Jowisz

Jowisz jest piątą według oddalenia od Słońca i największą planetą Układu Słonecznego, a po Słońcu, Księżycu i Wenus - czwartym pod względem jasności obiektem na ziemskim niebie. Starożytni Rzymianie nadali mu imię swego boga światłości, będącego panem zarówno wszystkich bogów, jak i wszelkich zjawisk niebieskich. Jowisz okrąża Słońce po prawie kołowej orbicie w odległości ponad pięciokrotnie większej niż odległość Ziemi od Słońca (5,2 j.a.); jego średnia prędkość orbitalna wynosi 13 km/s, a okres obiegu wokół Słońca trwa prawie 12 lat. Chociaż masa Jowisza stanowi zaledwie tysięczną część masy Słońca, jest 318 razy większa od masy Ziemi. Średnica Jowisza przewyższa średnicę Ziemi mniej więcej 11 razy i wynosi prawie 143 tys. km. Średnia gęstość największej planety Układu Słonecznego jest więc czterokrotnie mniejsza od średniej gęstości Ziemi i równa się 1,3 g/cm³. Planeta szybko wiruje wokół osi niemal prostopadłej do płaszczyzny swej orbity: pełny obrót wykonuje w ciągu niespełna 10 godzin i jest to najkrótszy okres obrotu wśród wszystkich planet naszego systemu. Konsekwencją szybkiego obrotu jest stosunkowo duże spłaszczenie globu Jowisza: jego promień równikowy jest o 4200 km dłuższy od promienia biegunowego.

Jedną z najbardziej intrygujących zagadek Jowisza jest to, że wypromieniowuje on dwukrotnie więcej energii, niż otrzymuje od Słońca. Nie znamy źródła tej dodatkowej energii. Mimo że skład chemiczny Jowisza jest zbliżony do słonecznego, nie mogą w nim zachodzić reakcje jądrowe przemiany wodoru w hel ze względu na zbyt małe ciśnienie i za niską temperaturę w jego wnętrzu. Sądzono więc, że nadwyżka energii może być wynikiem kurczenia się planety (wystarczyłoby zmniejszanie się promienia o mniej więcej 1 mm rocznie), które powinno prowadzić do zamiany energii grawitacyjnej na energię cieplną. Koncepcja ta nie wytrzymała jednak próby czasu. Precyzyjna analiza zmian torów sond kosmicznych w polu grawitacyjnym Jowisza pozwoliła znaleźć rozkład gęstości wewnątrz jego globu. Okazało się, że wzrost gęstości ku środkowi jest tak wolny, iż wyklucza popularną dotąd hipotezę, według której Jowisz jest kulą gazową. Najprawdopodobniej więc wypełnia go ciekły wodór metaliczny, otoczony grubą warstwą ciekłego wodoru molekularnego. Tylko w samym środku ma on przypuszczalnie niewielkie, ale skupiające około 13% masy, stałe jądro żelazowo-krzemianowe. Ściśliwość tych cieczy jest za mała, aby ich ewentualnym kurczeniem się dało się wytłumaczyć obserwowaną nadwyżkę wypromieniowywanej energii. Niewykluczone więc, że Jowisz posiada jeszcze w swym wnętrzu zapas ciepła pochodzącego z okresu kondensacji planety z pierwotnej mgławicy słonecznej.

Transport energii we wnętrzu Jowisza odbywa się głównie drogą konwekcji. Ponieważ ciekły wodór metaliczny jest dobrym przewodnikiem elektryczności, konwekcja termiczna wzmacnia pole magnetyczne planety. Jego natężenie przy powierzchni jest kilkanaście razy większe niż pola magnetycznego Ziemi (indukcja pola magnetycznego na równiku wynosi 430 mikrotesli). Sprawia to, że wokół Jowisza rozpościera się ogromna magnetosfera, sięgająca w kierunku Słońca na odległość około 4 mln km. Długość skierowanego od Słońca ogona magnetosfery dochodzi do 650 mln km, czyli sięga niemal orbity Saturna. Pole magnetyczne więzi w pasach radiacyjnych wokół Jowisza znaczne ilości cząstek naładowanych, których energia wielokrotnie przewyższa energię cząstek poruszających się wewnątrz analogicznych pasów Van Allena wokół Ziemi. Szybko wirujące wraz z planetą pole magnetyczne działa jak akcelerator, przyspieszając naładowane cząstki do prędkości bliskich prędkości światła. Są one źródłem odbieranego na Ziemi promieniowania radiowego Jowisza o decymetrowych długościach fal oraz stanowią własne "promieniowanie kosmiczne" planety, które także dociera do Ziemi.

Jowisz ma wiele satelitów. Najbardziej znanymi są odkryte w 1610 r. przez Galileusza (1564-1642) cztery największe księżyce: Io, Europa, Ganimedes i Kallisto. Okrążają one Jowisza po prawie kołowych orbitach, położonych w płaszczyźnie równika planety, a pod względem rozmiarów są porównywalne z ziemskim Księżycem. Podobnie jak on zwracają się ku macierzystej planecie stale tą samą stroną. Można je łatwo zobaczyć, obserwując Jowisza nawet przez zwykłą lornetkę.

Szczególnie frapującym obiektem jest Io, odległy od środka Jowisza o prawie 6 promieni planety (422 tys. km), okrążający go z okresem 1,77 doby i mający średnicę 3630 km. W 1979 roku bowiem odkryto na nim czynne wulkany - pierwsze oznaki istnienia pozaziemskiej aktywności wulkanicznej. Dostrzeżone na Io wulkany wyrzucały materię na wysokość około 100 km. Przypuszcza się, że główną przyczyną intensywnych procesów geologicznych na powierzchni tego księżyca są ruchy wewnątrz globu, wywołane silnymi oddziaływaniami pływowymi pochodzącymi od Jowisza i pozostałych jego księżyców, a silnie rozgrzewające skorupę Io. Stosunkowo duża średnia gęstość Io (3,6 g/cm³) oraz wykrycie na jego powierzchni i w atmosferze związków siarki pozwalają sądzić, że jego glob składa się z żelazno-skalnego jądra, otoczonego grubą warstwą płynnej siarki i przykrytej stosunkowo cienką warstwą zakrzepłych osadów wulkanicznych. Io spowija obłok sodowym, zawierający także potas, wodór i siarkę. Wzdłuż orbity Io odkryto pierścień plazmowy w kształcie torusa, składający się głównie z cząsteczek siarki zjonizowanych w wyniku zderzeń z elektronami uwięzionymi w magnetosferze Jowisza (w której wnętrzu Io się porusza). Pierścień ten okazał się silnym źródłem promieniowania nadfioletowego i radiowego.