Jupiter je najväčšia a najhmotnejšia planéta našej slnečnej sústavy, v poradí piata od Slnka. Je pomenovaný po rímskom bohovi Jupiterovi (tiež nazývaným Jova). Symbolom planéty je štylizované znázornenie božského blesku (v Unicode: ♃).
Jupiter má chemické zloženie podobné Slnku a ďalším hviezdam. Líši sa od nich najmä malou hmotnosťou, ktorá nestačí na vytvorenie podmienok pre termojadrové reakcie, ktoré prebiehajú vo všetkých hviezdach. Neexistuje presná definícia odlišujúca veľké hmotné planéty ako Jupiter od hnedých trpaslíkov, v každom prípade by Jupiter potreboval byť aspoň 70× hmotnejší, aby sa mohol stať hviezdou. Planéty podobné hmotnosťou, rozmermi a zložením Jupiteru sa nazývajú joviálne.
Búrlivá atmosféra Jupitera plynule prechádza do plášťa a vo väčších hĺbkach do horúceho jadra. Jupiter je prvou planétou od Slnka, ktorá nemá pevný povrch. Rotáciou planéty sa v jej atmosfére utvorili gigantické, farebne jasne odlíšené štruktúry nazývané pásy a zóny. Okrem nich možno aj malým ďalekohľadom pozorovať na Jupiteri ďalšie búrkové štruktúry, napríklad biele ovály.
Jedna otočka Jupitera okolo jeho osi je najrýchlejšia zo všetkých známych planét (netrvá ani 10 hodín) a taktiež sústava jeho známych mesiacov je v súčasnosti najväčšia. Zo 63 jeho družíc sú najznámejšie 4 najväčšie nazývané tiež Galileove mesiace, pretože prvý písomný záznam o ich pozorovaní urobil Galileo Galilei v roku 1610. Najväčší Galileiho mesiac, Ganymedes, je zároveň najväčším mesiacom v slnečnej sústave. Známa je tiež Európa pokrytá ľadovou kôrou a Io, ktorý prejavuje mohutnú sopečnú aktivitu.
Jupiter je na oblohe dobre viditeľný voľným okom a preto bol známy ľuďom už v staroveku. Vďaka svojej obežnej dobe okolo Slnka, ktorá trvá necelých 12 rokov, prechádza Jupiter každým znamením Zvieratníka približne rok. Veľa údajov o Jupiteri nám poskytla sonda Galileo, ktorá bola jeho jedinou umelou družicou a tiež množstvo kozmických sond, ktoré okolo neho prelietali.
Jupiter je obrovská plynová guľa s 318-krát väčšou hmotnosťou ako je hmotnosť Zeme. Jeho objem by pohltil 1 319 Zemí. So svojou hmotnosťou 1,9x1027 kg[1] je 2,5-násobne hmotnejší ako všetky ostatné planéty slnečnej sústavy dohromady. Je tak hmotný, že sa hmotný stred sústavy Jupiter - Slnko nachádza nad slnečným povrchom (vo vzdialenosti 1,068 slnečného polomeru od stredu Slnka). Rovníkový priemer Jupitera je 142 984 km.[2] Rýchla rotácia Jupitera spôsobuje vydúvanie rovníkových vrstiev až o 9 276 km oproti polárnym.Už prvé spektroskopické pozorovania Jupitera ukázali, že je zložený najmä z molekulárneho vodíka (H2). Sonda Galileo zistila, že ho tvorí vodík a hélium, ktoré sú zmiešané v pomere 5:1.[2] Tieto dva základné prvky tvoriace Jupiter sú najhojnejšie sa vyskytujúcimi prvkami vo vesmíre. Chemické zloženie Jupitera sa veľmi podobá chemickému zloženiu Slnka s tým rozdielom, že Jupiter obsahuje percentuálne viac ťažkých prvkov. Vo veľkom množstve sa tu nachádzajú napríklad vzácne plyny, ako sú argón, kryptón a xenón.[3]
Jupiter vydáva asi o 60 % viac tepelnej energie, ako prijíma zo slnečného žiarenia. Predpokladá sa, že táto energia pochádza z troch zdrojov: teplo z doby vzniku Jupitera; energia, uvoľňovaná pomalým zmršťovaním planéty a energia veľmi slabo prebiehajúcich termonukleárnych reakcií.
