terra, en comparació amb Júpiter, cal folgadament a la Gran Taca Vermella. (Font: NASA / JPL-CALTECH)

Grandària i massa

Júpiter és el cinquè planeta tenint en compte el radi orbital respecte de el Sol. El quart planeta és Mart, però entre ells dos hi ha una frontera: el cinturó d'asteroides.

Els planetes amb òrbita menor a la de l'cinturó d'asteroides són rocosos, mentre que aquells amb una òrbita major són gegants gasosos o gelats. Júpiter és el primer d'ells i també el de major volum i massa.

La massa de Júpiter, equivalent a 300 masses terrestres, és tan gran que duplica en valor a la suma de la massa dels restants planetes de el sistema solar. Quant al seu volum, és l'equivalent a el de 1300 Terres.

moviments

Júpiter gira tan ràpid al voltant del seu propi eix que dóna una volta completa a 9 hores amb 50 minuts. Això és 2,4 vegades més ràpid que la velocitat de rotació terrestre i cap planeta de sistema solar la supera.

El seu període orbital, és a dir, el temps que tarda a fer una volta completa al voltant de el Sol, és de 12 anys.

observació

Tot i estar cinc vegades més lluny de el Sol que el nostre planeta, la seva gran grandària i les seves característiques núvols, fan que la llum solar es reflecteixi perfectament sobre la seva superfície, raó per la qual és un dels astres més brillants en el cel nocturn.

Quan l'hi observa amb telescopi, s'adverteixen solament els seus núvols més alts, les quals tenen unes zones estacionàries i altres en moviment, formant un patró de bandes al llarg de la seva línia equatorial.

Les bandes més fosques s'anomenen cinturons i les més clares zones. Són relativament estables, tot i que van canviant de mica en mica de forma i de color, circumdant el planeta en direccions oposades.

Els núvols blancs són el resultat de corrents ascendents que es refreden, formant cristalls d'amoni. Després, aquests corrents es corben cap als costats per a novament descendir, en els cinturons més foscos.

Color vermellós, groc i marró

La diversitat de colors vermellosos, groguencs i marrons que es veuen a Júpiter són el resultat de les diferents molècules presents en els núvols jovians. Entre les bandes i els cinturons es formen gegantines tempestes i vòrtex, que s'albiren com a punts o com a taques.

Aquestes tempestes són pràcticament permanents i entre totes destaca la Gran Taca Vermella, observada per primera vegada al segle XVII per Robert Hooke, notable físic contemporani i rival d'Isaac Newton.

La Gran Taca Roja té al menys 300 anys, però les observacions indiquen que el seu colossal grandària, més gran que la Terra, ha anat disminuint en les últimes dècades.

Pel que fa a l'atmosfera joviana, és bastant espessa. No se sap amb exactitud la seva profunditat, però s'estima en centenars de quilòmetres.

composició

La composició química de la seva atmosfera és molt similar al d'un estel: 80% hidrogen, 17% heli i petites proporcions de vapor d'aigua, metà i amoníac.

La pressió atmosfèrica augmenta amb la profunditat, fins al punt que el gas hidrogen es liqua, formant un oceà d'hidrogen líquid, a una pressió tan alta que es comporta com un metall. Aquesta seria la frontera inferior de l'atmosfera joviana.

L'oceà d'hidrogen líquid metàl·lic de Júpiter és més calenta que la superfície solar, d'l'ordre dels 10.000 ºC i bastant brillant.

És molt probable que Júpiter tingui un nucli molt dens compost per elements metàl·lics pesants, però es requereixen més dades que corroboren aquesta afirmació.

Resum de les característiques físiques de Júpiter

-Massa: 1,9 × 10 ²⁷ kg

-Ràdio equatorial: 71492 km, equivalent a 11 vegades el radi de la Terra.

- Ràdio polar: 66.854 km.

-Forma: aplatat en els pols en un factor 0,065.

-Ràdio mitjà de l'òrbita: 7,78 x 10 ⁸ km, equivalent a 5,2 UA

- Inclinació de l'eix de rotació: 3º12 que fa a l'àmbit orbital.

Temperatura: -130ºC (núvols)

-Gravedad: 24,8 m / s ²

-Camp magnètic propi: Sí, 428 μT a l'equador.

-Atmósfera: Atmosfera densa d'hidrogen i heli.

-Densitat: 1336 kg / m ³

-Satèl·lits: 79 coneguts.

