Юпитер

В инфракрасной области спектра лежат линии молекул H₂ и He, а также линии множества других элементов^[11]. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных — о её внутренней эволюции. Однако молекулы водорода и гелия не имеют дипольного момента, а значит, абсорбционные линии этих элементов незаметны до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. С другой стороны, эти линии образуются в самых верхних слоях атмосферы и не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере получены со спускаемого аппарата «Галилео»^[11].

При анализе и интерпретации остальных элементов также возникают трудности. На данный момент нельзя с полной уверенностью сказать, какие процессы происходят в атмосфере Юпитера и насколько сильно они влияют на химический состав — как во внутренних, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально изменить распределения вещества^[12].

Юпитер также излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца^[13][14][15]. За счёт процессов, приводящих к выработке этой энергии, Юпитер уменьшается приблизительно на 2 см в год^[16]. По мнению П. Боденхеймера, когда планета только сформировалась, она была в 2 раза больше и её температура была значительно выше, чем в настоящее время^[17].

Излучение Юпитера в гамма-диапазоне связано с полярным сиянием, а также с излучением диска^[18]. Впервые зарегистрировано в 1979 году космической лабораторией имени Эйнштейна^[19].

На Земле области полярных сияний в рентгене и ультрафиолете практически совпадают, однако на Юпитере это не так. Область рентгеновских полярных сияний расположена гораздо ближе к полюсу, чем ультрафиолетовых. Ранние наблюдения выявили пульсацию излучения с периодом в 40 минут, однако в более поздних наблюдениях эта зависимость проявляется гораздо хуже. Ожидалось, что рентгеновский спектр авроральных сияний на Юпитере схож с рентгеновским спектром комет, однако, как показали наблюдения на рентгеновской орбитальной обсерватории «Чандра», это не так. Спектр состоит из эмиссионных линий с пиками у кислородных линий вблизи 650 эВ, у OVIII линий при 653 эВ и 774 эВ, а также у OVII на 561 эВ и 666 эВ. Существуют также линии излучения при более низких энергиях в спектральной области от 250 до 350 эВ, возможно, они принадлежат сере или углероду^[20].

Гамма-излучение, не связанное с полярным сиянием, впервые было обнаружено при наблюдениях на ROSAT в 1997 году. Спектр схож со спектром полярных сияний, однако в районе 0,7-0,8 кэВ^[18]. Особенности спектра хорошо описываются моделью корональной плазмы с температурой 0,4-0,5 кэВ с солнечной металличностью, с добавлением эмиссионных линий Mg¹⁰⁺ и Si¹²⁺. Существование последних, возможно, связано с солнечной активностью в октябре-ноябре 2003 года^[18].

Юпитер — самый мощный (после Солнца) радиоисточник Солнечной системы в дециметровом — метровом диапазонах длин волн. Радиоизлучение имеет спорадический характер и в максимуме всплеска достигает 10⁶ Янских^[21].

Всплески происходят в диапазоне частот от 5 до 43 МГц (чаще всего около 18 МГц), в среднем их ширина составляет примерно 1 МГц. Длительность всплеска невелика: от 0,1-1 с (иногда до 15 с). Излучение сильно поляризовано, особенно по кругу, степень поляризации достигает 100 %. Наблюдается модуляция излучения близким спутником Юпитера Ио, вращающимся внутри магнитосферы: вероятность появления всплеска больше, когда Ио находится вблизи элонгации по отношению к Юпитеру. Монохроматический характер излучения говорит о выделенной частоте, скорее всего гирочастоте. Высокая яркостная температура (иногда достигает 10¹⁵ K) требует привлечения коллективных эффектов (типа мазеров)^[21].

Радиоизлучение Юпитера в миллиметровом — короткосантиметровом диапазонах имеет чисто тепловой характер, хотя яркостная температура несколько выше равновесной, что предполагает поток тепла из недр. Начиная с волн ~9 см T_b (яркостная температура) возрастает — появляется нетепловая составляющая, связанная с синхротронным излучением релятивистских частиц со средней энергией ~30 МэВ в магнитном поле Юпитера; на волне 70 см T_b достигает значения ~5⋅10⁴ K. Источник излучения расположен по обе стороны планеты в виде двух протяжённых лопастей, что указывает на магнитосферное происхождение излучения^[21][22].

Из наблюдений движения естественных спутников, а также из анализа траекторий космических аппаратов можно восстановить гравитационное поле Юпитера. Оно заметно отличается от сферически-симметричного из-за быстрого вращения планеты. Обычно гравитационный потенциал представляется в виде разложения по полиномам Лежандра^[12]:

${\displaystyle V_{\text{ext}}(r,\theta )=-{\frac {GM}{r}}\left(1-\sum _{i=1}^{\infty }\left({\frac {R_{\text{eq}}}{r}}\right)^{i}J_{i}P_{i}(\cos \theta )\right),}$

где ${\displaystyle G}$ — гравитационная постоянная, ${\displaystyle M}$ — масса планеты, ${\displaystyle r}$ — расстояние до центра планеты, ${\displaystyle R_{\mathrm {eq} }}$ — экваториальный радиус, ${\displaystyle \theta }$ — полярный угол, ${\displaystyle P_{i}}$ — полином Лежандра ${\displaystyle i}$-го порядка, ${\displaystyle J_{i}}$ — коэффициенты разложения.

При пролёте космических аппаратов Пионер-10, Пионер-11, Вояджер-1, Вояджер-2, Галилео и Кассини для вычисления гравитационного потенциала использовались: измерение эффекта Доплера аппаратов (для отслеживания их скорости), изображение, передаваемое аппаратами для определения их местоположения относительно Юпитера и его спутников, радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами^[23]. Для Вояджера-1 и Пионера-11 пришлось учитывать и гравитационное влияние Большого красного пятна^[24]. Кроме того, при обработке данных приходится постулировать верность теории о движении Галилеевых спутников вокруг центра Юпитера. Для точных вычислений большой проблемой является также учёт ускорения, имеющего негравитационный характер^[24].

По характеру гравитационного поля также можно судить о внутреннем строении планеты^[25].

Масса Юпитера в 2,47 раза превосходит массу остальных планет Солнечной системы^{[к 1]}

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км^[26], что в 11,2 раза превышает радиус Земли^[1] .

Юпитер — единственная планета, у которой центр масс с Солнцем находится вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса^[27].

Масса Юпитера в 2,47 раза превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых^[28][29], в 317,8 раз — массу Земли^[1] и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца^[26]. Плотность (1326 кг/м³) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м³)^[1]. При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 100 кг^[30], будет весить столько же, сколько весит тело массой 240 кг^[2] на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с² на Юпитере против 9,81 м/с² для Земли^[1].

По данным планетологов, на Юпитере могут идти алмазные дожди. Разряды молний в верхних слоях атмосферы планеты превращают метан в сажу, которая при падении под воздействием температуры и давления преобразуется сначала в графит, потом — в алмаз. Попав в зону, где температура достигает 8 000 °C, алмаз тает и образует капли^[31].

Большинство из известных на настоящее время экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (M_J) и радиус (R_J) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров^[32].

Теоретические модели показывают, что если бы масса Юпитера была намного больше его реальной массы, то это привело бы к сжатию планеты. Небольшие изменения массы не повлекли бы за собой сколько-нибудь значительных изменений радиуса. Однако если бы масса Юпитера превышала его реальную массу в четыре раза, то плотность планеты возросла бы до такой степени, что под действием возросшей гравитации размеры планеты сильно бы уменьшились. Таким образом, по всей видимости, Юпитер имеет максимальный диаметр, который может иметь планета с подобными строением и историей. С дальнейшим увеличением массы сжатие планеты продолжалось бы до тех пор, пока в процессе формирования звезды Юпитер не стал бы коричневым карликом с массой, превосходящей его нынешнюю примерно в 50 раз^[33][34]. Это даёт астрономам основания считать Юпитер «неудавшейся звездой», хотя неясно, схожи ли процессы формирования таких планет, как Юпитер, с теми, что приводят к формированию двойных звёздных систем. Хотя, для того чтобы стать звездой, Юпитеру потребовалось бы быть в 75 раз массивнее, самый маленький из известных красных карликов всего лишь на 30 % больше в диаметре^[35][36].

При наблюдениях с Земли во время противостояния Юпитер может достигать видимой звёздной величины в −2,94^m, это делает его третьим по яркости объектом на ночном небе после Луны и Венеры. При наибольшем удалении видимая величина падает до −1,61^m. Расстояние между Юпитером и Землёй меняется в пределах от 588 до 967 млн км^[37].

Противостояния Юпитера происходят с периодом раз в 13 месяцев. Раз в 12 лет происходят великие противостояния Юпитера, когда планета находится около перигелия своей орбиты. В этот период времени его угловой размер для наблюдателя с Земли достигает 50 угловых секунд, а блеск — ярче −2,9^m[38].

Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет 778,57 млн км (5,2 а. е.), а период обращения составляет 11,86 года^[26][39]. Поскольку эксцентриситет орбиты Юпитера 0,0488, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 76 млн километров.

Основной вклад в возмущения движения Юпитера вносит Сатурн. Первого рода возмущение — вековое, действующее в масштабе ~70 тысяч лет^[40], меняет эксцентриситет орбиты Юпитера от 0,02 до 0,06, а наклон орбиты от ~1° — 2°. Возмущение второго рода — резонансное с соотношением, близким к 2:5 (с точностью до 5 знаков после запятой — 2:4,96666^[41][42]).