Jupiter sa sformoval spolu s inými planétami pred 4,6 až 4,7 miliardami rokov.[4] Základom bol prachoplynový disk okolo formujúceho sa Slnka, protoplanetárny disk, v ktorom postupnou akréciou vznikli zhluky hmoty - planétezimály. Z nich sa ďalším spájaním utvorili väčšie telesá zvané protoplanéty. Podľa najpodrobnejších výpočtov sa rádovo desiatky kilometrov veľké planétezimály počas 100 000 rokov spojili do planetárnych embryí s hmotnosťou rádovo 1024 kg. Tieto zárodky už mali natoľko veľkú gravitáciu, že začali priťahovať ľahké prvky, predovšetkým vodík, čím rýchlo rástol objem a hmotnosť budúceho Jupitera. Jeho rozsiahla plynná obálka zabrzdila ďalšie prelietajúce telesá, ktoré padali na jeho povrch a tým prudko zvyšovali jeho hmotnosť. Za 4 milióny rokov by mal Jupiter týmto spôsobom dosiahnuť hmotnosť rovnajúcu sa 21 hmotnostiam Zeme a jeho vznik bol dokončený ďalšou bleskovou akréciou materiálu.[5]
Vyššie uvedená teória má však niekoľko nedostatkov. R. Durisen a iní poukázali na to, že Jupiter a Saturn sa nemohli utvoriť kondenzáciou hmoty na kamenné jadrá, pretože tento proces by musel trvať tak dlho, že zárodočný plyn slnečnej sústavy by sa za ten čas už rozptýlil do medzihviezdneho priestoru. Problém so vznikom joviálnych planét možno by sa dal obísť štúdiou, ktorá odmieta vznik joviálnych planét akréciou plynného materiálu na kamenné jadrá, ale vysvetľuje ich vznik ako produkt niekoľkých gravitačných kolapsov. Autorom tejto teórie je Alan Boss z Carnegie Institution of Washington.[6] Podľa tejto teórie sa Jupiter sformoval z kozmologického hľadiska "bleskovo", len za 300 rokov.
Podľa modelu s názvom Nice model sa planetárne embryo Jupitera utvorilo o niečo ďalej od Slnka, ako je teraz.[7] Jedným z dôkazov pre toto tvrdenie je fakt, že počas akrécie musela na zárodok Jupitera dopadať hmota prevažne v kondenzovanom stave, ale ťažké vzácne plyny napr. argón sa v predpokladanom pomere prvkov kondenzujú len pri teplotách nižších ako 30 K. To je niekoľkonásobne menej, ako predpokladaná teplota vo vzdialenostiach Jupitera počas jeho formovania. Jedno z vysvetlení tohto problému predpokladá oveľa nižšiu teplotu zárodočnej hmotviny v čase formovania Jupitera, iné sa snaží obísť problém tým, že Jupiter sa v skutočnosti sformoval vo vzdialenejších častiach slnečnej sústavy a až potom sa presunul (migroval) na súčasnú dráhu.[3]
V roku 1984 ukázali J. Fernández a W. Ip, akým mechanizmom by sa Jupiter mohol dostať do vnútorných častí slnečnej sústavy. V rannej histórii slnečnej sústavy sa totiž planéta stretávala s miliardami planétok, ktoré míňala pri ich putovaní do oblastí Oortovho mraku alebo až za hranice slnečnej sústavy. Pri týchto preletoch nastal efekt gravitačného praku, čo znamená, že rýchlosť planétky sa preletom okolo Jupitera pod vplyvom jeho gravitácie zvýšila. Podobným spôsobom NASA urýchlila už niekoľko sond mieriacich do vonkajších častíc slnečnej sústavy. Pri každom gravitačnom urýchlení sa však Jupiter premiestnil nepatrne bližšie k Slnku rýchlosťou, ktorá je nepriamo úmerná pomeru hmotností Jupiter/planétka. Pri veľkom množstve takýchto gravitačných prakov mohol Jupiter kedysi migrovať smerom k Slnku rýchlosťou až 0,2 AU za 100 tisíc rokov.[7]
Predpokladá sa, že veľké mesiace Jupitera mohli vzniknúť podobným spôsobom ako planéty. Zárodok Jupitera mal okolo seba hmlovinu v tvare disku. Z tohto disku sa naberaním hmoty a zmršťovaním utvorili mesiace. Tento scenár vzniku podporuje aj chemické zloženie mesiacov. Jupiter sa počas svojho vzniku na krátku dobu zahrial až na 4000°C, čo spôsobilo odparenie vody vo vnútorných častiach jeho zárodočného disku. Preto najbližšie mesiace Jupitera vodu neobsahujú a sú zložené len z ťažko sa vyparujúcich látok.[4] Malé mesiačiky s výstrednými dráhami sú pravdepodobne zachytenými kométami a asteroidmi, ktoré vznikali ďaleko od planéty a len neskôr ich Jupiter gravitačne zachytil.
