Состав и структура атмосфер планет-гигантов сильно отличается от атмосфер планет земной группы. Основные составляющие — водород и гелий, а также метан и аммиак. В атмосфере Юпитера свыше 87% по объему водорода и «13% гелия, остальные газы, включая метан, аммиак, воду, находятся в виде примесей, на уровне десятых и сотых долей процента. Примерно аналогичная ситуация в атмосфере Сатурна, в то время как в атмосферах Урана и Нептуна относительные содержания метана и аммиака значительно больше. В атмосфере Юпитера обнаружены также молекулы угарного газа, фосфина, циана и, наконец, высшие углеводороды — этан, ацетилен. Этан, очевидно, образуется в результате ультрафиолетового фотолиза метана, а ненасыщенные углеводороды — в каталитических реакциях с образованием дополнительной углеродной связи.
Существование углеводородов породило гипотезы о возможном абиогенном органическом синтезе в атмосфере Юпитера под влиянием солнечной ультрафиолетовой и высокоэнергичной корпускулярной радиации, а также грозовых разрядов в облаках, происходящих благодаря эффектному разделению зарядов в условиях интенсивной конвекции. К. Саганом и С. Кхарой были проведены эксперименты по моделированию такого рода процессов, позволившие получить обширный класс сложных органических соединений, вплоть до аминокислот, и отождествить их спектральные характеристики в видимой и ближней инфракрасной областях длин волн со спектрами Юпитера. Возможно, что органические полимеры, обладающие широкой гаммой цветов, вносят определенный вклад в окраску Юпитера. Однако основную роль здесь, по-видимому, играют образующийся при разложении фосфина аморфный красный фосфор, водородные и аммонийные полисульфиды и сера. Они-то и окрашивают диск планеты в красно-коричневые и желтые цвета, поскольку сами основные составляющие — водород и гелий, а также метан и аммиак в любой фазе остаются практически бесцветными.
Модель верхней части газовой оболочки Юпитера построена по данным измерений температуры при помощи инфракрасных радиометров и радиозатменных измерений при пролетах около Юпитера космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер». Нуль высоты соответствует некоторому произвольно выбранному значению на шкале давления. Давлению 1 атм соответствует температура 170 К. Тропопауза находится на уровне с давлением 0,1 атм и температурой 115 К. Во всей нижележащей тропосфере высотный ход температуры можно охарактеризовать адиабатическим градиентом в водородно-гелиевой среде — около 2 К на километр. Спектр радиоизлучения Юпитера также свидетельствует об устойчивом росте радиояркостной температуры с глубиной. Выше тропопаузы расположена область температурной инверсии, где температура вплоть до давлений порядка 1 мб постепенно нарастает до ≈l80 К. Это значение сохраняется в мезосфере, которая характеризуется почти изотермией до уровня с давлением ≈10-6 атм, а выше начинается термосфера, переходящая в экзосферу с температурой 1250 К.
Согласно предполагаемой модели структуры облаков Юпитера, выделяется три основных слоя: самый верхний, при давлении около 0,5 атм, состоящий из кристаллического аммиака, промежуточный — из гидросульфида аммония и нижний, при давлении в несколько атмосфер — из обычного водяного льда. Такая модель в целом удовлетворяет совокупности имеющихся экспериментальных данных и хорошо объясняет характерную окраску зон и поясов: расположенные выше в атмосфере светлые зоны содержат ярко-белые кристаллы аммиака, а расположенные глубже пояса — красно-коричневые кристаллы гидросульфида аммония. В некоторых моделях, исходя из геохимических соображений, допускается также существование самого нижнего, четвертого слоя облаков, состоящего из жидкого аммиака. Подобно Земле и Венере, в атмосфере Юпитера зарегистрированы молнии. Судя по запечатленным на фотографиях «Вояджера» световым вспышкам, интенсивность разрядов чрезвычайно велика. Пока неясно, однако, в какой мере эти явления связаны с облаками, поскольку вспышки обнаружены на больших высотах, чем ожидалось.
Метки: Юпитер, атмосфера юпитера, состав и структура атмосферы, фосфина, ацетилен, угарного газа, циана, планета Юпитер, этан, поанета-гагант