Экваториальная плоскость планеты близка к плоскости её орбиты (наклон оси вращения составляет 3,13° против 23,45° для Земли^[1]), поэтому на Юпитере не бывает смены времён года^[43][44].

Юпитер вращается вокруг своей оси быстрее, чем любая другая планета Солнечной системы^[45]. Период вращения у экватора — 9 ч 50 мин 30 с, а на средних широтах — 9 ч 55 мин 40 с^[10]. Из-за быстрого вращения экваториальный радиус Юпитера (71492 км) больше полярного (66854 км) на 6,49 %; таким образом, сжатие планеты составляет (1:51,4)^[1].

В настоящее время наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным: низкая концентрация воды в атмосфере, отсутствие твёрдой поверхности и так далее. Однако ещё в 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака^[46]. Даже на небольшой глубине в юпитерианской атмосфере температура и плотность достаточно высоки^[2], и возможность, по крайней мере, химической эволюции исключать нельзя, поскольку скорость и вероятность протекания химических реакций благоприятствуют этому. Однако возможно существование на Юпитере и водно-углеводородной жизни: в слое атмосферы, содержащем облака из водяного пара, температура и давление также весьма благоприятны. К. Саган совместно с Э. Э. Солпитером, проделав вычисления в рамках законов химии и физики, описали три воображаемые формы жизни, способные существовать в атмосфере Юпитера^[47]:

• Синкеры (англ. sinker — «грузило») — крошечные организмы, размножение которых происходит очень быстро и которые дают большое количество потомков. Это позволяет выжить части из них при наличии опасных конвекторных потоков, способных унести синкеров в горячие нижние слои атмосферы;
• Флоатеры (англ. floater — «поплавок») — гигантские (величиной с земной город) организмы, подобные воздушным шарам. Флоатер откачивает из воздушного мешка гелий и оставляет водород, что позволяет ему держаться в верхних слоях атмосферы. Он может питаться органическими молекулами или вырабатывать их самостоятельно, подобно земным растениям;
• Хантеры (англ. hunter — «охотник») — хищные организмы, охотники на флоатеров.

Химический состав внутренних слоёв Юпитера невозможно определить современными методами наблюдений, однако распределение химических элементов во внешних слоях атмосферы известно с относительно высокой точностью, поскольку они непосредственно исследовались спускаемым аппаратом «Галилео» с 7 декабря 1995 года^[49]. Два основных компонента атмосферы Юпитера — молекулярный водород и гелий^[48]. Атмосфера содержит также немало простых соединений, например, воду (H₂O), метан (CH₄), сероводород (H₂S), аммиак (NH₃) и фосфин (PH₃)^[48]. Их количество в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере подразумевает, что атмосфера Юпитера богата углеродом, азотом, серой и, возможно, кислородом по фактору 2-4 относительно Солнца^[48].

Другие химические соединения, арсин (AsH₃) и герман (GeH₄), присутствуют, но в незначительных количествах.

Концентрация инертных газов, аргона, криптона и ксенона, превышает их количество на Солнце (см. таблицу), а концентрация неона явно меньше. Присутствует незначительное количество простых углеводородов: этана, ацетилена и диацетилена, — которые формируются под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и заряженных частиц, прибывающих из магнитосферы Юпитера. Диоксид углерода, моноксид углерода и вода в верхней части атмосферы, как полагают, своим присутствием обязаны столкновениям с атмосферой Юпитера комет, таких, например, как комета Шумейкеров-Леви 9. Вода не может прибывать из тропосферы, потому что тропопауза, действующая как холодная ловушка, эффективно препятствует поднятию воды до уровня стратосферы^[48].

Красноватые вариации цвета Юпитера могут объясняться наличием соединений фосфора (красный фосфор^[50]), серы, углерода и, возможно, органики, возникающей благодаря электрическим разрядам в атмосфере^[50][48]. В эксперименте, (довольно тривиально) симулирующем нижние слои атмосферы, проведённом Карлом Саганом, в среде коричневатых толинов был обнаружен 4-кольцовый хризен, a преобладающими для данной смеси являются полициклические ароматические углеводороды с 4 и более бензольными кольцами, реже с меньшим количеством колец^[51]. Поскольку цвет может сильно варьироваться, предполагается, что химический состав атмосферы также может быть различен в разных местах. Например, имеются «сухие» и «мокрые» области с разной концентрацией водяного пара.

На данный момент наибольшее признание получила следующая модель внутреннего строения Юпитера:

1. Атмосфера. Ее делят на три слоя:
   1. внешний слой, состоящий из водорода;
   2. средний слой, состоящий из водорода (90 %) и гелия (10 %);
   3. нижний слой, состоящий из водорода, гелия и примесей аммиака, гидросульфида аммония и воды, образующих три слоя облаков:
      1. вверху — облака из оледеневшего аммиака (NH₃). Его температура составляет около —145° C, давление — около 1 атм;
      2. ниже — облака кристаллов гидросульфида аммония (NH₄HS);
      3. в самом низу — водяной лёд и,возможно, жидкая вода. Давление в этом слое составляет около 1 атм, температура примерно —130° C (143 K). Ниже этого уровня планета непрозрачна.
2. Слой металлического водорода. Температура этого слоя меняется от 6300 до 21 000 К, а давление от 200 до 4000 ГПа.
3. Каменное ядро.

Построение этой модели основано на синтезе наблюдательных данных, применении законов термодинамики и экстраполяции лабораторных данных о веществе, находящемся под высоким давлением и при высокой температуре. Основные предпосылки, положенные в её основу:

• Юпитер находится в гидродинамическом равновесии;
• Юпитер находится в термодинамическом равновесии;

Если к этим положениям добавить законы сохранения массы и энергии, получится система основных уравнений.

В рамках этой простой трёхслойной модели чёткой границы между основными слоями не существует, однако и области фазовых переходов невелики. Следовательно, можно сделать допущение, что почти все процессы локализованы, и это позволяет каждый слой рассматривать отдельно.

Температура в атмосфере растёт немонотонно. В ней, как и на Земле, можно выделить экзосферу, термосферу, стратосферу, тропопаузу, тропосферу^[53]. В самых верхних слоях температура велика; по мере продвижения вглубь давление растёт, а температура падает до тропопаузы; начиная с тропопаузы и температура, и давление растут по мере продвижения вглубь. В отличие от Земли, на Юпитере нет мезосферы и соответствующей ей мезопаузы^[53].

В термосфере Юпитера происходит довольно много интересных процессов: именно здесь планета теряет излучением значительную часть своего тепла, именно здесь формируются полярные сияния, именно тут формируется ионосфера. За её верхнюю границу взят уровень давления в 1 нбар. Наблюдаемая температура термосферы 800—1000 К, и на данный момент этот фактический материал до сих пор не получил объяснения в рамках современных моделей, так как в них температура не должна быть выше примерно 400 К^[54]. Охлаждение Юпитера — тоже нетривиальный процесс: трёхатомный ион водорода (H₃⁺), кроме Юпитера, найденный только на Земле, вызывает сильную эмиссию в средней инфракрасной части спектра на длинах волн между 3 и 5 мкм^[54][55].

Согласно непосредственным измерениям спускаемого аппарата, верхний уровень непрозрачных облаков характеризовался давлением в 1 атмосферу и температурой −107 °C; на глубине 146 км — 22 атмосферы, +153 °C^[56].

Под облаками находится слой глубиной 7-25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет своё состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000 °C). Чёткой границы, отделяющей газообразный водород от жидкого, по-видимому, не существует^[57][58]. Это может выглядеть примерно как непрерывное кипение глобального водородного океана^[26].

Металлический водород возникает при больших давлениях (около миллиона атмосфер) и высоких температурах, когда кинетическая энергия электронов превышает потенциал ионизации водорода. В итоге протоны и электроны в нём существуют раздельно, поэтому металлический водород является хорошим проводником электричества^[59][60]. Предполагаемая толщина слоя металлического водорода — 42-46 тыс. км^[59].

Мощные электротоки, возникающие в этом слое, порождают гигантское магнитное поле Юпитера^[13][26]. В 2008 году Реймондом Джинлозом из Калифорнийского университета в Беркли и Ларсом Стиксрудом из Лондонского университетского колледжа была создана модель строения Юпитера и Сатурна, согласно которой в их недрах находится также металлический гелий, образующий своеобразный сплав с металлическим водородом^{[61][62][63][64][65]}.

С помощью измеренных моментов инерции планеты можно оценить размер и массу её ядра. На данный момент считается, что масса ядра — 10 масс Земли, а размер — 1,5 её диаметра^[14][43][66].

Юпитер выделяет существенно больше энергии, чем получает от Солнца. Исследователи предполагают, что Юпитер обладает значительным запасом тепловой энергии, образовавшимся в процессе сжатия материи при формировании планеты^[59]. Прежние модели внутреннего строения Юпитера, стараясь объяснить избыточную энергию, выделяемую планетой, допускали возможность радиоактивного распада в её недрах или освобождение энергии при сжатии планеты под действием сил тяготения^[59].

Локализовать все процессы внутри независимых слоёв невозможно: необходимо объяснять недостаток химических элементов в атмосфере, избыточное излучение и т.д.

Различие в содержании гелия во внешних и во внутренних слоях объясняют тем, что гелий конденсируется в атмосфере и в виде капель попадает в более глубокие области. Данное явление напоминает земной дождь, но только не из воды, а из гелия. В новом тысячелетии было показано, что в этих каплях может растворяться неон. Тем самым объясняется и недостаток неона^[67].