Jupiter obieha Slnko vo vzdialenosti 778 412 027 km, čo je viac než päťnásobne väčšia vzdialenosť ako tá, v ktorej obieha Zem okolo Slnka. Tomu pripadá aj množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na m3 jeho plochy, ktoré je len 37% zo žiarenia dopadajúceho na m3 Zeme. Jupiter je však k Slnku stále o polovicu bližšie, než nasledujúca joviálna planéta Saturn. Pri najväčšom priblížení k Zemi, v opozícii, nás od Jupiteru delí 588 miliónov km. Pri najväčšom priblížení, v konjunkcii, sa od Zeme vzďaľuje až na 968 miliónov km. Sklon jeho dráhy k rovine ekliptiky je nevýrazný a dosahuje len 1,3°, čo je po Uráne druhý najmenší sklon dráhy planéty v slnečnej sústave.[8] Jeho obežná dráha je elipsa podobná kružnici s excentricitou približne 0,048.
Keďže Jupiter je zložený prevažne z plynu, jeho rotácia nepripomína rotáciu pevného telesa. Rôzne vrstvy jeho atmosféry sa otáčajú rôznou rýchlosťou. Kým rovníkový pás planéty urobí jednu otočku za 9 hodín 50 minút, vrstvy pri póloch sa otočia raz za 9 hodín 56 minút. Takáto rotácia sa nazýva diferenciálna.[2] Jupiter má medzi všetkými planétami slnečnej sústavy najkratší deň.
Jupiter má veľmi silné magnetické pole, ktoré je spôsobené rýchlou rotáciou a svojou intenzitou prevyšuje magnetické polia všetkých ostatných planét slnečnej sústavy. Jeho magnetické pole je až 4 000-krát väčšie ako magnetické pole Zeme.V polárnych oblastiach boli pozorované polárne žiary, jav známy aj na Zemi. Celkový tvar magnetosféry Zeme a Jupitera je veľmi podobný. Magnetopauza v prípade Zeme sa však vytvára vo vzdialenosti 70 000 až 80 000 km, avšak u Jupitera temer 100-krát ďalej. Tento rozdiel sa vysvetľuje nielen intenzívnejším magnetickým poľom Jupitera, ale aj tým, že intenzita slnečného vetra je vo vzdialenosti jeho obežnej dráhy podstatne slabšia ako pri Zemi.
Jupiter má veľmi rozsiahlu a silnú magnetosféru. Keby bola viditeľná zo Zeme, javila by sa až 5× väčšia ako Mesiac v splne, aj keď je omnoho ďalej. Toto magnetické pole vytvára mohutné výrony urýchlených častíc v Jupiterových radiačných pásoch, interaguje s mesiacom Io a vytvára vodivú trubicu a plazmový prstenec okolo neho. Jupiterova magnetosféra je najväčšia štruktúra slnečnej sústavy (je väčšia než magnetosféra Slnka).
Sonda Pioneer potvrdila existenciu Jupiterovho mohutného magnetického poľa, ktoré je 10× silnejšie ako zemské a obsahuje 20 000× viac energie. Citlivé prístroje na palube odhalili, že jupiterovský „severný“ magnetický pól je na južnom geografickom póle planéty s odchýlkou 11 stupňov od jupiterovskej osi rotácie a so stredom poľa posunutým mimo stred Jupitera podobne ako je tomu pri magnetickom poli Zeme. Pioneer zaznamenal vlnu jupiterovskej magnetosféry ešte vo vzdialenosti 26 miliónov kilometrov a magnetický chvost dosahujúci až za Saturnovú obežnú dráhu.
