Tato informační webová stránka byla připravena v rámci projektu Města ve světle informací (kód projektu: CZ/FMP/11b/09/132). Řešitelem projektu je Město Valašské Meziříčí, hlavním přeshraničním partnerem je slovenské město Partyzánske.

Informační stránka k planetě Jupiter k projektu Města ve světle informací 

Planeta Jupiter

Planeta Jupiter je po Slunci druhým nejhmotnějším a nejdominantnějším tělesem naší mateřské planetární soustavy. Naše Sluneční soustava je gravitačně vázaná soustava těles, které obíhají kolem společného těžiště. Nejhmotnější z nich je naše hvězda, Slunce, která je svou hmotností a tedy i gravitačním účinkem jednoznačně dominantní. Hmotnost Slunce představuje více jak 98 % hmotnosti všech těles Sluneční soustavy. Druhým nejhmotnějším tělesem je jeden ze dvou plynných planetárních obrů, planeta Jupiter. Jeho hmotnost činí asi jen jednu tisícinu hmotnosti Slunce, ale na druhou stranu je skoro 2,5krát hmotnější než ostatní všechny ostatní planety dohromady.

Postavení Jupitera ve Sluneční soustavě

Planeta Jupiter je opravdu dominantní planetou v naší planetární soustavě. Kolem Slunce obíhá v pětkrát větší vzdálenosti než naše Země. Má také přibližně 11krát větší průměr a je asi 317krát těžší než naše planeta… Naopak její hustota je v porovnání se Zemí (5,513 g/cm³) velmi nízká, jen asi 1,326 g/cm³. Je to dáno tím, že obří atmosféra planety je složená převážně z nejlehčích plynů, vodíku a helia. Svým chemickým složením se více podobá Slunci než naší planetě.

Jupiterův rok trvá 11,86 pozemských let, ale naopak jeden jeho den trvá necelých deset pozemských hodin. Jupiter je společně s planetou Saturn v tzv. dráhové rezonanci. Jinými slovy délka oběhu Jupitera kolem Slunce trvá 2/5 oběžné doby Saturnu. Obíhají oba kolem Slunce v dráhové rezonanci v poměru 5:2 (na pět oběhů Jupitera připadají dva oběhy Saturnu). Tento fakt vede k významné stabilizaci dráhových parametrů nejen těchto dvou největších planet, ale i ostatních těles naší planetární soustavy. Kromě toho svou hmotností Jupiter významně ovlivňuje dráhy malých těles Sluneční soustavy, jako jsou planety či kometární jádra.

Mohutná atmosféra – děje v atmosféře

Atmosféra je charakteristická tzv. zonálním typem proudění (vytváří se pásová oblačnost) a obsahuje zejména vodík, helium a molekuly bohaté na vodík (např. čpavek, metan atd.), ale také velké množství dalších sloučenin jako například etan, acetylén aj. Najdeme tam látky i v kapalném a dokonce i pevném skupenství. V atmosféře byly detekovány také elektrické výboje - blesky, místa interakce molekul atmosféry s energetickými elektricky nabitými částicemi z magnetosféry.

V systému zonálního proudění se atmosférické útvary pohybují přibližně stejnou rychlostí bez ohledu na svou velikost. Tento typ proudění se uplatňuje nejen v rovníkových oblastech, ale i ve vysokých planetografických šířkách. Atmosféra je rozdělena do jednotlivých systémů - pásů. Některé jsou světlé - vyšší a chladnější oblasti atmosféry - a jiné tmavší. Tmavší místa jsou jakési díry mezi oblaky, kterými vidíme do nižších vrstev atmosféry. Rychlosti zonálních proudů jsou řádově desítky až stovky metrů za sekundu. Kromě pásu jsou v atmosféře Jupitera dominantními útvary nejrůznější ovály - rozsáhlé anticyklony, které jsou poněkud vyvýšené nad okolní vrstvy atmosféry. Jejich životnost kolísá od několika dnů přes několik měsíců a výjimečně až po staletí. Největší anticyklona - Velká rudá skvrna - je spolehlivě pozorována od roku 1878. Měření naznačují, že se tento výjimečný útvar dlouhodobě zmenšuje. 

