В Солнечной системе седьмой по удаленности от Солнца расположена планета Уран. Она была открыта впервые в 1781 году Уильямом Гершелем. Уникальность планеты начинается уже с названия, оно происходит из греческих легенд и названа в честь бога неба, (все другие планеты названы именами римских богов). Уран можно увидеть с Земли ночью невооруженным глазом, только если небо очень чистое и прозрачное, так как видимость планеты слабая и почти на пределе. Звездная величина планеты колеблется в пределах +5,32 – + 5,9 (предел видимости +6,0). Уран относится к газовым гигантам, хотя по размеру меньше Юпитера и Сатурна. Но нашу Землю по размерам он значительно обошёл, его диметр в 4 раза шире диаметра Земли и тяжелее её в 14,5 раз. Уран не только газовый гигант, а еще и самый холодный во всей Солнечной системе, настоящая ледяная планета. Здесь правит бал снежная королева, окутывая планету жутким, все леденящим холодом. От Солнца планета находится очень далеко, а своего внутреннего источника энергии как у других планет у нее практически нет. Замороженная планета выглядит тихой и безмятежной, светясь спокойным зеленовато-голубым цветом. Голубизна Урана еще больше Земной. Ледяная планета стоит на втором месте по самой маленькой плотности среди планет нашей Солнечной системы, плотность равна 1,27 м/см². Но самой главной особенностью Урана является положение на орбите.
Орбита Урана.
Орбита Урана, почти круговая с эксцентриситетом 0,047 и вокруг Солнца протянулась почти на расстояние 2 873 млн.км. Самая большая полуось орбиты составляет почти 3 003 млн. км., а малая 2 741 млн.км. По космическим меркам эта разница в 262 млн.км не очень большая. Уран, как и Венера вопреки другим планетам нашей Солнечной системы движется обратно по орбите – ретроградное. Но дальше, еще интереснее. Почему то экватор планеты имеет угол наклона к орбите почти прямой- 98 градусов, значит ось вращения находится перпендикулярно к плоскости орбиты. Здесь уникальный случай, получается, что планета не вертится как все остальные, а почти катится колобком по орбите с северным полюсом внизу. На один оборот по орбите вокруг Солнца с небольшой скоростью 6,49-7,11 км/сек, у Урана уходит 84 земных лет и 7 дней. Докатился! А вот один оборот вокруг своей собственной оси он перекатывает за 17 час. 14 мин. 24 сек. – это его сутки. Такое положение Урана привело и к своеобразным сезонам на планете, возле полюса 42 наших года длится лето полярное, а затем 42 года длится зима. Летом Солнце в течение 21 летнего года очень своеобразно спиралевидно поднимается вверх, а в последующие 21 года также по спирали опускается вниз. Потом наступает долгая зима на пол уранских года. В моменты солнцестояния само Солнце расположено над экватором Урана очень близко к горизонту, а один из полюсов направлен прямо на Солнце, на небольшой узкой полосе экватора происходит быстрая смена дня и ночи. В моменты равноденствия планета повернута экватором прямо к Солнцу и это опять дает быстрые смены дня и ночи. Несмотря на то, что в области полюсов попадает больше солнечной энергии, температура в экваториальной зоне выше. Объяснений исследователей по этому поводу пока нет.
Атмосфера Урана.
Атмосфера Урана подобно другим газовым гигантам очень мощная. Газовый состав атмосферы на Уране немного не такой как состав в атмосферах Юпитера и Сатурна и отличается тем, что значительно больше углеводородов, метана, ацетилена и незначительное количество других, но превосходящее значение все таки у водорода – 83% и у гелия - 15%. Метана в атмосфере Урана почти 2% и так как он хорошо поглощает лучи красного цвета, то планета кажется нам зеленовато - голубого цвета.
Следует добавить, что поскольку Уран планета газовая и не имеет твердой поверхности, то условно за его поверхность принят слой с давлением равным 1 бару. Как уже говорилось выше, Уран самая холодная планета в Солнечной системе с наиболее низкой температурой. Температурный режим Урана лучше всего рассматривать с позиций тропосферы, стратосферы и термосферы. Здесь в самом нижнем и плотном слое атмосферы называемом тропосферой, температура на высоте постепенно падает с 320 К до 53 К и достигая тропопаузы температура Урана равна 49 К. Это наинизшая температура планет. Тропопауза является пограничным слоем между тропосферой и стратосферой. Выше на расстоянии до 4000 км. расположена стратосфера.