Скорость ветров на Юпитере может превышать 600 км/ч. В отличие от Земли, где циркуляция атмосферы происходит за счёт разницы солнечного нагрева в экваториальных и полярных областях, на Юпитере воздействие солнечной радиации на температурную циркуляцию незначительно; главными движущими силами являются потоки тепла, идущие из центра планеты, и энергия, выделяемая при быстром движении Юпитера вокруг своей оси^[68].

Ещё по наземным наблюдениям астрономы разделили пояса и зоны в атмосфере Юпитера на экваториальные, тропические, умеренные и полярные. Поднимающиеся из глубин атмосферы нагретые массы газов в зонах под действием значительных на Юпитере кориолисовых сил вытягиваются вдоль параллелей планеты, причём противоположные края зон движутся навстречу друг другу. На границах зон и поясов (области нисходящих потоков) существует сильная турбулентность^[68]. Севернее экватора потоки в зонах, направленные к северу, отклоняются кориолисовыми силами к востоку, а направленные к югу — к западу. В южном полушарии — соответственно, наоборот^[68]. Схожей структурой на Земле обладают пассаты.

Характерной особенностью внешнего облика Юпитера являются его полосы. Существует ряд версий, объясняющих их происхождение. Так, по одной из версий, полосы возникали в результате явления конвекции в атмосфере планеты-гиганта — за счёт подогрева и, как следствие, поднятия одних слоёв и охлаждения и опускания вниз других. Весной 2010 года^[69] учёными была выдвинута гипотеза, согласно которой полосы на Юпитере возникли в результате воздействия его спутников^[69][70]. Предполагается, что под влиянием притяжения спутников на Юпитере сформировались своеобразные «столбы» вещества, которые, вращаясь, и сформировали полосы^[69][70].

Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и тёмных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне (примерно на 20 км), а их светлая окраска объясняется, видимо, повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже тёмные облака поясов состоят, предположительно, из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Период обращения колеблется на несколько минут в зависимости от широты^[14]. Это приводит к существованию устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих параллельно экватору в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе достигают от 50 до 150 м/с и выше^[68]. На границах поясов и зон наблюдается сильная турбулентность, которая приводит к образованию многочисленных вихревых структур^[68][71]. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет^[72].

Возникнув, вихрь поднимает на поверхность облаков нагретые массы газа с пара́ми малых компонентов. Образующиеся кристаллы аммиачного снега, растворов и соединений аммиака в виде снега и капель, обычного водяного снега и льда постепенно опускаются в атмосфере, пока не достигают уровней, на которых температура достаточна высока, и испаряются. После чего вещество в газообразном состоянии снова возвращается в облачный слой^[68].

Летом 2007 года телескоп «Хаббл» зафиксировал резкие изменения в атмосфере Юпитера. Отдельные зоны в атмосфере к северу и югу от экватора превратились в пояса, а пояса — в зоны. При этом изменились не только формы атмосферных образований, но и их цвет^[73].

9 мая 2010 года астроном-любитель Энтони Уэсли обнаружил, что с лика планеты внезапно исчезло одно из самых заметных и самых стабильных во времени образований — Южный экваториальный пояс. Именно на широте Южного экваториального пояса расположено «омываемое» им Большое красное пятно. Причиной внезапного исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера считается появление над ним слоя более светлых облаков, под которыми и скрывается полоса тёмных облаков^[74]. По данным исследований, проведённых телескопом «Хаббл», был сделан вывод о том, что пояс не исчез полностью, а просто оказался скрыт под слоем облаков, состоящих из аммиака^[75].

Расположение полос, их ширины, скорости вращения, турбулентность и яркость периодически изменяются^[76][77][78]. В каждой полосе развивается свой цикл с периодом порядка 3-6 лет. Наблюдаются и глобальные колебания с периодом 11-13 лет. Численный эксперимент^[79] даёт основание считать эту переменность подобной явлению цикла индекса, наблюдаемому на Земле^[80].

Большое красное пятно — овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. Было открыто Робертом Гуком в 1664 году^[28]. В настоящее время оно имеет размеры 15×30 тыс. км (диаметр Земли ~12,7 тыс. км), а 100 лет назад наблюдатели отмечали в 2 раза бо́льшие размеры. Иногда оно бывает не очень чётко видимым. Большое красное пятно — это уникальный долгоживущий гигантский ураган^[68].

Благодаря исследованиям, проведённым в конце 2000 года зондом «Кассини», было выяснено, что Большое красное пятно связано с нисходящими потоками (вертикальная циркуляция атмосферных масс); облака здесь выше, а температура ниже, чем в остальных областях. Цвет облаков зависит от высоты: синие структуры — самые верхние, под ними лежат коричневые, затем белые. Красные структуры — самые низкие^[14]. Скорость вращения Большого красного пятна составляет 360 км/ч^[2]. Его средняя температура составляет −163 °C, причём между окраинными и центральными частями пятна наблюдается различие в температуре порядка 3-4 градусов^[81][82]. Это различие, как предполагается, ответственно за тот факт, что атмосферные газы в центре пятна вращаются по часовой стрелке, в то время как на окраинах — против^[81][82]. Также выдвинуто предположение о взаимосвязи температуры, давления, движения и цвета Красного пятна, хотя как именно она осуществляется, учёные пока затрудняются сказать^[82].

Время от времени на Юпитере наблюдаются столкновения больших циклонических систем. Одно из них произошло в 1975 году, в результате чего красный цвет Пятна поблёк на несколько лет. В 2002 году ещё один гигантский вихрь — Белый овал — начал тормозиться Большим красным пятном, и столкновение продолжалось целый месяц^[83].

Красный цвет Большого красного пятна представляет собой загадку. Одной из возможных причин могут быть химические соединения, содержащие фосфор^[43].

В 1938 году было зафиксировано формирование и развитие трёх больших белых овалов вблизи 30° южной широты. Этот процесс сопровождался одновременным формированием ещё нескольких маленьких белых овалов — вихрей. Это подтверждает, что Большое красное пятно представляет собой самый мощный из юпитерианских вихрей. Исторические записи не обнаруживают подобных долго существующих систем в средних северных широтах планеты. Наблюдались большие тёмные овалы вблизи 15° северной широты, но, видимо, необходимые условия для возникновения вихрей и последующего их превращения в устойчивые системы, подобные Красному пятну, существуют только в Южном полушарии^[83].

Что же касается трёх вышеупомянутых белых вихрей-овалов, то два из них объединились в 1998 году, а в 2000 году возникший новый вихрь слился с оставшимся третьим овалом^[84]. В конце 2005 года вихрь (Овал ВА, англ. Oval BC) начал менять свой цвет, приобретя в конце концов красную окраску, за что получил новое название — Малое красное пятно^[84]. В июле 2006 года Малое красное пятно соприкоснулось со своим старшим «собратом» — Большим красным пятном. Тем не менее, это не оказало какого-либо существенного влияния на оба вихря — столкновение произошло по касательной^[84][85]. Столкновение было предсказано ещё в первой половине 2006 года^[85][86].

В центре вихря давление оказывается более высоким, чем в окружающем районе, а сами ураганы окружены возмущениями с низким давлением. По снимкам, сделанным космическими зондами «Вояджер-1» и «Вояджер-2», было установлено, что в центре таких вихрей наблюдаются колоссальных размеров вспышки молний протяжённостью в тысячи километров^[68]. Мощность молний на три порядка превышает земные^[87].

Ещё одним непонятным явлением можно назвать «горячие тени». Согласно данным радиоизмерений, проведённым в 1960-х годах, в местах, куда на Юпитер падают тени от его спутников, температура заметно повышается, а не понижается, как можно было бы ожидать^[88].

Первый признак любого магнитного поля — радио- и рентгеновское излучение. О строении магнитного поля можно судить с помощью моделей происходящих процессов. Так было установлено, что магнитное поле Юпитера имеет не только дипольную составляющую, но и квадруполь, октуполь и другие гармоники более высоких порядков. Предполагается, что магнитное поле создаётся динамо-машиной, похожей на земную. Но в отличие от Земли, проводником токов на Юпитере служит слой металлического водорода^[89].

Ось магнитного поля наклонена к оси вращения 10,2 ± 0,6°, почти как и на Земле, однако, в отличие от Земли, в настоящее время северный магнитный полюс расположен рядом с северным географическим, а южный магнитный — с южным географическим^[90]. Напряжённость поля на уровне видимой поверхности облаков равна 14 Э у северного полюса и 10,7 Э у южного. Его полярность обратна полярности земного магнитного поля^[14][91].

Форма магнитного поля у Юпитера сильно сплюснута и напоминает диск (в отличие от каплевидной у Земли). Центробежная сила, действующая на вращающуюся плазму, с одной стороны и тепловое давление горячей плазмы с другой растягивают силовые линии, образуя на расстоянии 20 R_J структуру, напоминающую тонкий блин, также известную как магнитодиск. Он имеет тонкую токовую структуру вблизи магнитного экватора^[92].

Вокруг Юпитера, как и вокруг большинства планет Солнечной системы, существует магнитосфера — область, в которой поведение заряженных частиц, плазмы, определяется магнитным полем. Для Юпитера источниками таких частиц являются солнечный ветер и его спутник Ио. Вулканический пепел, выбрасываемый вулканами Ио, ионизируется под действием солнечного ультрафиолета. Так образуются ионы серы и кислорода: S⁺, O⁺, S²⁺ и O²⁺. Эти частицы покидают атмосферу спутника, однако остаются на орбите вокруг него, образуя тор. Этот тор был открыт аппаратом «Вояджер-1», он лежит в плоскости экватора Юпитера и имеет радиус в 1 R_J в поперечном сечении и радиус от центра (в данном случае от центра Юпитера) до образующей поверхности в 5,9 R_J^[93]. Именно он определяет динамику магнитосферы Юпитера.