Údaje ukazujú, že veľkosť tohto magnetického poľa na strane obrátenej k Slnku rýchlo kolíše, v dôsledku zmien tlaku slnečného vetra, tento jav bol bližšie skúmaný pri dvoch misiách Voyager. Bolo objavené, že prúdy vysokoenergetických častíc sú vyvrhované až k obežnej dráhe Zeme. V jupiterovských radiačných pásoch boli nájdené a namerané vysokoenergetické protóny, ukázalo sa, že medzi Jupiterom a niektorými jeho mesiacmi (najmä Io) pretekajú elektrické prúdy.
Priame informácie o chemickom zložení Jupiterovej atmosféry vedcom poskytlo zostupové puzdro sondy Galileo, tzv. Galileo JEP (Jupiter Entry Probe). Táto malá sonda v tvare kužeľa s najväčším priemerom 1,25 m sa od svojej materskej sondy oddelila 13. júla 1995. 7. decembra toho istého roku potom vstúpila do atmosféry, kde zostúpila do hĺbky asi 130, kým ju nezničila okolitá teplota a tlak.[9] Kompletné vyhodnotenie údajov získaných týmto atmosférickým puzdrom sondy trvalo niekoľko rokov.[3]
Atmosféra Jupitera sa skladá z približne 86 % vodíka a 14 % hélia (podľa počtu atómov, podľa hmotnosti ide o percentuálny pomer približne 75/24; s 1 % hmotnosti pripisovaným iným zložkám – vnútro obsahuje hustejšie materiály, kde sa percentuálny pomer mení na približne 71/24/5). Obsahuje tiež stopové množstvo metánu, vodných pár, amoniaku a „kamenia“. Nachádzajú sa tu tiež nepatrné množstvá uhlíka, etánu, sírovodíka, neónu, kyslíka, fosfínu a síry. Prekvapivo malé množstvo kyslíka, ktoré zistila sonda Galileo JEP sa vysvetľuje tým, že sonda vstúpila do oblasti jednej z tzv. horúcich škvŕn, v ktorých väčšina vody (hlavná zlúčenina viažúca na Jupiteri kyslík) skondenzovala už v oveľa hlbších oblastiach. Oblaky v okolí týchto horúcich škvŕn obsahujú až 100-krát viac vody, ktorá obsahuje "chýbajúci" kyslík.[3]
Najvrchnejšie vrstvy atmosféry obsahujú kryštály zmrznutého amoniaku. Viditeľný povrch Jupitera, čiže horná vrstva oblačnosti, má charakteristický vzhľad. Striedajú sa na ňom svetlejšie a tmavšie pásy. Vodík a hélium sú bezfarebné plyny, na sfarbení atmosféry sa preto podieľajú hlavne jej prímesi. Okrem toho sa tam vyskytuje mnoho oválnych útvarov, z ktorých najznámejšia a najstabilnejšia je Veľká červená škvrna. Svojimi rozmermi presahuje Zem, pričom jej veľkosť, tvar aj farba sa v priebehu času menia.[10] Smerom k pólom planéty sa pásová štruktúra postupne stráca. V atmosfére dochádza aj k početným elektrickým výbojom, ktoré zaznamenala aj sonda Galileo JEP.[3]
Jednotlivé pásy Jupiterovej atmosféry rotujú rôznou rýchlosťou; tento efekt bol poprvýkrát pozorovaný Cassinim (1690). Rotácia Jupiterovej polárnej atmosféry je o 5 minút dlhšia ako rotácia jeho rovníkovej atmosféry. Navyše sa pásy mrakov rôznej šírky pohybujú proti sebe v smere stálych vetrov. Na hraniciach týchto konfliktných prúdov vznikajú búrky a turbulencie. Rýchlosť vetra 600 km/h tu nie je nezvyčajná.
Predpokladá sa, že v strede planéty leží malé pevné jadro, ktoré sa skladá zo silikátov a železa. Tlak a teplota sú tu veľmi vysoké. Hlavne vysoký tlak bol v minulosti príčinou toho, že sa pevné jadro pokladalo za útvar zložený z pevného vodíka.
Nad jadrom sa nachádza vodíkový oceán, ktorý tvorí rozhodujúcu časť objemu i hmoty Jupiteru. Vodík je rozdelený do dvoch vrstiev a v oboch je kvapalný. Spodná vrstva siaha od jadra do vzdialenosti 46 000 km od stredu planéty a skladá sa z kovového kvapalného vodíka. Vďaka veľkému tlaku má jeho vnútorná časť odtrhnuté elektróny z atómových obalov a má kovové vlastnosti. Druhá, vonkajšia vodíková vrstva siaha do vzdialenosti 70 000 km od stredu planéty. Jej hlavnou zložkou je kvapalný molekulárny vodík. Tvorí vlastný povrch planéty. Hranica medzi kovovým a molekulárnym oceánom je v hĺbke 17 000 km pod povrchom. Atmosféra obsahuje okrem vodíka a hélia aj metán, amoniak a vodné pary. Teplota od oblakov smerom ku stredu rastie. Na vrcholoch mračien je –160°, o 60 km hlbšie je približne rovnaká teplota ako na Zemi, a ešte kúsok hlbšie je teplota na bode varu vody. Prúdy tečúce vo vnútri (v kovovom vodíku) vytvárajú okolo Jupitera silné magnetické pole. Toto pole je zodpovedné za pozorovanú polárnu žiaru spôsobenú Birkelandovými prúdmi tečúcimi pozdĺž magnetických siločiar.
Jupiter bolo prvé teleso okrem Zeme, u ktorého boli objavené prirodzené družice. Objavili ich v roku 1610 Galileo Galilei a nezávisle na ňom pravdepodobne aj Simon Marius. Tieto prvé štyri objavené mesiace sú zároveň najväčšími Jupiterovými mesiacmi: Io, Európu, Ganymedes a Kallisto (dnes známe ako Galileove mesiace). Pri pozorovaní ich pohybu bolo zreteľné, že jeho centrom nie je Zem. Táto skutočnosť bola hlavným bodom obhajoby Kopernikovej heliocentrickej teórie o pohybe planét; Galileiho vyhlásenie podpory Koperníkovej teórie ho dostalo do problémov s inkvizíciou.
Okrem týchto veľkých mesiacov obieha planétu ešte množstvo menších telies nepravidelného tvaru. Niektoré mesiace objavili prelietajúce sondy, ďalšie sa podarilo objaviť na fotografických snímkach zo Zeme (piaty najväčší Jupiterov mesiac Amaltheu dokonca priamym pozorovaním). V súčasnosti je známych 63 mesiacov Jupitera[8] ale je možné, že toto číslo ešte nie je konečné.
Ganymedes je najväčším Jupiterovym mesiacom a zároveň aj najväčším mesiacom v slnečnej sústave. Jeho jadro z tvrdých hornín pokrýva hrubá vrstva ľadu. Svojím priemerom 5 262 kilometrov je väčší ako planéty Merkúr alebo Pluto. O niečo menší Kallisto je pokrytý mnohými krátermi. Najsvetlejším satelitom Jupitera je Európa. Jej 100 km hrubý ľadový obal mimoriadne dobre odráža slnečný svit. Pod vrchnou vrstvou ľadu sa pravdepodobne nachádza tekutý oceán vody, ktorá je (nevyhnutná pre život, ako ho poznáme). Mesiac Io je spolu so Zemou jediné teleso v slnečnej sústave, kde sú ešte vulkány v činnosti. Tento mesiac prejavuje najväčšiu sopečnú aktivitu zo všetkých známych telies v Slnečnej sústave. Sopky však nevyvrhujú roztavené horniny, ako je to na Zemi, ale roztavenú síru. To objasňuje i čierno-červenožlté zafarbenie mesiaca. Síra je vyvrhovaná z vnútra sopiek až 200 km nad povrch mesiaca.
Vyvrhovaná ionizovaná síra vytvára okolo Jupitera tzv. plazmový torus. V ňom sa uzatvára časť Birkelandových prúdov tečúcich pozdĺž magnetických siločiar planéty a spätne ohrieva mesiac Io. Vulkanická činnosť na mesiaci Io je spôsobená kombinovaným ohrevom gravitačnými slapovými silami materskej planéty a elektromagnetickým ohrevom Birkelandovými prúdmi.
V rokoch 1999-2003 bolo 3,6 metrovým ďalekohľadom na Havajských ostrovoch (CCD 12000×12000 pixelov, David Jewitt ad.) objavených niekoľko desiatok nových mesiacov. Ide o kilometrové skalisk