Здесь уже наблюдается обратный эффект. Температура начинает постепенно с высотой повышаться до 800 К-850 К. Такое нагревание в этой части атмосферы вызвано тем, что метан и возможно углеводороды поглощают часть инфракрасной и ультрафиолетовой радиации. В добавок возможно еще нагревание стратосферы термосферой. Дальше идут наиболее удаленные участки атмосферы это термосфера и корона. Здесь температура держится до 850 К и причина такой высокой температуры на этом расстоянии пока необъяснимы. Термосфера с короной распространяется на огромное расстояние до 50 000 км. Такая жара в короне Урана относится к одной из его особенностей и возможно способствует небольшому присутствию пыли в кольцах вокруг планеты. Ионосфера планеты образована из термосферы и верха стратосферы, это примерно на высоте 2 000-10 000 км. Плотность ионосферы зависит от солнечной активности. Сила ветра на Уране значительно меньше чем на других газовых планетах и зафиксирована не более 250 м/сек. На экваторе направление ветра идет обратно движению планеты, скорость равна примерно до 100 м/сек, и постепенно уменьшается вплоть до полного затишья на широте -+ 20 градусов,а уже в средних широтах совпадает с движением Урана и дует со скоростью от 40 до 150 м/сек. и затем опять постепенно идет затишье к полюсам планеты. Облачность на Уране с многослойной структурой. Основные облака образуются при температуре равной -173 градусов Цельсия и находятся в областях с давлением 2,4-3,4 атм. Это замерзший сероводород. Следующий второй слой облаков образуется при давлении 20-30 бар из гидросульфида аммония. Затем на уровне приблизительно 50 атмосфер идут облака из водяного льда. В районе тропопаузы, где низкая температура, конденсируются пары ацетилена и диацетилена и появляется узкая надоблачная дымка. Немаловажное значение оказывают и сезонные изменения. Лето, а затем зима на Уране в течении наших 42-ух лет оказывают все таки влияние на прогрев и образование облаков. В последнее время при помощи «Вояджера-2» и телескопа «Хаббл», кроме 10 полосок облаков обнаружено появление выразительных красочных облаков в районе как северного так и южного полюсов. Примерно на широте -45 градусов выделяется яркая узкая полоса называемая Южным кольцом. Отмечено, что северные облака расположенные на высоте побольше, имею меньшие размеры, но более четкие и яркие. И хоть в общем атмосферные явления значительно спокойные, и на Уране отмечаются изредка небольшие атмосферные вихри в виде темных пятнышек.
Строение планеты Уран.
Ученые выдвигают несколько версий внутреннего строения планеты от двухярусной модели до классической трехярусной. За основу большинство принимают стандартную модель. Ниже атмосфры и находится мантия. За поверхностный слой условно принята поверхность с давление 1 бар. Мантия скорее всего представляет собой океан растворенного в воде аммиака и метана из плотной смеси с высокой электропроводностью. Слой металлического водорода в отличии от Юитера и Стурна уже отсутствует. Ближе к центр как давление так и температура растут. В центре планеты как всегда находится особенно плотное и с большой температурой раскаленное ядро. Температура ядра предполагается до 7 000 К, а давление до 6 млн атмосфер. Размер ядра составляет д о 20% от R и предположительно из камня и железа. Его плотность до 9 г/см³.
Магнитное поле Урна.
Магнитное поле нашего Урана имеет ряд своих характерных особенностей по сравнению с остальными планетами и по всей вероятности связано с его особенностями вращения и отсутствию внутреннего источника собственной энергии. Первая особенность – магнитная ось планеты сдвинута с центра оси планеты на треть его радиуса и при этом образуется угол в 60 градусов. Вторая особенность это непостоянство напряженности магнитных полей. Третье – имеется несколько разных пар магнитных полюсов, кроме основных двух еще 2 других более слабых. Своеобразное магнитное поле Урана формируется не в ядре, как у всех планет, а в более поверхностном слое океана водного аммиака с высокой электропроводностью. Именно здесь и начинают образовываются магнитные силовые линии, выходящие на большие расстояния за пределы планеты. Но со стороны Солнца на магнитный поток Урана давит солнечный ветер и препятствует его широкому движению. С другой стороны выход для магнитных волн свободен и они, казалось бы должны распространяются на огромное расстояние в космическом пространстве. Но не тут то было. Для Урана это неприемлемо благодаря наклону оси вращения к магнитному полю. Поэтому когда планета вращается, то получается что его силовые линии накручиваются друг на друга спиралевидным хвостом в длину до 10 млн км в обратную от Солнца сторону.
Спутники Урана.
На сегодняшний день планета Уран является обладателем 27 спутников, хотя маленьких и незамеченных спутников наверняка гораздо большее количество. Их обычно разделяют на три основные группы: наиболее близкие к планете внутренние, наиболее удаленные внешние и самые крупные по величине спутники. Внутренние спутники Урана имеют вращение по круговым орбитам в плоскости экватора в направлении совпадающим с направлением вращения планеты. Это в основном глыбы из камня и льда неправильной формы с темной поверхностью. Почти все они очень тесно связаны с кольцами и вероятно являются их источниками.
Самые крупные или основные спутники Урана такие как Титания, Миранда, Ариэль, Умбриэль и Обертон отличаются в основном молодой поверхностью и самый большой из них Титания в диаметре только 1578 км. Такой спутник как Умбриэль обладает самой темной поверхностью. Спутник Миранда, самый близкий к планете с диаметром всего 472 км называют аналогом Энцеллада и Ио потому что тоже обладает значительным вулканизмом. В основном эти спутники состоят изо льда и каменистых пород. Самый светлый и яркий из спутников Ариэль. Внешние спутники располагаются на самых дальних орбитах, от планеты на десятки миллионов километров. Такая большая удаленность не замедлила сказаться, и их орбиты имеют большой угол наклона к экватору Урана и имеют ретроградное движение. Самый дальний из них Фердинанд.
Кольца Урана.
Кольца Урана впервые случайно были открыты по астрономическим меркам сравнительно недавно в 1977 году при наблюдении за звездой 5-ой величины САО 158687. Всего на сегодняшний день насчитывают 13 найденных колец. Основной особенностью является непрозрачный и очень темный черный цвет, возможно они состоят из смеси льда и какого то очень темного вещества. Некоторые кольца имеют форму эллипса и более узкие в ближних к планете местах. Минимальный радиус колец 38 000 км, а максимальный 98 000 км. Состав – частицы размером от миллиметра до 10 метров. Самое яркое из них кольцо Эпсилон с альбедо 0,018. Возможно потому, что ограничено спутниками «пастухами». Размеры колец невелики, они узкие и тонкие, самое большое из них тот же Эпсилон шириной 20-100 км. и толщиной 0,1 км. Это самое интересное кольцо: орбита эллиптическая, вблизи планеты оно уплотнено, а вдали разряжено и прозрачно. Главная ценность Урановских колец то, что они находятся в процессе своей эволюции. Ученые считают, что кольца сравнительно молодые с возрастом примерно 600 млн лет и произошли скорее всего из за разрушения спутников. Наряду с кольцами есть еще и очень тоненькие малозаметные небольшие колечки, пылевые полосы, и просто отдельные дуги колец. Все они временные и то образуются, то распадаются.