Набегающий солнечный ветер уравновешивается давлением магнитного поля на расстоянии в 50-100 радиусов планеты, без влияния Ио это расстояние было бы не более 42 R_J. На ночной стороне протягивается за орбиту Сатурна^[57], достигая в длину 650 млн км и более^[2][28][94]. Ускоренные в магнитосфере Юпитера электроны достигают орбиты Земли. Если бы магнитосферу Юпитера можно было видеть с поверхности Земли, то её угловые размеры превышали бы размеры Луны^[91].

Юпитер обладает мощными радиационными поясами^[95]. При сближении с Юпитером «Галилео» получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека. Излучение радиационного пояса Юпитера в радиодиапазоне впервые было обнаружено в 1955 году. Радиоизлучение носит синхротронный характер. Электроны в радиационных поясах обладают огромной энергией, составляющей около 20 МэВ^[96], при этом зондом «Кассини» было обнаружено, что плотность электронов в радиационных поясах Юпитера ниже, чем ожидалось. Поток электронов в радиационных поясах Юпитера может представлять серьёзную опасность для космических аппаратов ввиду большого риска повреждения аппаратуры радиацией^[95]. Вообще, радиоизлучение Юпитера не является строго однородным и постоянным — как по времени, так и по частоте. Средняя частота такого излучения, по данным исследований, составляет порядка 20 МГц, а весь диапазон частот — от 5-10 до 39,5 МГц^[97].

Юпитер окружён ионосферой протяжённостью 3000 км^[98].

Юпитер демонстрирует яркие устойчивые сияния вокруг обоих полюсов. В отличие от таких же на Земле, которые появляются в периоды повышенной солнечной активности, полярные сияния Юпитера являются постоянными, хотя их интенсивность меняется изо дня в день. Они состоят из трёх главных компонентов: основная и наиболее яркая область сравнительно небольшая (менее 1000 км в ширину), расположена примерно в 16° от магнитных полюсов^[99]; горячие пятна - следы магнитных силовых линий, соединяющих ионосферы спутников с ионосферой Юпитера, и области кратковременных выбросов, расположенных внутри основного кольца. Выбросы полярных сияний были обнаружены почти во всех частях электромагнитного спектра от радиоволн до рентгеновских лучей (до 3 кэВ), однако они наиболее ярки в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны 3—4 мкм и 7—14 мкм) и глубокой ультрафиолетовой области спектра (длина волны 80—180 нм).

Положение основных авроральных колец устойчиво, как и их форма. Однако их излучение сильно модулируется давлением солнечного ветра — чем сильнее ветер, тем слабее полярные сияния. Стабильность сияний поддерживается большим притоком электронов, ускоряемых за счёт разности потенциалов между ионосферой и магнитодиском^[100]. Эти электроны порождают ток, который поддерживает синхронность вращения в магнитодиске. Энергия этих электронов 10—100 кэВ; проникая глубоко внутрь атмосферы, они ионизируют и возбуждают молекулярный водород, вызывая ультрафиолетовое излучение. Кроме того, они разогревают ионосферу, чем объясняется сильное инфракрасное излучение полярных сияний и частично нагрев термосферы^[99].

Горячие пятна связаны с тремя Галилеевыми спутниками: Ио, Европа и Ганимед. Они возникают из-за того, что вращающаяся плазма замедляется вблизи спутников. Самые яркие пятна принадлежат Ио, поскольку этот спутник является основным поставщиком плазмы, пятна Европы и Ганимеда гораздо слабее. Яркие пятна внутри основных колец, появляющиеся время от времени, как считается, связаны с взаимодействием магнитосферы и солнечного ветра^[99].

В 2016 году учёные фиксировали самое яркое полярное сияние на Юпитере за всё время наблюдения^[101].

Орбитальным телескопом «Чандра» в декабре 2000 года на полюсах Юпитера (главным образом, на северном полюсе) обнаружен источник пульсирующего рентгеновского излучения, названный Большим рентгеновским пятном. Причины этого излучения пока представляют загадку^[87][102].

Значительный вклад в представления о формировании ииэволюции звёзд вносят наблюдения экзопланет. Так, с их помощью были установлены черты, общие для всех планет, подобных Юпитеру:

• Они образуются ещё до момента рассеяния протопланетного диска.
• Значительную роль в формировании планеты играет аккреция.
• Обогащение тяжёлыми химическими элементами за счёт планетезималей.

Существуют две основные гипотезы, объясняющие процессы возникновения и формирования Юпитера.

Согласно первой гипотезе, получившей название гипотезы «контракции», относительное сходство химического состава Юпитера и Солнца (большая доля водорода и гелия) объясняется тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом^[103]. Правда, эта гипотеза не объясняет всё-таки имеющиеся различия в химическом составе планет: Сатурн, например, содержит больше тяжёлых химических элементов, чем Юпитер, а тот, в свою очередь, больше, чем Солнце^[103].

Вторая гипотеза (гипотеза «аккреции») гласит, что процесс образования Юпитера, а также Сатурна, происходил в два этапа. Сначала в течение нескольких десятков миллионов лет шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Затем начался второй этап, когда на протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа из первичного протопланетного облака на эти тела, достигшие к тому моменту массы в несколько масс Земли^[103].

Ещё на первом этапе из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что повлекло за собой некоторые различия в химическом составе этих планет и Солнца. На втором этапе температура наружных слоёв Юпитера и Сатурна достигала 5000 °C и 2000 °C соответственно^[103]. Уран и Нептун же достигли критической массы, необходимой для начала аккреции, гораздо позже, что повлияло как на их массы, так и на химический состав^[103].

В 2004 году Катариной Лоддерс (Университет Вашингтона в Сент-Луисе) была выдвинута гипотеза о том, что ядро Юпитера состоит в основном из некоего органического вещества, обладающего клеящими способностями, что, в свою очередь, в немалой степени повлияло на захват ядром вещества из окружающей области пространства. Образовавшееся в результате каменное-смоляное ядро силой своего притяжения «захватило» газ из солнечной туманности, сформировав современный Юпитер^[104]. Эта идея вписывается во вторую гипотезу о возникновении Юпитера путём аккреции.

Согласно модели Ниццы Юпитер изначально обращался вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии ≈ 5,5 астрономических единиц. Позднее Юпитер переместился ближе к Солнцу, а орбиты Урана, Нептуна и Сатурна последовательно переместились вовне^{[105][106][107]}. Компьютерное моделирование с участием троянских астероидов Юпитера и астероидов семейства Хильды показало, что Юпитер сформировался в 18 а. е. от Солнца^[108][109].

Известно, что Солнце в результате постепенного исчерпания своего термоядерного топлива увеличивает свою светимость примерно на 11 % каждые 1,1 млрд лет^[110], и в результате этого его околозвёздная обитаемая зона сместится за пределы современной земной орбиты, пока не достигнет системы Юпитера. Увеличение яркости Солнца в этот период разогреет спутники Юпитера, позволив высвободиться на их поверхность жидкой воде^[111], а значит, создаст условия для поддержания жизни. Через 7,59 миллиарда лет Солнце станет красным гигантом^[112]. Модель показывает, что расстояние между Солнцем и газовым гигантом сократится с 765 до 500 млн км. В таких условиях Юпитер перейдёт в новый класс планет, называемый «горячие юпитеры»^[113]. Температура на его поверхности достигнет 1000 К^[114], что вызовет тёмно-красное свечение планеты^[114].

