ПЛАНЕТА УРАН

Send

Уран, который получил свое название от греческого бога неба, является газовым гигантом и седьмой планетой от нашего Солнца. Это также третья по величине планета в нашей Солнечной системе, уступающая Юпитеру и Сатурну. Как и другие газовые гиганты, он имеет много лун, кольцевую систему и состоит в основном из газов, которые, как считается, окружают твердое ядро.

Хотя это можно увидеть невооруженным глазом, осознание того, что Уран - планета, было относительно недавним. Хотя есть признаки того, что он был замечен несколько раз в течение последних двух тысяч лет, только в 18 веке он был признан тем, чем он был. С тех пор стали известны полные луны планеты, кольцевая система и таинственная природа.

Обнаружение и Наименование:

Как и пять классических планет - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн - Уран можно увидеть без помощи телескопа. Но из-за его тусклости и медленной орбиты древние астрономы верили, что это звезда. Самое раннее известное наблюдение было выполнено Гиппархом, который записал его как звезду в своем звездном каталоге в 128 г. до н.э. - наблюдения, которые позже были включены в Птолемея. Альмагест.

Самое раннее определенное обнаружение Урана произошло в 1690 году, когда английский астроном Джон Фламстид - первый Королевский астроном - заметил его как минимум шесть раз и зарегистрировал его как звезду (34 Таури). Французский астроном Пьер Лемонье также наблюдал это по крайней мере двенадцать раз между 1750 и 1769 годами.

Однако именно наблюдение сэра Уильяма Гершеля за Ураном 13 марта 1781 года положило начало процессу определения его как планеты. В то время он сообщал об этом как о наблюдении кометы, но затем участвовал в серии наблюдений, используя телескоп собственной конструкции для измерения его положения относительно звезд. Когда он сообщил об этом в Королевское общество, он утверждал, что это была комета, но косвенно сравнил ее с планетой.

После этого несколько астрономов начали исследовать возможность того, что «комета» Гершеля действительно была планетой. Среди них был русский астроном Андерс Йохан Лекселл, который первым вычислил его почти круговую орбиту, что привело его к выводу, что в конце концов это была планета. Берлинский астроном Иоганн Элерт Боде, член «Объединенного астрономического общества», согласился с этим после того, как сделал аналогичные наблюдения за его орбитой.

Вскоре статус Урана как планеты стал научным консенсусом, и к 1783 году сам Гершель признал это Королевскому обществу. В знак признания своего открытия английский король Георг III дал Гершелю годовую стипендию в 200 фунтов стерлингов при условии, что он переедет в Виндзор, чтобы королевская семья могла просматривать его телескопы.

В честь своего нового покровителя Уильям Гершель решил назвать свое открытиеГеоргий Сидус («Звезда Джорджа» или «Планета Жоржа»). За пределами Британии это имя было непопулярным, и вскоре были предложены альтернативы. Среди них французский астроном Жером Лаланд, который предложил назвать его Гершель В честь своего открытия и шведского астронома Эрика Просперина предлагается имя Нептун.

Иоганн Эллерт Боде предложил имя Уран, латинизированная версия греческого бога неба Ураноса. Это имя казалось уместным, учитывая, что Сатурн был назван в честь мифического отца Юпитера, поэтому эту новую планету следует назвать в честь мифического отца Сатурна. В конечном счете, предложение Боде стало наиболее широко используемым и стало универсальным к 1850 году.

Размер, масса и орбита Урана:

Со средним радиусом около 25 360 км, объем 6,833 × 10¹³ км³и масса 8,68 × 10²⁵ кг, Уран примерно в 4 раза больше Земли и в 63 раза больше ее объема. Однако, как газовый гигант, его плотность (1,27 г / см³) значительно ниже; следовательно, он всего 14,5 массивнее Земли. Его низкая плотность также означает, что, хотя он является третьим по величине из газовых гигантов, он является наименее массивным (отставая от Нептуна на 2,6 массы Земли).