УРАНВика Воробьева
Уран - седьмая планета Солнечной системы. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии около 19,2 а.е. и делает один оборот за 84 года. Освещенность, создаваемая Солнцем на таком расстоянии, в 390 раз меньше освещенности, создаваемой Солнцем на орбите Земли (на глаз это примерно соответствует ранним сумеркам после захода Солнца). Масса Урана составляет 14,37 масс Земли, его диаметр почти в 4 раза превышает диаметр нашей планеты, а средняя плотность (1,30 г/куб.см) всего на 30% больше плотности воды.
Уран входит в группу планет-гигантов Солнечной системы, куда кроме него входят также Юпитер , Сатурн и Нептун . Однако, в отличие от Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом и гелием, масса водорода и гелия в составе Урана и Нептуна составляет не более 15-20% от их полной массы. Уран и Нептун еще называют малыми, или ледяными гигантами Солнечной системы.
Уникальная особенность Урана среди "настоящих" планет Солнечной системы заключается в необычно большом наклоне оси вращения к плоскости его орбиты. Этот наклон составляет почти 98 градусов. Уран вращается, как говорится, "лежа на боку".
Если бы мы могли посмотреть на Солнечную систему "сверху", со стороны северного полюса Солнца, мы увидели бы, что все планеты вращаются вокруг Солнца против часовой стрелки примерно в одной плоскости. Большинство планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону (против часовой стрелки). Такое вращение называется проградным, или прямым. Однако Уран и Венера вращаются в другую сторону, по часовой стрелке. Такое вращение называют ретроградным, или обратным.
Все это приводит к очень необычной смене сезонов на Уране. Находясь вблизи его полюса, мы бы видели, как Солнце в течение 21 года по спирали поднимается почти в зенит, потом так же по спирали опускается за горизонт, и после 42-летнего полярного лета наступает 42-летняя полярная ночь. За полярным кругом оказывается почти все полушарие планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Только весной и осенью, вблизи равноденствий, Уран освещается Солнцем "как полагается" - с восходами, закатами и сменой дня и ночи. Сутки на Уране длятся 17 часов 14 минут.АТМОСФЕРА УРАНА
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ УРАНА
КОЛЬЦА УРАНА
СПУТНИКИ УРАНА
Атмосфера Урана состоит из водорода (примерно 72%), гелия (26%) и метана (около 2%). Кроме этих основных компонентов, она содержит также малые примеси веществ, являющихся результатом фотолиза метана: ацетилен C2 H2 , диацетилен C4 H2 , этилен C2 H4 и этан C2 H6 , а также более сложные углеводороды, образующие тонкую надоблачную дымку. Молекулы метана активно поглощают красные лучи, что придает диску Урана голубовато-бирюзовый цвет.
"Вояджер-2", пролетев мимо Урана в 1986 году, не нашел на его диске никаких контрастных деталей, атмосфера планеты была очень чистой и прозрачной.
Этот снимок Урана был сделан "Вояджером-2" 10 января 1986 года с расстояния 18 млн.км. В это время Уран был повернут к Солнцу южным полушарием, там стояло полярное лето. "Вояджер-2" подлетал к Урану со стороны южного полюса (он находится чуть левее центра этого изображения)
Эффективная температура Урана составляет всего около 60К (-213С). При такой температуре на уровне давления около 1,2 атмосферы мог бы сконденсироваться метан, образуя яркие белые облака подобно метановым облакам в атмосфере Нептуна. Однако в тот момент в южном полушарии Урана стояло полярное лето, и давление паров метана в тропосфере ("метановая влажность") составило лишь около 50% от необходимого для образования метановых облаков. Более поздние снимки , сделанные космическим телескопом им. Хаббла (в 1994 и 1997 годах), показали наличие отдельных ярких облаков в низких широтах. По всей видимости, "Вояджеру-2" просто "не повезло", и он пролетел мимо Урана не в самое удачное для изучения атмосферной динамики время.
Основной слой облаков на Уране расположен на уровне давления 2,4-3,4 атмосферы и состоит из замерзшего сероводорода H2 S.Температура в этой области составляет около 100К (-173С). Ниже первого слоя облаков, на уровне давления 20-30 атмосфер, расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH4 SH. Еще глубже (на уровне давления около 50 атмосфер) находятся облака из водяного льда.
Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Урана составляет 52К (-221С) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.), образуя тонкую надоблачную дымку. Ранее считалось, что именно оптически толстая дымка скрывает разнообразные облачные детали на диске Урана, однако, согласно данным "Вояджера-2", оптическая толщина надоблачного воздуха составляет всего от 0,3 до 0,9, а поглощение солнечного света в основном обусловлено поглощением в линиях метана и молекулярного водорода, уширенных из-за частых взаимных столкновений молекул. Надоблачная атмосфера Урана чиста и прозрачна.
Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10-8 атмосфер температура составляет около 800К и дальше с высотой уже не меняется.
Температурные профили атмосферы Урана.
На верхнем графике отражен температурный профиль верхней атмосферы Урана: стратосфера, область мезопаузы и термосфера.
На нижнем графике отражены более глубокие слои атмосферы Урана: тропосфера и стратосфера. Видна тропопауза на уровне 0,1 атмосферы и устойчивый рост температуры с глубиной. На уровне около 1 атм. могут конденсироваться облака из замерзшего метана. Основной облачный слой расположен на уровне около 3 атмосфер и состоит из замерзшего сероводорода.
Эти данные были получены путем радиопросвечивания атмосферы Урана Вояджером-2, когда космический аппарат с точки зрения земного наблюдателя проходил за планетой. График, помеченный словом "вход", отражает температурный профиль при заходе Вояджера-2 за Уран, график, помеченный словом "выход", отражает данные при выходе аппарата из-за Урана.
Атмосфера Урана вращается в ту же сторону, что и планета в целом. В средних широтах ветер дует в направлении движения планеты со скоростью около 150 м/сек, в экваториальной зоне ветер дует в обратном направлении со скоростью около 100 м/сек. Температура атмосферы максимальна около экватора, понижается на несколько градусов к средним широтам и снова растет к полюсу.
Уран - единственная планета-гигант Солнечной системы, которая не имеет мощного внутреннего источника тепла и излучает практически столько же, сколько получает от Солнца. Причина этого пока не известна.
Магнитное поле Нептуна и Урана заметно отличается от магнитного поля Земли, Юпитера и Сатурна. Если магнитное поле Земли и ближайших планет-гигантов вызвано конвекцией в жидком ядре планеты и является дипольным по своей структуре (имеет один северный и один южный полюс), то магнитное поле Урана вызвано конвекцией в водно-амимиачной мантии планеты. Если описывать реальное магнитное поле Урана как дипольное, то окажется, что магнитная ось диполя смещена от центра планеты на треть радиуса и наклонена на 60 градусов к оси вращения.
Еще лучше магнитное поле Урана описывается как квадрупольное (т.е. имеющее два южных и два северных полюса).
Напряженность магнитного поля на поверхности планеты составляет примерно 0,25 Гаусс.Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Уран имеет систему колец. Они были открыты в 1977 году во время покрытия Ураном далекой звезды (т.е. когда Уран прошел точно между звездой и земными наблюдателями). Сначала были открыты 5 колец, потом еще 4. Во время пролета "Вояджера-2" в 1986 году было обнаружено еще 2 кольца. И, наконец, совсем недавно, в 2003 году, по снимкам с космического телескопа им. Хаббла было открыто 2 новых кольца Урана.
Кольца Урана очень темные и узкие. Альбедо частиц, составляющих кольца, лишь около 1,5%, они чернее каменного угля! Этим они разительно отличаются от колец Сатурна, сложенных в основном водяным льдом и оттого очень ярких.
Всего известно 13 колец Урана. Их свойства приведены в данной таблице.
название кольца
расстояние от центра Урана, км
эксцентриситет
наклон к экватору Урана, * 0,001 градуса
ширина, км
толщина, км
средняя оптическая глубина
альбедо
1986U2R
38 000
2,5
0,1
0,001-0,0001
0,015
41 840
0,0010
1-3
0,1
0,2-0,3
0,015
42 230
0,0019
2-3
0,1
0,5-0,6
0,015
42 580
0,0010
2-3
0,1
0,3
0,015
альфа
44 720
0,0008
7-12
0,1
0,3-0,4
0,015
бета
45 670
0,0004
7-12
0,1
0,2
0,015
эта
47 190
0-2
0,1
0,1-0,4
0,015
гамма
47 630
0,0001
1-4
0,1
1,3-2,3
0,015
дельта
48 290
3-9
0,1
0,3-0,4
0,015
1986U1R
50 020
1-2
0,1
0,1
0,015
эпсилон
51 140
0,0079
20-100
0,5-2,1
0,5-2,3
0,018
R/2003 U2
66 100
R/2003 U1
97 730
Судя по заметному эксцентриситету и не равному нулю наклону нескольких колец (максимальная высота колец 4, 5, 6 над плоскостью экватора Урана достигает 24-46 км), кольца Урана - молодые образования. Они тесно связаны с внутренними спутниками и быстро эволюционируют. Возможно, в сравнительно недалеком будущем (миллионы и десятки миллионов лет) часть внутренних спутников будет разрушена взаимными столкновениями, и кольца Урана станут плотнее, шире и массивнее.
В отличие от колец Нептуна , сложенных мелкими пылевыми частицами, кольца Урана состоят из крупных глыб размером приблизительно от 10 см до 10 м.На данный момент известно 27 спутников Урана . Как и спутники Нептуна, их можно разделить на три явно выраженных группы. Первая - это внутренние спутники: Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Купидон, Белинда, Пердита, Пак и Маб. Вторая - относительно крупные спутники Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Наконец, в третью группу входят внешние спутники: Франциско, Калибан, Стефано, Тринкуло, Сикоракса, Маргарита, Просперо, Сетебос и Фердинанд.
Все внутренние спутники Урана - темные (альбедо около 7%) глыбы неправильной формы размером 50-150 км, вращающиеся в прямом направлении (т.е. в направлении вращения Урана) по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты. Часть из них (возможно, все) связаны с кольцами Урана и являются источником материала колец. Каждый из внутренних спутников облетает планету всего за несколько часов.