№ [к 2]	Название	Изображение	Абс. звёзд. вел.[115]	Диаметр (км)[116][к 3]	Масса (⋅1016 кг)[117][к 4]	Большая полуось (км)[118]	Период обращения (д) [118][к 5]	Наклон орбиты (°)[118][119]	Эксцентриситет [116]	Год открытия[120]	Открыватель[121][120]	Группа
16 !XVI	Метида		10,5	43 (60 × 40 × 34)	3.6 !≈ 3,6	128 000	0.2948 !+0,2948 (+7год 04хв 29с)	0,060	0,0002	1979	Синнот (Вояджер-1)	Внутренний
15 !XV	Адрастея		12,0	16.4 !16,4 (20 × 16 × 14)	0.20 !≈ 0,20	129 000	0.2983 !+0,2983 (+7год 09хв 30с)	0,030	0,0015	1979	Джуитт (Вояджер-2)	Внутренний
05 !V	Амальтея		7,1	167 !167 (250 × 146 × 128)	208	181 400	0.4999 !+0,4999 (+11год 59хв 53с)	0,374	0,0032	1892	Барнард	Внутренний
14 !XIV	Феба		9,0	98.6 !98,6 (116 × 98 × 84)	43 !≈ 43	221 900	0.6761 !+0,6761 (+16год 13хв 35с)	1,076	0,0175	1979	Синнот (Вояджер-1)	Внутренний
01 !I	Ио		−1,7	3643.2 !3 643,2 (3660 × 3637 × 3631)	8 931 900	421 800	1.7627 !+1,7627	0,050	0,0041	1610	Галилей	Галилеев
02 !II	Европа		−1,4	3121.6 !3 121,6	4 799 800	671 100	3.5255 !+3,5255	0,470	0,0090	1610	Галилей	Галилеев
03 !III	Ганимед		−2,1	5268.2 !5 268,2	14 819 000	1 070 400	7.1556 !+7,1556	0,200	0,0013	1610	Галилей	Галилеев
04 !IV	Каллисто		−1,2	4820.6 !4 820,6	10 759 000	1 882 700	016.690 !+16,690	0,192	0,0074	1610	Галилей	Галилеев
18 !XVIII	Фемисто		13,3	9 !≈ 9	0.038 !≈ 0,038	7 398 500	130.03 !+130,03	43,8	0,340	1975/2000	Коваль и Рёмер/ Шеппард и др.	Фемисто
13 !XIII	Леда		12,7	21,5	0.52 !≈ 0,52	11 146 400	240.93 !+240,93	28,6	0,162	1974	Коваль	Гималия
71 !LXXI	Эрса		16,0	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	11 401 000	249.23 !+249,23	29,1	0,116	2018	Шеппард	Гималия
L !	S/2018 J 2		16,5	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	11 419 700	249.92 !+249,92	28,3	0,152	2018	Шеппард	Гималия
06 !VI	Гималия		8,0	139,6 (150 × 120)	420	11 440 600	250.56 !+250,56	28,1	0,160	1904	Перрайн	Гималия
65 !LXV	Пандия		16,2	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	11 481 000	251.91 !+251,91	29,0	0,179	2017	Шеппард	Гималия
10 !X	Лиситея		11,2	42,2	3.9 !≈ 3,9	11 700 800	259.20 !+259,20	27,2	0,117	1938	Николсон	Гималия
07 !VII	Элара		9,7	79,9	27 !≈ 27	11 712 300	259.64 !+259,64	27,9	0,211	1905	Перрайн	Гималия
I !	S/2011 J 3		16,3	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	11 716 800	259.84 !+259,84	27,6	0,192	2011	Шеппард	Гималия
53 !LIII	Дия		16,1	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	12 260 300	278.21 !+278,21	29,0	0,232	2000	Шеппард и др.	Гималия
N !	S/2018 J 4		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	16 328 500	427.63 !+427,63	50,2	0,177	2018	Шеппард	Карпо
46 !XLVI	Карпо		16,2	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	17 042 300	456.29 !+456,29	53,2	0,416	2003	Шеппард	Карпо
62 !LXII	Валетудо		17,0	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	18 694 200	527.61 !+527,61	34,5	0,217	2016	Шеппард	Валетудо
34 !XXXIV	Эвпорие		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	19 265 800	550.69 !−550,69	145,7	0,148	2001	Шеппард и др.	Ананке
55 !LV	S/2003 J 18		16,4	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 336 300	598.12 !−598,12	145,3	0,090	2003	Глэдман	Ананке
60 !LX	Эвфеме		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 768 600	617.73 !−617,73	148,0	0,241	2003	Шеппард	Ананке
Q !	S/2021 J 3		17,2	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 776 700	618.33 !−618,33	147,9	0,239	2021	Шеппард	Ананке
52 !LII	S/2010 J 2		17,4	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	20 793 000	618.84 !−618,84	148,1	0,248	2010	Вейллет	Ананке
54 !LIV	S/2016 J 1		17,0	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	20 802 600	618.49 !−618,49	144,7	0,232	2016	Шеппард	Ананке
40 !XL	Мнеме		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 821 000	620.07 !−620,07	148,0	0,247	2003	Шеппард и Глэдман	Ананке
33 !XXXIII	Еванте		16,4	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	20 827 000	620.44 !−620,44	148,0	0,239	2001	Шеппард и др.	Ананке
F !	S/2003 J 16		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 882 600	622.88 !−622,88	148,0	0,243	2003	Глэдман	Ананке
22 !XXII	Гарпалике		15,9	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	20 892 100	623.32 !−623,32	147,7	0,232	2000	Шеппард и др.	Ананке
35 !XXXV	Ортозие		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 901 000	622.59 !−622,59	144,3	0,299	2001	Шеппард и др.	Ананке
45 !XLV	Гелике		16,0	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	20 915 700	626.33 !−626,33	154,4	0,153	2003	Шеппард	Ананке
P !	S/2021 J 2		17,3	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	20 926 600	625.14 !−625,14	148,1	0,242	2021	Шеппард	Ананке
27 !XXVII	Праксидике		14,9	7	0.018 !≈ 0,018	20 935 400	625.39 !−625,39	148,3	0,246	2000	Шеппард и др.	Ананке
64 !LXIV	S/2017 J 3		16,5	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 941 000	625.60 !−625,60	147,9	0,231	2017	Шеппард	Ананке
O !	S/2021 J 1		17,3	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	20 954 700	627.14 !−627,14	150,5	0,228	2021	Шеппард	Ананке
E !	S/2003 J 12		17,0	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	20 963 100	627.24 !−627,24	150,0	0,235	2003	Шеппард	Ананке
68 !LXVIII	S/2017 J 7		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 964 800	626.56 !−626,56	147,3	0,233	2017	Шеппард	Ананке
42 !XLII	Тельксиное		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 976 000	628.03 !−628,03	150,6	0,228	2003	Шеппард, Глэдман и др.	Ананке
29 !XXIX	Тионе		15,8	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	20 978 000	627.18 !−627,18	147,5	0,233	2001	Шеппард и др.	Ананке
A !	S/2003 J 2		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	20 997 700	628.79 !-628,79	150,2	0,225	2003	Шеппард	Ананке
12 !XII	Ананке		11,7	29,1	1.3 !≈ 1,3	21 034 500	629.79 !−629,79	147,6	0,237	1951	Николсон	Ананке
W !	S/2022 J 3		17,4	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	21 047 700	630.67 !−630,67	148,2	0,249	2022	Шеппард	Ананке
24 !XXIV	Иокасте		15,5	5 !≈ 5	0.0065 !≈ 0,0065	21 066 700	631.59 !−631,59	148,8	0,227	2000	Шеппард и др.	Ананке
30 !XXX	Гермиппе		15,5	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	21 108 500	633.90 !−633,90	150,2	0,219	2001	Шеппард и др.	Ананке
70 !LXX	S/2017 J 9		16,2	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	21 768 700	666.11 !−666,11	155,5	0,200	2017	Шеппард	Ананке
58 !LVIII	Филофросине		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	22 604 600	702.54 !−702,54	146,3	0,229	2003	Шеппард	Пасифе
J !	S/2016 J 3		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	22 719 300	713.64 !−713,64	164,6	0,251	2016	Шеппард	Карме
U !	S/2022 J 1		17,0	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	22 725 200	738.33 !−738,33	164,5	0,257	2022	Шеппард	Карме
38 !XXXVIII	Пазифее		16,8	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	22 846 700	719.47 !−719,47	164,6	0,270	2001	Шеппард и др.	Карме
69 !LXIX	S/2017 J 8		17,1	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	22 849 500	719.76 !−719,76	164,8	0,255	2017	Шеппард	Карме
T !	S/2021 J 6		17,3	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	22 870 300	720.97 !−720,97	164,9	0,271	2021	Шеппард и др.	Карме
H !	S/2003 J 24		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	22 887 400	721.60 !−721,60	164,5	0,259	2003	Шеппард и др.	Карме
32 !XXXII	Эвридоме		16,2	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	22 899 000	717.31 !−717,31	149,1	0,294	2001	Шеппард и др.	Пасифе
56 !LVI	S/2011 J 2		16,8	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	22 909 200	718.32 !−718,32	151,9	0,355	2011	Шеппард	Пасифе
B !	S/2003 J 4		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	22 926 500	718.10 !−718,10	148,2	0,328	2003	Шеппард	Пасифе
21 !XXI	Халдене		16,0	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	22 930 500	723.71 !−723,71	164,7	0,265	2000	Шеппард и др.	Карме
63 !LXIII	S/2017 J 2		16,4	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	22 953 200	724.71 !−724,71	164,5	0,272	2017	Шеппард	Карме
26 !XXVI	Bсоное		16,0	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	22 981 300	726.27 !−726,27	164,8	0,249	2000	Шеппард и др.	Карме
V !	S/2022 J 2		17,6	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	23 013 800	781.56 !−781,56	164,7	0,265	2022	Шеппард	Карме
R !	S/2021 J 4		17,4	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	23 019 700	728.28 !−728,28	164,6	0,265	2021	Шеппард	Карме
44 !XLIV	Каллихоре		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 021 800	728.26 !−728,26	164,8	0,252	2003	Шеппард	Карме
25 !XXV	Эриноме		16,0	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	23 032 900	728.48 !−728,48	164,4	0,276	2000	Шеппард и др.	Карме
37 !XXXVII	Кале		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 052 600	729.64 !−729,64	164,6	0,262	2001	Шеппард и др.	Карме
57 !LVII	Эйрене		15,8	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	23 055 800	729.84 !−729,84	164,6	0,258	2003	Шеппард	Карме
31 !XXXI	Этне		16,0	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	23 064 400	730.10 !−730,10	164,6	0,277	2001	Шеппард и др.	Карме
47 !XLVII	Эвкеладе		16,0	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	23 067 400	730.30 !−730,30	164,6	0,277	2003	Шеппард	Карме
43 !XLIII	Архе		16,2	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	23 097 800	731.88 !−731,88	164,6	0,261	2002	Шеппард	Карме
20 !XX	Тайгете		15,6	5 !≈ 5	0.0065 !≈ 0,0065	23 108 000	732.45 !−732,45	164,7	0,253	2000	Шеппард и др.	Карме
K !	S/2016 J 4		17,3	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	23 113 800	727.01 !−727,01	147,1	0,294	2016	Шеппард	Пасифе
72 !LXXII	S/2011 J 1		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 124 500	733.21 !−733,21	164,6	0,271	2011	Шеппард	Карме
11 !XI	Карме		10,6	46,7	5.3 !≈ 5,3	23 144 400	734.19 !−734,19	164,6	0,256	1938	Николсон	Карме
50 !L	Герсе		16,5	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 150 500	734.52 !−734,52	164,4	0,262	2003	Глэдман и др.	Карме
61 !LXI	S/2003 J 19		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 156 400	734.78 !−734,78	164,7	0,265	2003	Глэдман	Карме
51 !LI	S/2010 J 1		16,5	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 189 800	736.51 !−736,51	164,5	0,252	2010	Джейкобсон и др.	Карме
C !	S/2003 J 9		16,9	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	23 199 400	736.86 !−736,86	164,8	0,263	2003	Шеппард	Карме
66 !LXVI	S/2017 J 5		16,5	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 206 200	737.28 !−737,28	164,8	0,257	2017	Шеппард	Карме
67 !LXVII	S/2017 J 6		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 245 300	733.99 !−733,99	149,7	0,336	2017	Шеппард	Пасифе
23 !XXIII	Калике		15,4	6,9	0.017000 !≈ 0,017	23 302 600	742.02 !−742,02	164,8	0,260	2000	Шеппард и др.	Карме
39 !XXXIX	Гегемоне		15,9	3 !≈ 3	0.0014 !≈ 0,0014	23 348 700	739.81 !−739,81	152,6	0,358	2003	Шеппард	Пасифе
M !	S/2018 J 3		17,3	1 !≈ 1	0.000052 !≈ 0,000052	23 400 300	747.02 !−747,02	164,9	0,268	2018	Шеппард	Карме
S !	S/2021 J 5		16,8	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 414 600	747.74 !−747,74	164,9	0,272	2021	Шеппард и др.	Карме
08 !VIII	Пасифе		10,1	57,8	10 !≈ 10	23 468 200	743.61 !−743,61	148,4	0,412	1908	Мелотт	Пасифе
36 !XXXVI	Спонде		16,7	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 543 300	748.29 !−748,29	149,3	0,322	2001	Шеппард и др.	Пасифе
D !	S/2003 J 10		16,9	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 576 300	755.43 !−755,43	164,4	0,264	2003	Шеппард	Карме
19 !XIX	Мегаклите		15,0	5 !≈ 5	0.0065 !≈ 0,0065	23 644 600	752.86 !−752,86	149,8	0,421	2000	Шеппард и др.	Пасифе
48 !XLVIII	Киллене		16,3	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 654 700	751.97 !−751,97	146,8	0,419	2003	Шеппард	Пасифе
09 !IX	Синопе		11,1	35	2.2 !≈ 2,2	23 683 900	758.85 !−758,85	157,3	0,264	1914	Николсон	Пасифе
59 !LIX	S/2017 J 1		16,8	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 744 800	756.41 !−756,41	145,8	0,328	2017	Шеппард	Пасифе
41 !XLI	Аойде		15,6	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	23 778 200	761.42 !−761,42	155,7	0,436	2003	Шеппард	Пасифе
28 !XXVIII	Автоное		15,5	4 !≈ 4	0.0034 !≈ 0,0034	23 792 500	761.00 !−761,00	150,8	0,330	2001	Шеппард и др.	Пасифе
17 !XVII	Каллирое		14,0	9,6	0.046 !≈ 0,046	23 795 500	758.87 !−758,87	145,1	0,297	1999	Скотти и др.	Пасифе
G !	S/2003 J 23		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	23 829 300	760.00 !−760,00	144,7	0,313	2003	Шеппард	Пасифе
49 !XLIX	Коре		16,6	2 !≈ 2	0.00042 !≈ 0,00042	24 205 200	776.76 !−776,76	141,5	0,328	2003	Шеппард	Пасифе