Изменение расстояния Урана от Солнца также больше, чем на любой другой планете (не считая планет-карликов или плутоидов). По сути, расстояние газового гиганта от Солнца варьируется от 18,28 а.е. (2735,118,100 км) в перигелии до 20,09 а.е. (3 006 224 700 км) в афелии. На среднем расстоянии 3 млрд. Км от Солнца Урану требуется около 84 лет (или 30 687 дней), чтобы пройти одну орбиту Солнца.

Период вращения внутренней части Урана составляет 17 часов 14 минут. Как и у всех планет-гигантов, его верхняя атмосфера испытывает сильные ветры в направлении вращения. В некоторых широтах, например, около 60 градусов к югу, видимые элементы атмосферы перемещаются гораздо быстрее, совершая полный оборот всего за 14 часов.

Уникальная особенность Урана заключается в том, что он вращается на своей стороне. В то время как все планеты Солнечной системы в некоторой степени наклонены по своим осям, у Урана самый большой осевой наклон 98 °. Это приводит к радикальным сезонам, которые переживает планета, не говоря уже о необычном цикле день-ночь на полюсах. На экваторе Уран испытывает нормальные дни и ночи; но на полюсах каждый переживает 42 земных года дня, а затем 42 года ночи.

Состав Урана:

Стандартная модель структуры Урана состоит в том, что он состоит из трех слоев: скалистое (силикатное / железо-никелевое) ядро в центре, ледяная мантия в середине и внешняя оболочка из газообразного водорода и гелия. Подобно Юпитеру и Сатурну, водород и гелий составляют большую часть атмосферы - приблизительно 83% и 15% - но лишь небольшую часть общей массы планеты (от 0,5 до 1,5 массы Земли).

Третий наиболее распространенный элемент - метановый лед (СН⁴), на долю которого приходится 2,3% его состава и на который приходится аквамариновая или голубая окраска планеты. Следовые количества различных углеводородов также обнаружены в стратосфере Урана, которые, как считается, образуются в результате фотолиза, вызванного метаном и ультрафиолетовым излучением. Они включают этан (C₂ЧАС₆), ацетилен (С₂ЧАС₂), метилацетилен (СН₃С₂H) и диацетилен (C₂HC₂ЧАС).

Кроме того, в спектроскопии обнаружены монооксид углерода и диоксид углерода в верхних слоях атмосферы Урана, а также наличие ледяных облаков водяного пара и других летучих веществ, таких как аммиак и сероводород. Из-за этого Уран и Нептун считаются отдельным классом планет-гигантов - известных как «Ледяные гиганты» - поскольку они состоят в основном из более тяжелых летучих веществ.

Ледяная мантия фактически состоит не из льда в обычном смысле, а из горячей и плотной жидкости, состоящей из воды, аммиака и других летучих веществ. Эту жидкость, которая обладает высокой электропроводностью, иногда называют водно-аммиачным океаном.

Ядро Урана относительно невелико, его масса составляет всего 0,55 массы Земли, а радиус составляет менее 20% от общего размера планеты. Мантия включает в себя ее объем, около 13,4 массы Земли, а верхняя атмосфера относительно несущественна, весит около 0,5 массы Земли и простирается на последние 20% радиуса Урана.

Плотность ядра Урана оценивается в 9 г / см.³с давлением в центре 8 миллионов бар (800 ГПа) и температурой около 5000 К (что сопоставимо с поверхностью Солнца).

Атмосфера Урана:

Как и на Земле, атмосфера Урана разбивается на слои в зависимости от температуры и давления. Как и другие газовые гиганты, планета не имеет твердой поверхности, и ученые определяют поверхность как область, где атмосферное давление превышает один бар (давление, обнаруженное на Земле на уровне моря). Все, что доступно для способности дистанционного зондирования - которая простирается примерно до 300 км ниже уровня в 1 бар - также считается атмосферой.