Prstence

Jupiterův prstenec je ze Země prakticky nepozorovatelný a objevila jej až sonda Voyager 1. Dnes mohou Jupiterovy prstence pozorovat velké dalekohledy v infračerveném oboru spektra. Prstenec je tvořen velmi jemnými prachovými částicemi. Materiál je do oblasti prstenců zřejmě doplňován z povrchů malých měsíců kroužících v prstenci nebo jeho blízkosti. Údery mikrometeoritů na povrch měsíců vyrážejí stále nové a nové prachové částice, které se po čase dostávají do prstence.

Magnetosféra

Stejně jako u Země se kolem Jupitera nachází neviditelná bariéra v podobě magnetosféry, tedy magnetického pole. Pro jeho generování je v případě Jupitera klíčová již zmíněná vrstva kovového vodíku. Magnetosféra je opravdu grandiózní, její celkový průměr je větší než průměr Slunce. A pokud ji porovnáme s velikostí pozemské magnetosféry, tak ta Jupiterova má více než 1 200krát větší rozměry a z hlediska intenzity magnetického pole je dokonce 20 000krát silnější.

Uvnitř této neviditelné „bubliny“ magnetosféry obíhají také velké Jupiterovy měsíce. Tento fakt vede k celé řadě zajímavých jevů a efektů. Byly nalezeny oblasti s vysokou hustotou nabitých částic, radiační pásy, mezi planetou a měsícem Io dochází k propojení složitými proudovými systémy. Velikost elektrických proudů činí i milióny ampérů. V polárních oblastech Jupitera můžeme pozorovat i mohutné polární záře, vznikající stejně jako u Země.

Soustava satelitů

V gravitačním poli Jupitera se pohybuje na různých oběžných drahách více jak 80 dnes známých měsíců této obří planety. Většina z nich jsou relativně malá tělesa, ale minimálně čtyři z nich jsou svou velikostí, charakterem a dalšími vlastnostmi velmi zajímavá tělesa.

Zaměříme se jen na čtyři největší měsíce – Galileovy měsíce. Dá se říci, že se jedná o jakýsi zmenšený model Sluneční soustavy.

První z nich Io je vulkanicky nejaktivnějším tělesem Sluneční soustavy. Jeho povrch je pokryt sírou a jejími sloučeninami v různých barevných formách. Zdrojem potřebné energie pro takto aktivní vulkanickou činnost je slapový ohřev. Měsíc Io se pohybuje kolem Jupitera po mírně eliptické dráze a obří slapové síly od planety Jupiter způsobují mohutné „přílivy“ na jeho pevném povrchu (amplitudy změny výšky mohou dosahovat až jednoho sta metrů). Ale především způsobují pohyb vnitřních částí měsíce, díky kterému dochází k obrovskému tření nitra měsíce a ten díky tomu produkuje dostatek tepla pro svou mohutnou vulkanickou činnost. Sopky měsíce Io produkují silikátové magma s vysokým podílem síry a sloučenin síry. Kolem měsíce Io se v magnetosféře vytváří jakýsi toroidální oblak iontů vyvržených při vulkanické činnosti z povrchu měsíce.

Další z velkých měsíců Jupitera představuje zcela jiný svět. Povrch Europy tvoří převážně vodní led a dnes jsme si skoro jisti, že pod ledovou kůrou se nachází oceán slané vody a možná také vrstva rozbředlého ledu. Pokud budeme měřit v absolutních měřítkách, tak Europa má dvakrát více vody než naše Země, která je výrazně větší. Oceán pod ledovou kůrou samozřejmě vybízí k úvahám o možnosti existence nějaké formy života, která nepotřebuje ke své existenci energii ze Slunce, jako například společenství živočichů kolem tzv. černých kuřáků, hlubinných vývěrů horké vody bohaté na minerální látky, jak je známe z hlubin pozemských oceánů. Tento měsíc fascinuje astrobiology, protože má potenciál mít „obyvatelnou zónu“. Formy života byly nalezeny prosperující v blízkosti podzemních sopek na Zemi a v dalších extrémních lokalitách, které mohou být analogy k tomu, co může existovat na Europě.

Ganymed je největší měsíc ve Sluneční soustavě (větší než planeta Merkur) a je jediným měsícem, o kterém je známo, že má své vlastní vnitřně generované magnetické pole. Jedná se o diferencované těleso ze silikátů a ledu o průměrné hustotě 1,936 g/cm3. Ledová kůra má mocnost několika set kilometrů. Poměr ledu a silikátů je přibližně 1:1. Povrch je charakterizován dvěma základními typy: (1) tmavý a hustěji pokrytý impaktními krátery a vyvrženinami z nich a (2) světlejší povrch také obsahuje značné množství impaktních kráterů, ale je výrazně postižen zlomovou tektonikou (rozlámáním a posuny ker). Najdou se i stopy ledového vulkanismu - výrony podél puklin. Je silné podezření, že pod jeho ledovým povrchem je také vrstva tekuté slané vody, případně měkkého ledu.

Posledním ze čtveřice velkých měsíců je Callisto. Jeho starý povrch je ve velkém množství pokrytý krátery a jen v minimálním rozsahu porušen zlomovou tektonikou. Podle dosavadních znalostí se jedná o ledové diferencované těleso s průměrnou hustotou menší než u Ganymeda, což naznačuje zvýšený podíl ledu na stavbě měsíce. Velmi známým útvarem je velký impaktní bazén s koncentrickými vrcholky – Valhalla. Jeho vznik způsobil dopad většího tělesa v dávné historii existence tohoto tělesa. I u tohoto měsíce existují náznaky existence podpovrchového oceánu v hloubce kolem 150 km.

Výzkum planety pomocí sond

Před érou kosmického výzkumu pomocí automatických meziplanetárních sond jsme se museli spolehnout jen na pozorování Jupitera z povrchu Země a případná rádiová pozorování jevů v jeho mohutné magnetosféře. Nástup kosmické éry a realizace odvážných projektů zásadním způsobem kvalitativně i kvantitativně rozšířil naše poznatky o této největší planetě, jejích měsících, magnetosféře… Byl objeven Jupiterův prstenec, intenzivní vulkanická činnost na měsíci Io, překvapivá dynamika atmosféry…
První k Jupiteru startovala sonda Pioneer 10.  Při svém startu 2. 3. 1972 měla na palubě 11 vědeckých přístrojů o celkové hmotnosti 30 kilogramů. U Jupitera pořídila na 300 barevných snímků, registrovala velké množství vysokoenergetických částic a iontů.

O rok později, 5. 4. 1973 startovala k Jupiteru druhá sonda Pioneer 11. Přinesla překvapivé poznatky o přítomnosti atmosféry kolem měsíce Io, snímkovala jednotlivé měsíce, objevila vliv blízkých měsíců na strukturu magnetosféry atd. Po průletu kolem Jupiteru pokračovala ve svém letu k Saturnu.

Obě sondy Pioneer byly předzvěstí velmi sofistikované mise dvojice meziplanetárních sond Voyager. Sonda Voyager 1 startovala 5. 9. 1977 a od instalovaných 10 vědeckých přístrojů se očekávalo mnoho. Tak trochu náhodou došlo k objevu prstence Jupitera, který je tvořen velmi jemným materiálem, sonda zkoumala radiační pásy, rozložení nabitých částic v okolí planety, pořizovala snímky měsíců i samotné planety, prováděla infračervenou spektroskopii, radiometrii a několik experimentů bylo věnováno i planetární radioastronomií. Sonda Voyager 2 startovala 20. 8. 1977 a v červenci 1979 již prováděla měření u Jupitera. Šlo o podobný výzkum jako u Voyageru 1. 

Po Voyagerech přišla pauza, která byla ukončena vypuštěním sondy Galileo. Hmotnost sondy byla úctyhodná: 5,5 metrů dlouhá sonda o hmotnosti 2,5 tun přišla americké daňové poplatníky na 1,5 miliardy dolarů. Na své palubě nesla i malou atmosférickou sondu, která měla poprvé v dějinách astronomie a kosmonautiky sestoupit do atmosféry obří planety a přímo v ní provést měření. Atmosférická sonda měla hmotnost 338 kilogramů. I tato část projektu se podařila.

Dnes zkoumá Jupitera i systém jeho měsíců americká meziplanetární sonda JUNO. Startovala 5. 8. 2011 a k planetě doletěla 5. 7. 2016. Sonda stále a velmi úspěšně na oběžné dráze kolem Jupitera pracuje. Její vědecká a výzkumná činnost je zaměřena na pochopení dynamických a strukturálních vlastností samotné planety (jaká je struktura nitra planety, jak planeta „funguje“, apod.), na měření složení a dynamiky atmosféry a v neposlední řadě také průzkum magnetosféry, zejména jejích polárních oblastí.