-Anells: Sí, tènues i compostos de pols.

Estructura de Júpiter

La capa més externa de Júpiter està conformada per núvols i té un gruix de 50 km. Sota aquesta capa de núvols hi ha una altra capa, fonamentalment d'hidrogen i heli, amb un gruix de 20.000 km.

La transició entre la fase gasosa i la líquida és gradual, a mesura que la pressió creix amb la profunditat.

Per sota d'aquesta capa líquida i com a resultat de pressions extremes, els electrons dels àtoms d'hidrogen i heli es deslliguen dels seus nuclis i passen a ser electrons lliures que es mouen en un mar d'hidrogen metàl·lic líquid.

A més profunditat pogués existir un nucli sòlid de 1,5 vegades el diàmetre terrestre, però 30 vegades més pesat que el nostre planeta. I com es tracta d'un planeta conformat per gas i líquid, per la seva tremenda velocitat de rotació, el planeta adopta una forma aplatada en els seus pols.

Quan i com observar Júpiter

Júpiter llueix de color blanc brillant i és fàcilment observable en el crepuscle. No s'ha de confondre amb Venus, que també és molt lluminós.

Visió de Júpiter a telescopi

A simple vista Júpiter brilla més en el cel nocturn que Sirià, l'estrella més lluminosa i sempre és a prop d'alguna constel·lació zodiacal, que pot variar segons l'any, en un entorn de 30 graus.

Figura 3. Vista nocturna de Júpiter i els quatre satèl·lits galileians, amb un petit telescopi. Font: @Asismet_IF.

Amb uns bons binoculars amb suport fix o un petit telescopi, Júpiter apareix com un disc blanc amb suaus bandes.

Els quatre satèl·lits galileans són fàcilment visibles amb un petit telescopi: Ganímedes, Io, Europa i Calisto. Les posicions dels satèl·lits varien d'un dia a el següent, i en ocasions només es divisen tres, ja que algun d'ells està per darrere o a el front de l'planeta.

Hi ha diverses aplicacions per a mòbils que permeten identificar i buscar els planetes i estrelles al cel. Entre ells destaca Sky Maps per ser una de les primeres. D'aquesta manera se situa la posició de Júpiter en qualsevol moment.

Figura 4. Posició de Júpiter i altres planetes al cel vist amb Sky Maps 20/02/20 a les 23.14 des de Caracas, Veneçuela.

Moviment de translació

L'òrbita de Júpiter és el·líptica i té el seu focus fora de centre de el Sol a causa de la seva enorme massa. Tarda 11,86 anys en recórrer-la amb velocitat de 13,07 km / s.

Ara bé, sempre s'afirma que els planetes giren al voltant de centre de el Sol, la qual cosa és força precís per a gairebé tots, excepte Júpiter.

Translació de Júpiter. Font: Todd K. Timberlake Autor of Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Es deu al fet que Júpiter és tan massiu que el centre de gir, baricentre o centre de masses d'sistema Sol-Júpiter es desplaça cap a Júpiter, quedant fora de el cos solar.

D'acord als càlculs, el baricentre de sistema Sol-Júpiter està a 1,07 vegades el radi solar, és a dir fora de el Sol.

Figura 5. El baricentre d'sistema Sol-Júpiter està fora de el Sol. L'òrbita de Júpiter és una el·lipse amb un dels seus focus en el baricentre. (Font: spaceplace.nasa.gov)

El periheli és la distància menor entre l'òrbita de Júpiter i el focus de l'el·lipse, ubicat al baricentre de sistema Sol-Júpiter. El seu valor és 816.620.000 de quilòmetres.

Per contra, l'afeli és la major distància entre el focus i l'òrbita, que per al cas de Júpiter és de 740.520.000 de quilòmetres.

L'excentricitat de l'òrbita indica el allunyada que està de la forma circular. L'òrbita de Júpiter té una excentricitat de 0,048775 i es calcula dividint la distància de el centre de l'el·lipse a el focus per la longitud de l'semieix major de l'el·lipse.

Moviment de rotació

El període sideral de rotació de Júpiter al voltant del seu propi eix és de 9 hores 55 minuts i 27,3 segons. L'eix de gir té una inclinació de 3,13º respecte a l'eix de rotació orbital.

Per ser tan voluminós, Júpiter posseeix el menor període de rotació d'entre tots els planetes de el sistema solar.

Satèl·lits de Júpiter

Els planetes gegants es caracteritzen per tenir un gran nombre de satèl·lits o llunes. Fins a la data s'han comptabilitzat 79 satèl·lits de Júpiter, però els més grans i més coneguts són els quatre satèl·lits descoberts per Galileu Galilei en 1610, que en ordre de proximitat són:

-Ío, té ⅓ de el diàmetre de la Terra

-Europa, amb ¼ de el diàmetre terrestre

-Ganímedes, de ⅖ parts de l'diàmetre de la Terra

-Calisto, poc menys de ⅖ parts de l'diàmetre terrestre

Aquests quatre satèl·lits junts tenen el 99,99% de la massa de tots els satèl·lits i anells jovians.

Entre Júpiter i els satèl·lits galileans hi ha quatre petits satèl·lits interiors descoberts en data relativament recent (1979).

Cap a l'exterior dels satèl·lits galileans hi ha el grup dels satèl·lits regulars, 10 en total, més el grup dels satèl·lits retrògrads, dels quals es coneixen fins al moment seixanta-u (61).

Per ordre de ràdio orbital es defineixen quatre grups de satèl·lits:

1. Satèl·lits interiors (4) amb òrbites entre 128.000-222.000 km.
2. Satèl·lits galileians (4) les seves òrbites estan entre 422.000 km per Ío fins 1.883.000 km per Calisto. Junts tenen el 99.99% de la massa de tots els satèl·lits jovians.
3. Satèl·lits regulars (10) entre 7.284.000 km fins 18.928.000 km.
4. Satèl·lits retrògrads (61) des de 17.582.000 km fins 28.575.000 km.

Júpiter també té anells. Estan en òrbita inferior a la dels satèl·lits galileans i entre les òrbites dels satèl·lits interiors. Es pensa que aquests anells van sorgir com a resultat de l'impacte d'algun satèl·lit interior amb un meteoroide.

satèl·lits Galileanos

Figura 6. Júpiter i els quatre satèl·lits galileans: Ió, Europa, Ganimedes i Calisto. (Font: wikimedia commons).

Els quatre satèl·lits galileans conformen un grup molt interessant, ja que els experts creuen que reuneixen les condicions per a una eventual colonització a futur.

Ío

Té intensa activitat volcànica, la superfície es renova permanentment amb lava fosa que ve del seu interior.

L'energia d'escalfament d'Ío prové principalment de la intensa força de marea que produeix l'enorme gravetat de Júpiter.

Europa

És el segon dels satèl·lits galileians en ordre de distància, però el sisè dels satèl·lits de Júpiter. El seu nom prové de la mitologia grega, en la qual Europa és amant de Zeus (Júpiter en la mitologia romana).

És tot just una mica menor que la Lluna i té una escorça sòlida d'aigua congelada. Compta amb una atmosfera poc densa d'oxigen i altres gasos. La seva superfície suaument estriada és la més llisa dels astres de el sistema solar, amb prou feines uns pocs cràters.

Es creu que sota l'escorça de gel d'Europa hi ha un oceà el moviment, impulsat per les forces de marea de l'gegant Júpiter, causen activitat tectònica en la superfície gelada de l'satèl·lit. D'aquesta manera sorgeixen les esquerdes i estries sobre la seva llisa superfície.

Molts experts creuen que Europa té condicions com per a albergar algun tipus de vida.

Ganímedes

És el satèl·lit més gran de el sistema solar, posseeix mantell rocós i de gel amb un nucli de ferro. La seva grandària és una mica més gran que el de la planeta Mercuri, amb gairebé la meitat de la seva massa.

Hi ha evidències que sota la seva superfície pot existir un oceà d'aigua salada. L'ESA (Agència Espacial Europea) ha considerat la possibilitat de visitar-lo per l'any 2030.

Com és freqüent en el sistema solar, l'òrbita de Ganímedes està en ressonància amb les òrbites d'Europa i Ío: quan Ganimedes completa una volta, Europa completa dos, mentre que Ío fa quatre voltes completes.

Figura 7. Ressonància orbital dels satèl·lits galileans de Júpiter. (Font: wikimedia commons)

Calisto

És el quart satèl·lit galileano amb una mida pràcticament igual a el de Mercuri, però amb la tercera part del seu pes. No posseeix ressonància orbital amb els altres satèl·lits, però està en rotació síncrona amb Júpiter, mostrant sempre la mateixa cara a la planeta.