Используя эти ориентиры, атмосферу Урана можно разделить на три слоя. Первая - это тропосфера между высотами от -300 км до поверхности и 50 км над ней, где давление колеблется от 100 до 0,1 бар (от 10 МПа до 10 кПа). Второй слой - это стратосфера, которая достигает от 50 до 4000 км и испытывает давление от 0,1 до 10.^-10 бар (от 10 кПа до 10 мкПа).

Тропосфера - самый плотный слой в атмосфере Урана. Здесь температура колеблется от 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) у основания (-300 км) до 53 K (-220 ° C / -364 ° F) на 50 км, причем верхняя область является самой холодной в солнечной системе. Область тропопаузы ответственна за подавляющее большинство тепловых инфракрасных излучений Урана, что определяет его эффективную температуру 59,1 ± 0,3 К.

В тропосфере находятся слои облаков - водяные облака при самых низких давлениях, а над ними - облака гидросульфида аммония. Следуют облака аммиака и сероводорода. Наконец, тонкие облака метана лежали на вершине.

В стратосфере температура колеблется от 53 К (-220 ° С / -364 ° F) на верхнем уровне до от 800 до 850 К (527 - 577 ° С / 980 - 1070 ° F) у основания термосферы, во многом благодаря нагреву, вызванному солнечным излучением. В стратосфере содержится смог этана, который может способствовать скучному появлению планеты. Ацетилен и метан также присутствуют, и эти дымки помогают согревать стратосферу.

Внешний слой, термосфера и корона, простираются от 4000 км до 50 000 км от поверхности. Эта область имеет равномерную температуру 800-850 (577 ° C / 1070 ° F), хотя ученые не уверены в ее причине. Поскольку расстояние до Урана от Солнца очень велико, количество тепла, исходящего от него, недостаточно для генерации таких высоких температур.

Подобно Юпитеру и Сатурну, погода на Уране следует схожей схеме: системы разбиваются на полосы, вращающиеся вокруг планеты, которые движутся под действием внутреннего тепла, поднимающегося в верхние слои атмосферы. В результате ветер на Уране может достигать 900 км / ч (560 миль в час), создавая сильные штормы, подобные тому, который был замечен космическим телескопом Хаббла в 2012 году. Подобно Большому Красному Пятну Юпитера, это «Темное пятно» было гигантским облачный вихрь размером 1700 километров на 3000 километров (1100 миль на 1900 миль).

Луны Урана:

У Урана есть 27 известных спутников, которые подразделяются на категории более крупных лун, внутренних лун и нерегулярных лун (аналогично другим газовым гигантам). Самые большие спутники Урана - в порядке размера Миранда, Ариэль, Умбриэль, Оберон и Титания. Диаметр и масса этих лун варьируются от 472 км до 6,7 × 10.¹⁹ кг для Миранды до 1578 км и 3,5 × 10²¹ кг для Титании. Каждая из этих лун особенно темная, с низкой связью и геометрическими альбедо. Ариэль самый яркий, а Умбриэль самый темный.

Считается, что все большие луны Урана сформировались в аккреционном диске, который существовал вокруг Урана в течение некоторого времени после его образования, или в результате большого воздействия, которому подвергся Уран в начале его истории. Каждый состоит из примерно равного количества камня и льда, за исключением Миранды, которая состоит в основном из льда.

Ледяной компонент может включать аммиак и диоксид углерода, в то время как считается, что скальный материал состоит из углеродистого материала, включая органические соединения (аналогично астероидам и кометам). Их составы, как полагают, дифференцированы с ледяной мантией, окружающей скалистое ядро.

В случае Титании и Оберона считается, что жидкие водные океаны могут существовать на границе ядро / мантия. Их поверхности также сильно облицованы; но в каждом случае эндогенная шлифовка привела к некоторому обновлению их характеристик. Ариэль, кажется, имеет самую молодую поверхность с наименьшим количеством ударных кратеров, в то время как Умбриэль, кажется, является самым старым и наиболее покрытым кратерами.