Крупные спутники Юпитера: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — и их поверхности

Спутники Юпитера: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто

По данным на сентябрь 2024 года, у Юпитера известно 95 спутников — на 51 меньше, чем у Сатурна. По оценкам, спутников у Юпитера может быть не менее сотни^[60][122]. Спутникам даны в основном имена различных мифических персонажей, так или иначе связанных с Зевсом-Юпитером^[123]. Спутники разделяют на две большие группы — внутренние (8 спутников, галилеевы и негалилеевы внутренние спутники) и внешние (87 спутников, также подразделяются на две группы) — таким образом, всего получается 4 «разновидности»^[124]. Четыре самых крупных спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты ещё в 1610 году Галилео Галилеем^{[14][125][126]}. Открытие спутников Юпитера послужило первым серьёзным фактическим доводом в пользу гелиоцентрической системы Коперника^[124][127].

Ио интересна наличием мощных действующих вулканов; поверхность спутника залита продуктами вулканической активности^[128][129]. На фотографиях, сделанных космическими зондами, видно, что поверхность Ио имеет ярко-жёлтую окраску с пятнами коричневого, красного и тёмно-жёлтого цветов. Эти пятна — продукт извержений вулканов Ио, состоящих преимущественно из серы и её соединений; цвет извержений зависит от их температуры^[129].

Наибольший интерес представляет Европа, обладающая глобальным океаном, в котором не исключено наличие жизни. Специальные исследования показали, что океан простирается вглубь на 90 км, его объём превосходит объём земного Мирового океана^[130]. Поверхность Европы испещрена разломами и трещинами, возникшими в ледяном панцире спутника^[130]. Высказывалось предположение, что источником тепла для Европы служит именно сам океан, а не ядро спутника. Существование подлёдного океана предполагается также на Каллисто и Ганимеде^[83]. Основываясь на предположении о том, что за 1-2 млрд лет кислород мог проникнуть в подлёдный океан, учёные теоретически предполагают наличие жизни на спутнике^[131][132]. Содержание кислорода в океане Европы достаточно для поддержания существования не только одноклеточных форм жизни, но и более крупных^[133]. Этот спутник занимает второе место по возможности возникновения жизни после Энцелада^[134].

Ганимед является самым большим спутником не только Юпитера, но и вообще в Солнечной системе среди всех спутников планет^[60]. Ганимед и Каллисто покрыты многочисленными кратерами, на Каллисто многие из них окружены трещинами^[60].

На Каллисто, как предполагается, также есть океан под поверхностью спутника; на это косвенно указывает магнитное поле Каллисто, которое может быть порождено наличием электрических токов в солёной воде внутри спутника. Также в пользу этой гипотезы свидетельствует тот факт, что магнитное поле у Каллисто меняется в зависимости от его ориентации на магнитное поле Юпитера, то есть существует высокопроводящая жидкость под поверхностью данного спутника^[135][136].

Сравнение размеров Галилеевых спутников с Землёй и Луной. Изображения — ссылки на статьи

Все крупные спутники Юпитера вращаются синхронно и всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной вследствие влияния мощных приливных сил планеты-гиганта. При этом Ганимед, Европа и Ио находятся друг с другом в орбитальном резонансе 4:2:1^[30][60]. К тому же среди спутников Юпитера существует закономерность: чем дальше спутник от планеты, тем меньше его плотность (у Ио — 3,53 г/см³, Европы — 2,99 г/см³, Ганимеда — 1,94 г/см³, Каллисто — 1,83 г/см³)^[137]. Это зависит от количества воды на спутнике: на Ио её практически нет, на Европе — 8 %, на Ганимеде и Каллисто — до половины их массы^[137][138].

Остальные спутники намного меньше и представляют собой ледяные или скалистые тела неправильной формы. Среди них есть обращающиеся в обратную сторону. Из числа малых спутников Юпитера немалый интерес для учёных представляет Амальтея: как предполагается, внутри неё существует система пустот, возникших в результате имевшей место в далёком прошлом катастрофы — из-за метеоритной бомбардировки Амальтея распалась на части, которые затем вновь соединились под действием взаимной гравитации, но так и не стали единым монолитным телом^[139].

Метида и Адрастея — ближайшие спутники к Юпитеру с диаметрами примерно 40 и 20 км соответственно. Они движутся по краю главного кольца Юпитера по орбите радиусом 128 тысяч км, делая оборот вокруг Юпитера за 7 часов и являясь при этом самыми быстрыми спутниками Юпитера^[140].

Общий диаметр всей системы спутников Юпитера составляет 24 млн км^[124]. Более того, предполагается, что в прошлом спутников у Юпитера было ещё больше, но некоторые из них упали на планету под воздействием её мощной гравитации^[125].

Спутники Юпитера, чьи названия заканчиваются на «е» — Карме, Синопе, Ананке, Пасифе и другие (см. группа Ананке, группа Карме, группа Пасифе) — обращаются вокруг планеты в обратном направлении (ретроградное движение) и, по предположениям учёных, образовались не вместе с Юпитером, а были захвачены им позже. Аналогичным свойством обладает спутник Нептуна Тритон^[141].

Некоторые кометы представляют собой временные луны Юпитера. Так, в частности, комета Кусиды — Мурамацу в период с 1949 по 1962 год была спутником Юпитера, совершив за это время вокруг планеты два оборота^{[142][143][144]}. Кроме данного объекта известно ещё, как минимум, о 4 временных лунах планеты-гиганта^[142].

Кольца Юпитера (схема)

У Юпитера имеются слабые кольца, обнаруженные во время прохождения «Вояджера-1» мимо Юпитера в 1979 году^[145]. Наличие колец предполагал ещё в 1960 году советский астроном Сергей Всехсвятский^{[71][146][147]}: на основе исследования дальних точек орбит некоторых комет Всехсвятский заключил, что эти кометы могут происходить из кольца Юпитера, и предположил, что образовалось кольцо в результате вулканической деятельности спутников Юпитера (вулканы на Ио открыты два десятилетия спустя)^[148]:157.

Кольца оптически тонки, оптическая толщина их ~10^-6, а альбедо частиц всего 1,5 %. Однако наблюдать их всё же возможно: при фазовых углах, близких к 180 градусам (взгляд «против света»), яркость колец возрастает примерно в 100 раз, а тёмная ночная сторона Юпитера не оставляет засветки. Всего колец три: одно главное, «паутинное» и гало.

Главное кольцо простирается от 122 500 до 129 230 км от центра Юпитера. Внутри главное кольцо переходит в тороидальное гало, а снаружи контактирует с паутинным. Наблюдаемое прямое рассеяние излучения в оптическом диапазоне характерно для пылевых частиц микронного размера. Однако пыль в окрестности Юпитера подвергается мощным негравитационным возмущениям, из-за этого время жизни пылинок 10^3±1 лет. Это означает, что должен быть источник этих пылинок. На роль подобных источников подходят два малых спутника, лежащих внутри главного кольца — Метида и Адрастея. Сталкиваясь с метеороидами, они порождают рой микрочастиц, которые впоследствии распространяются по орбите вокруг Юпитера. Наблюдения паутинного кольца выявили два отдельных пояса вещества, берущих начало на орбитах Фивы и Амальтеи. Структура этих поясов напоминает строение зодиакальных пылевых комплексов^[42].

Троянские астероиды — группа астероидов, расположенных в районе точек Лагранжа L₄ и L₅ Юпитера. Астероиды находятся с Юпитером в резонансе 1:1 и движутся вместе с ним по орбите вокруг Солнца^[149]. При этом существует традиция называть объекты, расположенные около точки L₄, именами греческих героев, а около L₅ — троянских. Всего на 25 января 2011 года открыто количество объектов в точке L4 = 3029 и количество объектов в точке L5 = 1734^[150].

Существует две теории, объясняющие происхождение троянцев. Первая утверждает, что они возникли на конечном этапе формирования Юпитера (рассматривается аккрецирующий вариант). Вместе с веществом были захвачены планетозимали, на которые тоже шла аккреция, а так как механизм был эффективным, то половина из них оказалась в гравитационной ловушке. Недостатки этой теории: число объектов, возникших таким образом, на четыре порядка больше наблюдаемого, и они имеют гораздо больший наклон орбиты^[149].

Вторая теория — динамическая. Через 300—500 млн лет после формирования солнечной системы Юпитер и Сатурн проходили через резонанс 1:2. Это привело к перестройке орбит: Нептун, Плутон и Сатурн увеличили радиус орбиты, а Юпитер уменьшил. Это повлияло на гравитационную устойчивость пояса Койпера, и часть астероидов, его населявших, переселилась на орбиту Юпитера. Одновременно с этим были разрушены все изначальные троянцы, если таковые были^[151].

Дальнейшая судьба троянцев неизвестна. Ряд слабых резонансов Юпитера и Сатурна заставит их хаотично двигаться, но какова будет эта сила хаотичного движения и будут ли они выброшены со своей нынешней орбиты, трудно сказать. Кроме этого, столкновения между собой медленно, но верно уменьшают количество троянцев. Какие-то фрагменты могут стать спутниками, а какие-то кометами^[152].

В июле 1992 года к Юпитеру приблизилась комета. Она прошла на расстоянии около 15 тысяч километров от верхней границы облаков, и мощное гравитационное воздействие планеты-гиганта разорвало её ядро на 21 большую часть размерами до 2 км в поперечнике. Этот кометный рой был обнаружен на обсерватории Маунт-Паломар супругами Кэролин и Юджином Шумейкерами и астрономом-любителем Дэвидом Леви. В 1994 году, при следующем сближении с Юпитером, все обломки кометы врезались в атмосферу планеты^[2] с огромной скоростью — около 64 километров в секунду. Этот грандиозный космический катаклизм наблюдался как с Земли, так и с помощью космических средств, в частности, с помощью космического телескопа «Хаббл», спутника IUE и межпланетной космической станции «Галилео». Падение ядер сопровождалось вспышками излучения в широком спектральном диапазоне, генерацией газовых выбросов и формированием долгоживущих вихрей, изменением радиационных поясов Юпитера и появлением полярных сияний, ослаблением яркости плазменного тора Ио в крайнем ультрафиолетовом диапазоне^[154].

19 июля 2009 года астроном-любитель Энтони Уэсли обнаружил тёмное пятно в районе Южного полюса Юпитера. В дальнейшем эту находку подтвердили в обсерватории Кек на Гавайях^[155][156]. Анализ полученных данных указал, что наиболее вероятным телом, упавшим в атмосферу Юпитера, был каменный астероид^[157].

3 июня 2010 года в 20:31 по UTC два независимых наблюдателя — Энтони Уэсли и Кристофер Го — засняли вспышку над атмосферой Юпитера, что, скорее всего, является падением нового, ранее неизвестного тела на Юпитер. Через сутки после данного события новые тёмные пятна в атмосфере Юпитера не обнаружены. Сразу были проведены наблюдения на крупнейших инструментах Гавайских островов (Gemini, Keck и IRTF) и запланированы наблюдения на космическом телескопе «Хаббл»^{[158][159][160][161][162][163]}. 16 июня 2010 года НАСА опубликовало пресс-релиз, в котором сообщается, что на снимках, полученных на космическом телескопе «Хаббл» 7 июня 2010 года (через 4 суток после фиксирования вспышки), не обнаружены признаки падения в верхних слоях атмосферы Юпитера^[164].

20 августа 2010 года в 18:21:56 по UTC произошла вспышка над облачным покровом Юпитера, которую обнаружил японский астроном-любитель Масаюки Татикава из префектуры Кумамото на сделанной им видеозаписи. На следующий день после объявления о данном событии нашлось подтверждение от независимого наблюдателя Аоки Кадзуо — любителя астрономии из Токио. Предположительно, это могло быть падение астероида или кометы в атмосферу планеты-гиганта^[165][166].

Астрономом-любителем Герритом Кернбауэром 17 марта 2016 года на 20-сантиметровом телескопе были сделаны снимки столкновения Юпитера с космическим объектом (предположительно, кометой). По мнению астрономов, в результате столкновения произошёл колоссальный выброс энергии, равный 12,5 мегатонны в тротиловом эквиваленте^[167].

13 сентября 2021 года астрономами-любителями был зафиксирован момент столкновения Юпитера с неизвестным объектом. Во время наблюдения за прохождением по поверхности планеты тени её спутника Ио наблюдатели увидели яркую вспышку. Сделать снимки удалось астрономам Харальду Палеске из Германии, бразильцу Хосе Луис Перейре и французу Дж. П. Арно. Неизвестным объектом может быть астероид размером около сотни метров или небольшое ядро кометы^[168].

В месопотамской культуре планета называлась Мулу-баббар^[169]/Мулубаббар^[170](шум. MUL₂.BABBAR, аккад. kakkabu peṣû), то есть «белая звезда»^[3]. Вавилоняне впервые разработали теорию для объяснения видимого движения Юпитера^[171] и связали планету с богом Мардуком^[172]. Встречаются упоминания об именовании Бел^[173].

Греки именовали его Φαέθων^[174] (Фаэтон) — «блистающий, лучезарный»^[175], а также Διὸς ὁ ἀστήρ — «звезда Зевса»^{[176][177][178]}.

Гигин (в переводе А. И. Рубана) называет его звездой Юпитера и Файноном^[179]. Римляне дали этой планете название в честь своего бога Юпитера^[14].

Подробное описание 12-летнего цикла движения Юпитера было дано китайскими астрономами, называвшими планету Суй-син («Звезда года»)^[180].

Инки называли Юпитер кечуа Pirwa — «амбар, склад»^[181], что может свидетельствовать о наблюдении инками галилеевых спутников (ср. кечуа Qullqa — «Плеяды», букв. «склад»).

В начале XVII века Галилео Галилей изучал Юпитер с помощью изобретённого им телескопа и открыл четыре крупнейших спутника планеты. В 1660-х годах Джованни Кассини наблюдал пятна и полосы на «поверхности» гиганта. В 1671 году, наблюдая за затмениями спутников Юпитера, датский астроном Оле Рёмер обнаружил, что истинное положение спутников не совпадает с вычисленными параметрами, причём величина отклонения зависела от расстояния до Земли. На основании этих наблюдений Рёмер сделал вывод о конечности скорости света и установил её величину — 215 000 км/с^[182] (современное значение — 299 792,458 км/с)^[183].

Со второй половины XX века активно проводятся исследования Юпитера как с помощью наземных телескопов (в том числе и радиотелескопов)^[184][185], так и с помощью космических аппаратов — телескопа «Хаббл» и ряда зондов^[14][186].

Юпитер изучался исключительно аппаратами НАСА США. В конце 1980-х—начале 1990-х годов был разработан проект советской АМС «Циолковский» для исследования Солнца и Юпитера, планировавшийся к запуску в 1990-х годов, но нереализованный ввиду распада СССР^[187].

Сперва в 1973 году, а затем в 1974-м мимо Юпитера прошли «Пионер-10» и «Пионер-11»^[14] на расстоянии (от облаков) 132 тыс. км и 43 тыс. км соответственно. Аппараты передали несколько сотен снимков (невысокого разрешения) планеты и галилеевых спутников, впервые измерили основные параметры магнитного поля и магнитосферы Юпитера, были уточнены масса и размеры спутника Юпитера — Ио^[14][83]. Именно во время пролёта мимо Юпитера аппарата «Пионер-10» с помощью аппаратуры, установленной на нём, удалось обнаружить, что количество энергии, излучаемой Юпитером в космическое пространство, превосходит количество энергии, получаемой им от Солнца^[14].

В 1979 году около Юпитера пролетели «Вояджеры»^[57] (на расстоянии 207 тыс. км и 570 тыс. км). Впервые были получены снимки высокого разрешения планеты и её спутников (всего было передано около 33 тыс. фотографий), были обнаружены кольца Юпитера; аппараты также передали большое количество других ценных данных, включая сведения о химическом составе атмосферы, данные по магнитосфере и т. д.^[83]; также были получены («Вояджером-1») данные о температуре верхних слоёв атмосферы^[188].

В 1992 году мимо планеты прошёл «Улисс» на расстоянии 900 тыс. км. Аппарат провёл измерения магнитосферы Юпитера («Улисс» предназначен для изучения Солнца и не имеет фотокамер)^[189].

С 1995 по 2003 год на орбите Юпитера находился «Галилео»^[14][39]. С помощью этой миссии было получено множество новых данных. В частности, спускаемый аппарат впервые изучил атмосферу газовой планеты изнутри. Множество снимков с высоким разрешением и данные других измерений позволили подробно изучить динамику атмосферных процессов Юпитера, а также сделать новые открытия, касающиеся его спутников. В 1994 году с помощью «Галилео» учёные смогли наблюдать падение на Юпитер осколков кометы Шумейкеров — Леви 9^[128]. Хотя главная антенна «Галилео» не раскрылась (вследствие чего поток данных составил лишь 1 % от потенциально возможного), тем не менее все основные цели миссии были достигнуты^[190].

В 2000 году мимо Юпитера пролетел «Кассини». Он сделал ряд фотографий планеты с рекордным (для масштабных снимков) разрешением и получил новые данные о плазменном торе Ио. По снимкам «Кассини» были составлены самые подробные на сегодняшний день цветные «карты» Юпитера, на которых размер самых мелких деталей составляет 120 км. При этом были обнаружены некоторые непонятные явления, как, например, загадочное тёмное пятно в северных приполярных районах Юпитера, видимое только в ультрафиолетовом свете^[191]. Было также обнаружено огромное облако газа вулканического происхождения, протянувшееся от Ио в открытый космос на расстояние порядка 1 а. е. (150 млн км)^[191]. Кроме того, был поставлен уникальный эксперимент по измерению магнитного поля планеты одновременно с двух точек («Кассини» и «Галилео»).

28 февраля 2007 года по пути к Плутону в окрестностях Юпитера совершил гравитационный манёвр аппарат «Новые горизонты»^[14][192]. Проведена съёмка планеты и спутников^[193][194], данные в объёме 33 гигабайт переданы на Землю, получены новые сведения^[186][195].

5 августа 2011 года был запущен аппарат «Юнона», который вышел на полярную орбиту Юпитера в июле 2016 года^[196] и должен провести детальные исследования планеты^[197][198]. Такая орбита — не вдоль экватора планеты, а от полюса к полюсу — позволит, как предполагают учёные, лучше изучить природу полярных сияний на Юпитере^[198].

На 2020-е годы планируется осуществление силами НАСА и Европейского космического агентства (ЕКА) межпланетной миссии по изучению галилеевых спутников Europa Jupiter System Mission (EJSM). В феврале 2009 года ЕКА объявило о приоритете проекта по исследованию Юпитера перед другим проектом — по исследованию спутника Сатурна — Титана (Titan Saturn System Mission)^[199][200]. Однако, миссия EJSM не отменена. В её рамках NASA планирует построить аппарат, который предназначен для исследований планеты-гиганта и её спутников Европы и Ио — Jupiter Europa Orbiter. ЕКА собирается отправить к Юпитеру другую станцию для исследования его спутников Ганимеда и Каллисто — Jupiter Ganymede Orbiter. Запуск обоих космических роботов планировался на 2020 год, с достижением Юпитера в 2026 году и работой на три года^[200][201]. Оба аппарата будут запущены в рамках проекта Europa Jupiter System Mission^[202]. Кроме того, в миссии EJSM возможно участие Японии с аппаратом Jupiter Magnetospheric Orbiter (JMO) для исследования магнитосферы Юпитера. Также в рамках миссии EJSM Россия и ЕКА планируют ещё один аппарат (Лаплас — Европа П) для посадки на Европу.

В мае 2012 года было объявлено, что ЕКА будет проводить комплексную европейско-российскую миссию JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) по изучению Юпитера и его спутников с предполагаемым океаном под поверхностью (Ганимеда, Каллисто, Европы) c запуском в 2022 году и прибытием в систему Юпитера в 2030 году, в ходе которой российский аппарат совершит посадку на Ганимед^[203][204]. Участие России предполагалось лишь при условии того, что она успеет подготовить свой спускаемый аппарат по изучению Ганимеда к 2022 году^[205]. Однако спускаемый аппарат так и не был построен, уже к 2017 году российская часть проекта была свёрнута из-за отсутствия финансирования и технических проблем.

14 апреля 2023 года состоялся запуск межпланетной станции JUICE (JUpiter ICy moons Explorer)^[206].

С помощью телескопа «Хаббл», в частности, были получены первые снимки полярных сияний в ультрафиолетовом диапазоне на Юпитере, сделаны фотографии столкновения с планетой обломков кометы Шумейкеров — Леви 9 (также см. выше), осуществлены наблюдения за юпитерианскими вихрями^[207].

Юпитер называют «планетой для любителей», поскольку даже в небольшой телескоп на нём можно различить довольно много деталей^[208]. Так, при наблюдении в 80-миллиметровый телескоп (при благоприятных атмосферных условиях) можно различить ряд деталей: полосы с неровными границами, вытянутые в широтном направлении, тёмные и светлые пятна^[209]. Телескоп с апертурой от 150 мм покажет Большое красное пятно и подробности в поясах Юпитера. Малое красное пятно можно заметить в телескоп от 250 мм с ПЗС-камерой. Один полный оборот планета совершает за период от 9 ч 50 мин (на экваторе планеты) до 9 ч 55,5 мин (на полюсах). Это вращение позволяет наблюдателю увидеть всю планету за одну ночь^[210].

При визуальном наблюдении в телескоп нельзя рассчитывать на то, что Юпитер будет виден так же хорошо и чётко, как на фотографии ниже. Подобные фотографии получаются компьютерной обработкой большого числа снимков. Относительно легко астроном-любитель может наблюдать следующие особенности Юпитера^[208]:

• эллиптическая форма: из-за высокой скорости вращения экваториальный диаметр Юпитера на 9 % больше полярного;
• тёмные пояса и светлые зоны: в небольшой телескоп можно различить Северный и Южный экваториальные пояса;
• затемнение у лимба, которое может иметь разную интенсивность у разных краёв диска планеты (в зависимости от взаимного расположения Солнца, Земли и Юпитера) и вызвано разницей в расстоянии, которое свет Солнца проходит в атмосфере Юпитера, прежде чем он отражается к Земле.

Сложнее наблюдать неровные края экваториальных поясов, Большое красное пятно и вращение Юпитера. Наиболее трудными для наблюдения являются следующие особенности^[208]:

• «Полость красного пятна» — «ниша», образуемая пятном в Южном экваториальном поясе;
• белые овалы в Южном умеренном поясе Юпитера;
• овал BA, «малое красное пятно», образовавшийся после слияния трёх белых овалов в Южном умеренном поясе;
• голубые вкрапления на краях тёмных экваториальных поясов, представляющие собой прорехи между облаками;
• «фестоны», отходящие от голубых вкраплений в экваториальную зону;
• экваториальная полоса;
• красные овалы;
• баржи — узкие и тёмные линейные образования;
• белые выбросы — точки или полосы, состоящие из высоких недавно образовавшихся облаков.

Астрономы-любители также могут наблюдать галилеевы спутники Юпитера, а также их тени при их прохождении перед диском планеты. Сами спутники в момент прохождения наблюдать сложно из-за их низкого контраста с поверхностью Юпитера. Наиболее лёгким для наблюдения в таком положении является самый тёмный спутник — Каллисто^[208].

Как яркое небесное тело, Юпитер привлекал внимание наблюдателей с древности и, соответственно, становился объектом поклонения. Например, с ним связан культ семитского божества Гада, индийский религиозный праздник Кумбха-мела, китайское божество Тай-Суй (см. также Три звёздных старца). Своё современное название планета несёт со времён Древнего Рима, жители которого так называли своего верховного бога^[211].

Юпитер играет одну из ключевых ролей в астрологии, символизируя собой мощь, процветание, удачу. Символ — ♃ (U+2643 в Юникоде). Согласно представлениям астрологов, Юпитер является царём планет^[212]. В китайской философии, в рамках учения о пяти стихиях, планета именуется «древесной звездой»^[213]. Древние тюрки и монголы полагали, что эта планета способна влиять на природные и общественные процессы^[214].

Планета также широко присутствует в целом ряде современных художественных произведений, книг, фильмов, комиксов и др.^[215][216].