Недавние наблюдения Урана не только привели к открытию двух новых спутников (Купидона и Маб) и двух новых колец, но и обнаружили значительные изменения в параметрах орбит внутренних спутников со времени первых наблюдений Урана на космическом телескопе им. Хаббла в 1994 году. Судя по всему, система внутренних спутников Урана отличается молодостью и динамичностью, их орбиты быстро эволюционируют. В ближайшие несколько десятков миллионов лет часть из них столкнется друг с другом, рассыплется на множество осколков и даст начало новым кольцам, часть упадет на Уран или его крупные спутники, а часть может покинуть систему Урана и перейти на гелиоцентрические орбиты.Ни один из главных спутников Урана не достигает размеров Плутона. Ни один из них не имеет атмосферы. Самый крупный спутник Урана - Титания - имеет диаметр 1578 км, что примерно вдвое меньше диаметра Луны. Оберон лишь немного меньше Титании, его диаметр 1522 км. Ариэль и Умбриэль, соответственно, имеют размеры 1158 км и 1170 км. Вместе с тем именно Ариэль демонстрирует наиболее молодую поверхность. На его изображениях видны многочисленные разломы, напоминающие разломы на поверхности Дионы, спутника Сатурна, а кратеров сравнительно немного. Некоторые детали его поверхности напоминают застывшие потоки криовулканической лавы. Его альбедо 0,39, это самый яркий спутник Урана.
Умбриэль, напротив, имеет самую темную поверхность из крупных спутников Урана, его альбедо 0,21. На темной, покрытой многочисленными кратерами поверхности выделяется яркое белое пятно вблизи лимба - по всей видимости, крупный молодой кратер с яркими ледяными стенками.
Титания покрыта многочисленными кратерами, ее поверхность заметно старше поверхности Ариэля. Вместе с тем на ней тоже присутствуют явные следы геологической активности, например, крупный разлом вблизи терминатора.
Миранда - самый необычный спутник Урана. Будучи всего 472 км в диаметре, она демонстрирует сложную молодую поверхность. Возможно, она является аналогом Энцелада, спутника Сатурна, который также при небольших размерах демонстрирует молодую поверхность и современный вулканизм.
Средняя плотность главных спутников Урана близка и составляет 1,52-1,70 г/куб.см. Это говорит о том, что в их составе кроме льда присутствует значительное количество скальных пород.Девять внешних спутников вращаются на самом краю системы Урана на расстоянии в миллионы и десятки миллионов километров от планеты. Судя по эксцентричным орбитам, сильному наклону к плоскости экватора Урана и обратному движению эти небольшие очень темные глыбы являются захваченными объектами аналогично внешним спутникам Нептуна
Уран в 4 раза больше и в 14,5 раз тяжелее Земли, и в 390 раз слабее освещается Солнцем. Он относится группе планет, названных газовыми гигантами. Более того – это один из двух ледяных гигантов ближайшего космоса. Главными составляющими его атмосферы являются водород и гелий, в некотором количестве присутствует также углерод, метан и др. примеси. Именно метан придает планете лазурно-зеленоватый цвет.
Облака планеты Уран имеют сложную, слоистую структуру. Верхний слой состоит из метана, основной – из замерзшего сероводорода. Ниже расположен второй облачный слой, состоящий из гидросульфата аммония. Еще ниже - облака из водяного льда. Сложно определить, где заканчивается атмосфера и начинается поверхность планеты, но структура Урана все же несколько более плотная, чем у других газовых гигантов.
В центре планеты находится относительно небольшое каменное ядро, а мантия состоит из ледяных модификаций метана, аммиака, гелия, водорода и скальных пород. Металлический водород, присутствующий в недрах других планет-гигантов, на Уране отсутствует.Уран имеет собственное магнитное поле, происхождение которого пока неизвестно, и излучает в пространство значительно больше тепла, чем получает от Солнца.
Уран – самая холодная планета Солнечной системы. Минимальная зафиксирована здесь температура - 224°С. В атмосфере планеты наблюдаются мощные и длительные бури, при которых скорость ветра достигает 900 км/час.
Движение Урана происходит по почти круговой орбите. Период обращения вокруг Солнца – 84 земных года. Уран обладает уникальной особенностью – его ось вращения отстоит от плоскости орбиты всего на 8°. Планета как бы, катится вокруг Солнца, покачиваясь с бока на бок. Еще одна особенность Урана – ретроградное или обратное суточное вращение. Так в , кроме него, вращается только Венера. Сутки на Уране составляют 17 часов 14 минут.
В результате всего сказанного, на Уране установилась необычная смена сезонов. Смена времен года на полюсах и экваторе планеты происходит по-разному. На экваторе Урана в течение года бывает по 2 лета и 2 зимы. Продолжительность каждого периода – почти 21 год. На полюсах - одна зима и одно лето продолжительностью 42 земных года. В периоды равноденствия в небольшом поясе, близком к экваториальным областям планеты, происходит обычная смена дня и ночи.
Система колец и спутники Урана
Уран имеет 13 тонких темных колец – 9 основных, 2 пылевых и 2 внешних, образовавшихся, позднее внутренних. Первые 11 расположены на расстоянии 40 000-50 000 км. Внешние кольца, открытые в 2005 году, расположены примерно в 2 раза дальше основных, и составляют отдельную систему. Толщина колец не превышает 1 км. Между основными кольцами наблюдаются неполные дуги и пыльные полосы.
Ширина центрального кольца достигает 100 км, оно является самым значительным по величине. Кольца Урана непрозрачны, и состоят из смеси льда и какого-то темного материала. Предполагается, что возраст системы колец не превышает 600 млн. лет. Возможно, она возникла при столкновении и разрушении спутников планеты, вращающихся вокруг нее или захваченных в результате гравитационного взаимодействия.
Плоскости орбит 27 спутников Урана практически совпадают с экваториальной плоскостью планеты. Ни один из них не обладает атмосферой и не достигает размеров малых планет. Спутники внутренней группы, представляют собой обломки неправильной формы, размерами 50 - 150 км. Все они Уран в течение нескольких часов. Орбиты внутренних спутников быстро меняются. Вероятно, они являются поставщиками материала для колец планеты.
Самыми крупными являются основные спутники. Их 5. Диаметр самого большого из них - Титании – 1158 км. Основные спутники состоят изо льда и скальных пород. Третья группа – внешние спутники – имеют обратное вращение, небольшие размеры, и орбиты, имеющие значительный угол наклона к плоскости экватора планеты. Самый крупный – Фердининд – делает один оборот вокруг Урана за 8 лет. Вероятно, все они захвачены гравитационным полем планеты из космического пространства.
Общие сведения
История открытия
Особенности вращения Урана
Химический состав, физические условия и строение Урана
Кольца Урана
Магнитосфера
Спутники Урана
Общие сведения
Уран - седьмая планета от Солнца и третья по размеру. Интересно, что Уран хоть и больше в диаметре, но меньше массой, чем Нептун. Уран иногда едва видим невооруженным глазом в очень ясные ночи; его нетрудно отождествить в бинокль (если Вы знаете точно, куда смотреть). Небольшой астрономический телескоп покажет небольшой диск
Расстояние от Солнца 2870990000 км (19.218 а.е.), экваториальный диаметр: 51,118 км, в 4 раза больше земного, масса: 8.686 . 10 25 кг, 14 масс Земли. Период обращения вокруг Солнца - 84 с четвертью года. Средняя температура на Уране - около 60-ти Кельвинов
Уран - старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, который был отцом Хроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов).
История открытия
Уран, первая планета, обнаруженная в новой истории, была открыта случайно В.Гершелем, когда он рассматривал небо в телескоп 13 марта 1781 года; сначала он подумал, что это была комета. Ранее, как позже выяснилось, планета неоднократно была наблюдаема, но принималась за обычную звезду (самая ранняя запись о “звезде” была сделана в 1690-м, когда Джон Флэмстид каталогизировал ее как 34-ю Тельца - одно из принятых обозначений звезд в созвездиях)
Гершель назвал планету “ Georgium Sidus ” (Планета Георга) в честь его покровителя, короля Англии Георга III ; другие называли ее планетой Гершеля. Имя же “Уран” было дано временно и взято по традиции из античной мифологии, а утвердилось оно лишь в 1850-м году
Уран был посещен только одним космическим кораблем: недалеко от Урана пролетал “Вояджер 2” . (Снимок вверху сделан с телескопа “Хаббл”). Корабль прошел в 81500 километрах от Урана 24-ого января 1986-го года. “Вояджер-2 “ предал тысячи изображений и других научных данных о планете, спутниках, кольцах, атмосфере, пространстве и магнитной среде, окружающих Уран. Различные инструменты изучали кольцевую систему, открывая мелкие детали прежде известных и двух вновь обнаруженных колец. Данные показали, что планета вращается с периодом 17 часов 14 минут. Космический корабль также обнаружил магнитосферу, которая велика настолько же, насколько и необычна.
Особенности вращения Урана
У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики (эклиптика - видимый годовой путь Солнца на небесной сфере), но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины “лежачего” обращения Урана неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана - северный. Разговор этот отнюдь не подобен спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же на самом деле сложилась такая ситуация с вращением Урана, очень многое значит в теории возникновения всей Солнечной системы, ведь почти все гипотезы подразумевают вращение планет в одну сторону. Если Уран образовался, лежа на боку, то это сильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы. Правда, сейчас все больше полагают, что такое положение Урана - результат столкновения с большим небесным телом, возможно крупным астероидом, на ранних стадиях формирования Урана
Химический состав, физические условия и строение Урана
Уран сформировался из первоначальных твердых тел и различных льдов (подо льдами здесь надо понимать не только водяной лед), он лишь на 15% состоит из водорода, а гелия нет почти совсем (в контраст Юпитеру и Сатурну, которые, по большей части, - водород). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Ветры в средних широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40-а до 160-ти метров в секунду; на Земле быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50-ти метров в секунду
Толстый слой (дымка) - фотохимический смог - обнаруживается вокруг освещенного Солнцем полюса. Освещенный Солнцем полушарие также излучает больше ультрафиолета. Инструменты “ Вояждера ” обнаружили отчасти более холодную полосу между 15 и 40-ка градусами широты, где температура на 2-3 K ниже
Синий цвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83% водорода, 15% гелия и 2% метана. Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Но они чрезвычайно плохо различимы и видимы только на снимках с большим разрешением, сделанные “Вояджером- 2” . Последние наблюдения с HST позволили рассмотреть большие облака. Есть предположение о том, что эта возможность появилась в связи с сезонными эффектами, ведь как не трудно сообразить, зима от лета на Уране сильно разняться: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца! Хотя, Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца, чем Земля, так что летом там тоже не бывает жарко. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чем получает от Солнца, следовательно, он холоден внутри?
Кроме того, оказывается, что Уран не имеет твердого ядра, и вещество более или менее единообразно распространено по всему объему планеты. Это отличает Уран (да и Нептун тоже) от его более крупных родственников. Возможно, эта обедненность легкими газами - следствие недостаточной массы зародыша планеты, и в ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия. А может быть, в этом месте зарождающейся планетной системы вовсе не было столько легких газов, что, конечно, в свою очередь, тоже требует объяснений. Как видно, ответы на вопросы, связанные с Ураном, могут пролить свет на судьбу всей Солнечной системы!
Кольца Урана
Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в 1977-м году во время покрытия Ураном звезды. Наблюдалось, что звезда 5 раз ослабляла на краткий промежуток времени свой блеск перед покрытием и после него, что и навело на мысль о кольцах. Последующие наблюдения c Земли показали, что действительно есть девять колец. Если перебирать их, удаляясь от планеты, они названы 6, 5, 4, Альфа, Бета, Эта, Гамма, Дельта и Эпсилон. Камеры « Вояждера » обнаружили несколько дополнительных колец, и также показали, что девять основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, они очень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольно больших частиц, размеры их колеблются от 10 метров в диаметре до мелкой пыли. Кольца Урана были открыты первыми после колец Сатурна. Это имело большое значение, так как стало возможным предположить, что кольца - общая характеристика планет, а не удел одного Сатурна. Это еще одно прямо-таки эпохальное значение Урана для астрономии
Наблюдения показали, что кольца Урана заметно отличаются от родственных им систем Юпитера и Сатурна. Неполные кольца с различным показателям прозрачности по длине каждого из колец сформировались, похоже, позже, чем сам Уран, возможно, после разрыва нескольких спутников приливными силами
Количество известных колец может, в конечном счете, возрасти, судя по наблюдениям «Вояджер-2». Приборы указывали на наличие многих узких колец (или, возможно, неполных колец или кольцевых дуг) около 50 метров шириной
Ключом к разгадке структуры колец Урана может быть и открытие того, что два небольших спутника – Корделия и Офелия – находятся внутри кольца Эпсилон. Это объясняет неравномерное распределение частиц в кольце: спутники удерживают вещество вокруг себя. Так, используя эту теорию, предположено, что в этом кольце можно отыскать еще 16(!) спутников
Магнитосфера
Область вокруг небесного тела, где его магнитное поле остается сильнее суммы всех других полей близких и удаленных тел, называется магнитосферой этого небесного тела
Уран, как многие планеты имеет магнитосферу. Она необычна тем, что ось симметрии ее наклонена почти на 60 градусов к оси вращения (у Земли этот угол составляет 12 градусов). Если бы так обстояло дело на Земле, то ориентирование с помощью компаса имело бы интересную особенность: стрелка почти совсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на две противоположные точки 30-х параллелей. Вероятно, магнитное поле вокруг планеты генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в его ядре. Источник поля - неизвестен; гипотетический электропроводящий океан воды и аммиака не подтвержден исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах, источником магнитного поля считают течения в расправленных породах, расположенных недалеко от ядра
Интенсивность поля на поверхности Урана в общих чертах сравнима с Земной, хотя оно и сильнее изменяется в разных точках поверхности из-за большого смещения оси симметрии поля от центра Урана
Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. « Вояждер » “чувствовал” поле, по крайней мере, в 10-ти миллионах километрах от планеты
Спутники Урана
Уран имеет 17 известных спутников. До недавнего времени их насчитывали 15. Они формировали два четких класса:
10 небольших внутренних, очень слабых по яркости, обнаруженных " Вояджером-2 ", и 5 больших внешних. Все 15 имеют почти круговые орбиты в плоскости экватора Урана (и, следовательно, они расположены под большим углом к плоскости эклиптики). В 1997-м году с помощью 5-метрового Паломарского телескопа группой канадских ученых были обнаружены еще два крохотных и слабых по яркости спутника. На комбинации снимков телескопа имени Хаббла видно движение со временем спутников Урана. Нетрудно отличить характер этого видимого движения от смещения попадающих в поле зрения звезд
Имена всех спутников Урана были позаимствованы у героев Шекспира
Изображения уже открытых пяти самых больших спутников, полученные " Вояждером ", обнаружили сложные поверхности, характеризующие бурное геологическое прошлое этих космических тел. Камеры также отыскали 10 прежде неизвестных спутников
Предварительный анализ показывает, что пять больших спутников - совокупность ледяных глыб. Большие спутники Урана на 50 процентов состоят из водяного льда, на 20 процентов - из углеродных и азотных соединений, на 30 процентов - из разных соединений кремния - силикатов. Их поверхности, почти монотонно темно-серые, носят следы геологической истории
Титания, например, выделяется огромными системами трещин и каньонами, что указывает на некоторый период активной геологической деятельности в прошлом этого спутника. Эти детали могут являться результатом тектонических перемещений коры
Ариель имеет ярчайшую и, возможно, геологически самую молодую поверхность в спутниковой системе Урана. Она, в основном, лишена кратеров, больших, чем 50 километров в диаметре. Это указывает на то, что имеющиеся в околоурановом пространстве мелкие метеоры сглаживают, при падении на поверхность, крупные рельефные образования
Поверхность Умбриэль древняя и темная, очевидно, она была подвержена
немногим геологическим процессам. Темные тона поверхности Умбриэль могут
являться следствием покрытия пылью и небольшими обломками когда-то находившихся
в окрестностях орбиты этого спутника.
Оберон, самый внешний из пяти
больших спутников, также имеет старую, покрытую кратерами поверхность, с
неяркими следами внутренней деятельности
Уран в цифрах
Масса 14,53 массы Земли (8,68 . 10 25 кг)
Диаметр 4,00 диаметра Земли (51 118 км)
Плотность 1,29 г/см 3
Температура поверхности -220 °С
Длительность звездных суток 15,35 часа (обратное вращение)
Среднее расстояние от Солнца 19,19 а.е. (2 871 млн. км)
Период обращения по орбите 84,01 земных лет
Наклон экватора к орбите 97,86°
Эксцентриситет орбиты 0,046
Наклонение орбиты к эклиптике 0,77°
Долгота восходящего узла 74°13`
Средняя скорость движения по орбите 6,81 км/сек
Расстояние от Земли от 2,6 до 3,2 млрд. км
Число спутников 17
Характеристики планеты:
- Расстояние от Солнца: 2 896.6 млн км
- Диаметр планеты: 51 118 км *
- Сутки на планете: 17ч 12мин **
- Год на планете: 84,01 года ***
- t° на поверхности: -210°C
- Атмосфера: 83% водород; 15% гелий; 2% метан
- Спутники: 17
* диаметр по экватору планеты
** период вращения вокруг собственной оси (в земных сутках)
*** период обращения по орбите вокруг Солнца (в земных сутках)
Развитие оптики в новое время привело к тому, что 13 марта 1781-го были расширены границы солнечной системы открытием планеты Уран, открытие было совершено Уильямом Гершелем.
Презентация: планета Уран
Это седьмая по счету планета солнечной системы, она имеет 27 спутников и 13 колец.
Внутреннее строение
Определить внутренне строение Урана можно лишь косвенно. Массу планеты, равную 14.5 земных масс определили ученые после изучения гравитационного влияния планеты на спутники. Есть предположение, что в центре Урана находится каменное ядро, которое в основном состоит из оксидов кремния. Его диаметр в 1.5 раза должен превысить диаметр земного ядра. Затем должна идти оболочка изо льда и камней, а после океан жидкого водорода. По другой точке зрения Уран вовсе не имеет ядра, и вся планета представляет собой огромный шар изо льда и жидкости, окруженный газовым покрывалом.
Атмосфера и поверхность
Атмосфера Урана в основном состоит из водорода, метана и воды. Это и есть практически весь основной состав недр планеты. Плотность Урана выше, чем у Юпитера или Сатурна в среднем она составляет 1.58 г/см3. Это говорит о том, что частично Уран состоит из гелия или обладает ядром, состоящим из тяжелых элементов.В атмосфере Урана присутствуют метан и углеводород. Его облака состоят из твердого льда и аммиака.
Спутники планеты Сатурн
У планеты, также, как у двух других крупных гигантов Юпитер и Сатурн, есть своя система колец. Обнаружены они были совсем не так давно в 1977 году совершенно случайно во время обычного наблюдения за затмением под Ураном одной из светивших звезд. Дело в том, что кольца Урана имеют крайне слабую способность отражать свет, поэтому об их наличии до того времени никто и не догадывался. В дальнейшем космический аппарат "Вояджер-2" подтвердил наличие системы колец у Урана.
Спутник планеты были обнаружены намного раньше, еще в 1787 году тем же астрономом Уильямом Гершелем, который и открыл саму планету. Первые открытые два спутника - Титания и Оберон. Они самые крупные спутники планеты, состоят в основном из льда серого цвета. В 1851 году астроном из Великобритании Уильям Лассел открыл еще два спутника - Ариэль и Умбриэль. , а еще спустя почти 100 лет в 1948 году астроном Джеральд Койпер нашел пятый спутник Урана Миранда. Позже межпланетный аппарат "Вояджер-2" обнаружит еще 13 спутников планеты, недавно были открыты еще несколько спутников, поэтому на настоящее время известно уже о 27 спутниках Урана.
В 1977 году на Уране была обнаружена необычная система колец. Главное их отличие от сатурновских заключается в том, что они состоят из крайне темных частиц. Кольца можно обнаружить только при сильном ослаблении света звезд, находящихся за ними.
Уран имеет 4 крупных спутника: Титания, Оберон, Ариэл ь, Умбриэль, возможно они имеют кору, ядро и мантию. Необычны и размеры планетной системы, они очень невелики. Самый дальний спутник Оберон движется по орбите, отдаленной от планеты на 226 000 км, а ближайший спутник Миранда вращается на расстоянии всего в 130 000 км.
Это единственная планета солнечной системы ось, которой имеет наклон к орбите более чем в 90 градусов. Соответственно получается, что планета как бы «лежит на боку». Считается, что произошло это вследствие столкновения гиганта с огромным астероидом, что и привело к смещению полюсов. Лето на южном полюсе длится в течение 42 земных лет, за это время солнце ни разу не покидает небосклон, зимою же наоборот 42 года царит непроглядная тьма.
Это самая холодная планета солнечной системы, самая низкая зафиксированная температура равна -224°C. На Уране дуют постоянные ветра, скорость которых колеблется в пределах 140 - 580 км/ч.
Изучение планеты
Единственный достигший Урана космический аппарат - Вояджер 2. Полученные с него данные просто поражали, оказывается планета имеет 4 магнитных полюса, 2 главных и 2 второстепенных. Также были сделаны измерения температуры на разных полюсах планеты, что также привело ученых в замешательство. Температура на планете постоянна, и отличается примерно на 3-4 градуса. Ученые пока не могут объяснить причину, но считается, что это происходит из-за насыщенности атмосферы парами воды. Тогда движение воздушных масс в атмосфере схоже с земными морскими течениями.
Загадки солнечной системы еще не раскрыты, а Уран является одной из самых ее наиболее загадочных представителей. Масса полученной информации с Вояджера 2 лишь слегка приоткрыла завесу тайны, но с другой стороны эти открытия привели к еще большим загадкам и вопросам.