Главные спутники Урана не имеют заметной атмосферы. Кроме того, из-за их орбиты вокруг Урана они испытывают экстремальные сезонные циклы. Поскольку Уран вращается вокруг Солнца почти на своей стороне, а все крупные спутники вращаются вокруг экваториальной плоскости Урана, северное и южное полушария испытывают продолжительные периоды дневного и ночного времени (42 года за один раз).

Начиная с 2008 года, Уран обладает 13 внутренними лунами, орбиты которых лежат внутри орбиты Миранды. Они расположены в порядке расстояния от планеты: Корделия, Офелия, Бьянка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Амур, Белинда, Пердита, Пук и Маб. В соответствии с именами более крупных лун Урана, все они названы в честь персонажей пьес Шекспира.

Все внутренние спутники тесно связаны с кольцевой системой Урана, что, вероятно, является результатом фрагментации одного или нескольких небольших внутренних спутников. Шайба, в 162 км, является самой большой из внутренних лун Урана - и единственной, представленной Вояджер 2 в любой детали - в то время как Пак и Маб - два самых внешних внутренних спутника Урана.

Все внутренние луны являются темными объектами. Они сделаны из водяного льда, загрязненного темным материалом, который, вероятно, является органическим материалом, обработанным излучением Урана. Система также хаотична и внешне нестабильна. Компьютерное моделирование показывает, что могут произойти столкновения, особенно между Дездемоной и Крессидой или Джульеттой в течение следующих 100 миллионов лет.

На 2005 год также известно, что у Урана есть девять нерегулярных лун, которые вращаются вокруг него на расстоянии, намного большем, чем у Оберона. Все неправильные луны, вероятно, являются захваченными объектами, которые были захвачены Ураном вскоре после его образования. Они расположены в порядке расстояния от Урана: Франциско, Калибан, Стефано, Тринкуцио, Сикоракс, Маргарет, Просперо, Сетебос и Фердинард (опять же, названы по имени персонажей в пьесах Шекспира).

Нерегулярные спутники Урана имеют размеры от 150 км (Sycorax) до 18 км (Trinculo). За исключением Маргарет, все окружности Урана находятся на ретроградных орбитах (то есть они вращаются вокруг планеты в противоположном направлении ее вращения).

Кольцевая система Урана:

Как Сатурн и Юпитер, Уран имеет систему колец. Однако эти кольца состоят из чрезвычайно темных частиц, размер которых варьируется от микрометра до доли метра, поэтому они не так различимы, как у Сатурна. В настоящее время известно тринадцать различных колец, наиболее ярким из которых является эпсилон-кольцо. И за исключением двух очень узких, эти кольца обычно имеют ширину в несколько километров.

Кольца, вероятно, довольно молодые и, как полагают, не образовались с Ураном. Вещество в кольцах, возможно, когда-то было частью луны (или лун), которая была разрушена высокоскоростными ударами. Из многочисленных осколков, образовавшихся в результате этих ударов, выжило лишь несколько частиц в стабильных зонах, соответствующих расположению настоящих колец.

Самые ранние известные наблюдения за кольцевой системой были проведены 10 марта 1977 года Джеймсом Л. Эллиотом, Эдвардом У. Данхэмом и Джессикой Минк с использованием воздушно-десантной обсерватории Койпера. Во время затмения звезды SAO 158687 (также известного как HD 128598) они обнаружили пять колец, существующих в системе вокруг планеты, и наблюдали еще четыре.

Кольца были непосредственно изображены, когда Вояджер 2 миновал Уран в 1986 году, и зонд смог обнаружить два дополнительных слабых кольца - доведя количество наблюдаемых колец до 11. В декабре 2005 года космический телескоп Хаббла обнаружил пару ранее неизвестных колец, в результате чего общее число достигло 13. Самое большое расположен вдвое дальше от Урана, чем ранее известные кольца, поэтому их называют «внешней» кольцевой системой.