La superfície té abundants cràters antics i està composta principalment per roca i gel. Probablement tingui un oceà interior, d'almenys 100 quilòmetres de gruix.

No hi ha evidències d'activitat tectònica, pel que els seus cràters segurament van ser causats per impactes amb meteorits. La seva atmosfera és prima, composta d'oxigen molecular i diòxid de carboni, amb una ionosfera bastant intensa.

composició

Júpiter té una gruixuda atmosfera constituïda principalment d'hidrogen en el 87% seguit d'heli en l'ordre d'un 13%. Altres gasos presents en proporcions menors a l'0,1% són sulfur d'hidrogen, vapor d'aigua i amoníac.

Els núvols de l'planeta contenen cristalls d'amoníac, i el seu color vermellós probablement provingui de molècules que contenen sofre o fòsfor. Els núvols més baixes i no visibles contenen hidrosulfuro d'amoni.

A causa de la presència de tempestes elèctriques a les capes més profundes, és molt probable que aquestes capes continguin núvols compostes de vapor d'aigua.

estructura interna

A l'interior de Júpiter l'hidrogen i l'heli es troben en forma líquida, a causa de les altes pressions causades per la seva immensa força de gravetat i la seva gruixuda atmosfera.

A profunditats superiors a 15.000 quilòmetres sota la superfície líquida, els àtoms d'hidrogen estan tan comprimits i els seus nuclis tan propers els uns als altres, que els electrons es deslliguen dels àtoms i passen a la banda de conducció, formant hidrogen metàl·lic líquid.

Els models físics suggereixen que a més profunditat hi ha un nucli rocós compost per àtoms pesats. A el principi van estimar un nucli de 7 masses terrestres, però models més recents contemplen un nucli amb massa entre 14 a 18 masses terrestres.

És important tenir certesa si aquest nucli existeix, perquè de la resposta depèn que la teoria de formació planetesimal dels planetes sigui certa.

En aquesta teoria els planetes es formen a partir de nuclis de partícules sòlides, donant lloc a objectes sòlids pesants de més grans, que actuarien com a nuclis de condensació gravitatòria, els quals en el transcurs de milions d'anys formarien planetes.

La magnetosfera de Júpiter

A causa de l'intens camp magnètic de Júpiter el planeta posseeix una extensa magnetosfera, fins al punt que de no ser invisible, es veuria en el cel terrestre amb una mida similar a el de la Lluna.

Cap planeta de sistema solar supera Júpiter pel que fa a la intensitat i extensió de el camp magnètic.

Les partícules carregades provinents de vent solar queden atrapades en les línies de camp magnètic i queden girant al voltant de les mateixes, però tenen una deriva o moviment al llarg de les línies de camp.

Com les línies magnètiques sorgeixen d'un pol i se sumin en l'altre, les partícules carregades guanyen energia cinètica i es concentren en els pols, ionitzant i excitant els gasos de l'atmosfera polar de Júpiter, amb la consegüent emissió de radiació lluminosa.

Missions a Júpiter

Des de l'any 1973 Júpiter ha estat visitat per diverses missions de la NASA, agència espacial nord-americana responsable dels programes d'exploració espacial.

Missions com la Pioneer 10 i 11, la Galileu i la Cassini han estudiat els satèl·lits de Júpiter. Les dades preliminars apunten que alguns d'ells tenen condicions favorables per a la vida i també per establir bases amb humans.

L'agència espacial nord-americana NASA i l'agència espacial europea ESA tenen entre els seus plans noves missions a Júpiter, principalment amb la finalitat d'estudiar més detalladament a l'satèl·lit Europa.

Pioneer

Pioneer 10 va ser la primera sonda espacial que va sobrevolar Júpiter el desembre de 1973. Aquest mateix any, a l'abril, es va enviar la sonda Pioneer 11, que va aconseguir l'òrbita joviana al desembre de 1974.

En aquestes missions es van prendre les primeres fotografies properes de Júpiter i dels satèl·lits galileians. També es van mesurar el camp magnètic i els cinturons de radiació de la planeta.

Voyager

També llançades en 1973, les missions Voyager 1 i Voyager 2 van visitar novament a el rei dels planetes del sistema solar.

Les dades recollides per aquestes missions van aportar informació extraordinària i desconeguda fins llavors, sobre el planeta i dels seus satèl·lits. Per exemple, es va detectar per primera vegada el sistema d'anells de Júpiter i també es va saber que el satèl·lit Ío té intensa activitat volcànica.

Galileu

Va ser llançada el 1995 per a una exploració de set anys, però la sonda va tenir severs problemes amb l'antena principal. Tot i això va poder enviar informació valuosa sobre els satèl·lits de Júpiter.

Figura 9. La sonda Galileu al voltant de Júpiter. Font: Wikimedia Commons. jihemD / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/), La missió va descobrir oceans subsuperficials a Europa i va aportar més informació sobre els volcans actius d'Ío.

Galileu va finalitzar quan la sonda d'exploració va caure sobre Júpiter, per evitar la col·lisió i conseqüent contaminació de la gelada superfície d'Europa.

Cassini

Al desembre de l'any 2000 la missió Cassini / Huygens amb destinació a Saturn va obtenir dades comparables en interès als de les missions Voyager, però a causa de les millores tecnològiques, van resultar de molta millor qualitat.

New Horizons

En el seu pas cap a Plutó, la sonda espacial New Horizons va visitar a l'planeta Júpiter al any 2007.

Juno

La més recent de les missions a Júpiter la constitueix la sonda espacial Juno, que va entrar en òrbita amb el planeta el 5 de juliol de 2016. La missió de Juno és l'estudi de l'atmosfera joviana, així com la seva magnetosfera i les aurores.

S'espera que aquesta missió aporti les dades necessàries per a determinar quins models de nucli són compatibles amb les dades existents de Júpiter, i comparar així amb els models que afirmen que tal nucli no existeix.

Dades curioses sobre Júpiter

-És el més gran en diàmetre dels quatre planetes gegants: Júpiter, Saturn, Urà i Neptú.

-En el volum ocupat per Júpiter, hi caben 1300 planetes de la mida de la Terra.

-Júpiter té una massa descomunal, és dues vegades i mitja més gran que la suma de les masses dels set planetes restants de el sistema solar.

-Es creu que el seu nucli sòlid es va formar tot just un milió d'anys després de format el disc primordial de gas i pols que va donar origen a el sistema solar, fa 4.500 milions d'anys.

-Júpiter és el planeta de el sistema solar que té el dia més curt: el seu període de rotació és de tot just 9 hores amb 55 minuts.

-És el planeta més radioactiu de el sistema solar, a part de la llum solar reflectida per la seva atmosfera també aporta radiació pròpia, principalment en el rang infraroig.

-Júpiter té el satèl·lit més gran de sistema solar: Ganímedes, amb un radi 1,5 vegades més gran que el de la Lluna i 0,4 vegades el radi terrestre.

-El 80% de la seva atmosfera està composta per hidrogen, seguit d'heli, el qual aporta el 17%. La resta són altres gasos com vapor d'aigua, metà, amoníac i età.

-Les núvols de Júpiter estan formades per cristalls d'amoni que formen una prima capa d'uns 50 km de gruix. Però la totalitat de la seva atmosfera és de l'ordre dels 20.000 km, sent la més gruixuda de tots els planetes de el sistema solar.

-És el planeta que té el major i el més durador vòrtex anticiclònic conegut en el sistema solar: la Gran Taca Vermella. Amb més de 300 anys d'existència, la seva grandària és superior a dos diàmetres terrestres.

-Té un nucli extremadament dens de ferro, níquel i hidrogen metàl·lic líquid.

-Posseeix camp magnètic intens capaç de produir aurores permanents.

-És el planeta solar amb major acceleració de gravetat, la qual s'estima en 2,5 vegades la gravetat terrestre en la vora de la seva atmosfera.

-Investigacions molt recents indiquen abundància d'aigua a la zona equatorial, basat en les anàlisis de les dades de la missió espacial Juno. En un informe de la NASA de el 10 de febrer de 2020 a la revista Nature Astronomy s'indica que el 0,25% de l'atmosfera equatorial de la planeta està conformada per molècules d'aigua.

referències

1. Astrofísica i Física. Recuperat de: astrofisicayfisica.com
2. Seeds, el Sr. 2011.The Solar System. Seventh Edition. Cengage Learning.
3. Space. Our Solar System 's Largest Planet. Recuperat de: space.com
4. Wikipedia. Satèl·lits de Júpiter. Recuperat de: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Júpiter (planeta). Recuperat de: es.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Jupiter (planet). Recuperat de: en.wikipedia.org.