В апреле 2006 года на изображениях новых колец из обсерватории Кека были выделены цвета внешних колец: самое внешнее синее, а другое красное. Напротив, внутренние кольца Урана кажутся серыми. Одна из гипотез о синем цвете внешнего кольца состоит в том, что оно состоит из мельчайших частиц водяного льда с поверхности Mab, которые достаточно малы, чтобы рассеивать синий свет.

Исследование:

Уран посетил только один раз любой космический корабль: НАСА Вояджер 2 космический зонд, который пролетел мимо планеты в 1986 году. 24 января 1986 года Вояджер 2 пролетели в пределах 81 500 км от поверхности планеты, отправив назад единственные снимки с крупным планом, когда-либо сделанные Ураном. Вояджер 2 затем продолжил близкую встречу с Нептуном в 1989 году.

Возможность отправки Кассини Космический корабль от Сатурна до Урана был оценен на этапе планирования продления миссии в 2009 году. Однако это так и не осуществилось, так как для этого потребовалось бы около двадцати лет Кассини чтобы добраться до системы Урана после ухода Сатурна.

Что касается будущих миссий, было сделано несколько предложений. Например, орбитальный аппарат и зонд Урана были рекомендованы в рамках Десятилетнего обзора планетарной науки, опубликованного в 2011 году в 2013–2022 годах. Это предложение предусматривало запуск в период с 2020–2023 годов и 13-летний рейс в Уран. Новый Пограничный Урановый Орбитер был оценен и рекомендован в исследовании, Кейс для орбитального аппарата Урана, Однако эта миссия считается более приоритетной, чем будущие миссии на Марс и в систему Юпитера.

Ученые из Лаборатории космических наук Малларда в Соединенном Королевстве предложили совместную миссию НАСА-ЕКА на Уран, известную как Уран Патфайндер, Эта миссия предполагает запуск миссии среднего класса к 2022 году, и, по оценкам, ее стоимость составит 470 миллионов евро (~ 525 миллионов долларов США).

Другая миссия на Уран, называется Орбитальная разведка Гершеля Урановой системы (HORUS), был разработан Лабораторией прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Предложение касается орбитального аппарата с ядерной установкой, несущего набор инструментов, включая камеру для съемки изображений, спектрометры и магнитометр. Миссия должна была начаться в апреле 2021 года и прибыть на Уран 17 лет спустя.

В 2009 году команда ученых-планетологов из Лаборатории реактивного движения НАСА разработала возможные конструкции орбитального аппарата Урана на солнечной энергии. Наиболее благоприятное окно для запуска такого зонда будет в августе 2018 года с прибытием на Уран в сентябре 2030 года. Научный пакет может включать в себя магнитометры, детекторы частиц и, возможно, камеру для получения изображений.

Достаточно сказать, что Уран - трудная цель, когда дело доходит до разведки, и его расстояние сделало процесс наблюдения его распознаванием, потому что это было проблематично в прошлом. И в будущем, поскольку большая часть нашей миссии сосредоточена на изучении Марса, Европы и околоземных астероидов, перспектива миссии в этот регион Солнечной системы не представляется очень вероятной.

Но бюджетная среда меняется, как и научные приоритеты. И с интересом к взрыву пояса Койпера благодаря открытию в последние годы многих транс-нептунских объектов, вполне возможно, что ученые потребуют, чтобы была установлена миссия к Солнечной системе. Если и когда это произойдет, может быть возможно, чтобы Уран покинул зонд, собирая информацию и фотографии, чтобы помочь нам лучше понять этот «Ледяной гигант».

У нас есть много интересных статей об Уране здесь, в журнале Space. Мы надеемся, что вы найдете то, что вы ищете в списке ниже: