Состав атмосферы Урана

Физические свойства атмосферы, обусловливающие внешний вид небесного тела, зависят от свойств и особенностей ядра планеты, история формирования которого играет важную роль.

В процессе формирования небесного тела ядро Урана не смогло собрать и удержать вокруг себя большое количество гелия и водорода. Это связано с тем, что к тому моменту, когда центральная часть планеты стала достаточно массивной, этих элементов в Солнечной системе осталось мало.

Этим специалисты объясняют большое количество метана, воды и ацетилена на условной поверхности планеты (под ней принято подразумевать уровень с атмосферным давлением 1 бар) и в нижних слоях ее атмосферного окружения.

История открытия планеты

Это 7-я планета от Солнца. Первооткрывателем этого сферического тела является Уильям Гершель. Произошло сие событие по завершении 18-го столетия. Ученый для своих открытий использовал телескоп (впервые), что и помогло ему прийти к определенным выводам. До того времени ученые думали, что Уран – звезда. В своих научных заметках Гершель не раз сравнивал Уран с кометой, однако позже пришел к другому итогу, заявив, что Уран – планета, относящаяся к Солнечной системе.

После того как все гипотезы были подтверждены и обнародованы, открытие стало масштабным событием. Однако в то непростое время атмосфера Урана не была изучена настолько подробно, как сейчас. Сегодня есть данные о том, что орбита планеты является наибольшей во всей Солнечной системе. Период оборота вокруг нашего небесного светила равен 84 года на Земле. А вокруг собственной оси шар делает полный оборот всего за 17 часов. Это наделяет атмосферный слой, состоящий из крайне тяжелых газов, высокой плотностью.

Первый атмосферный вихрь, замеченный на Уране. Снимок получен «Хабблом»

Вращение

Большой осевой наклон стал причиной того, что планета движется боком. Она катится как шарик, вращаясь по часовой стрелке. Ее полюса обращены к Солнцу согласно орбитальному периоду. Когда на одном в течение 42 лет непрерывно царит день, и длится лето, то в это время на другом темно и очень холодно.

Демонстрация наклона планеты Уран

На экваторе день и ночь сменяют друг друга через 17 час 14 мин. Именно за столько времени Уран делает виток вокруг своей оси. Полный оборот вокруг светила планета совершает за 84 года.

По мнению одних астрофизиков, причиной сильного наклона оси стало столкновение Урана с большим космическим объектом, который смог перевернуть планету на бок. По мнению других – существовал некий спутник, который смог раскачать ось вращения своим гравитационным полем. Сам же он был притянут к другому космическому объекту, размером превышающим Уран.

У голубого гиганта трудно определить, какой полюс северный, какой южный. Так происходит, потому что магнитное поле движется вместе с планетой. При аналогичных условиях на Земле постоянно происходили бы разные погодные явления. Но на Уране кроме двух основных магнитных полюсов существуют еще две пары более слабых.

Состав планеты

Состав планеты Уран отличается от больших планет Сатурна и Юпитера тем, что в его недрах нет металлического водорода. Зато много необычных модификаций льда высокой температуры.

Легких газов планета содержит немного. Ученые считают это следствием дефектов формирования небесного тела. Когда Уран смог сформировать свое ядро, в солнечной системе осталось мало свободных гелия и водорода.

У Урана гелий не локализован в центре планеты, как у других больших планет, а сосредоточен в атмосфере. Что находится во внутренних слоях атмосферы, ученые знают плохо, а в верхних слоях обнаружили этан и метилацетилен. Считается, что это продукты фотосинтеза метана под воздействием солнечного ультрафиолета.

В верхних слоях атмосферы обнаружили также углекислый и угарный газы. Ученые полагают, что это воздействие пролетающих мимо комет.

Планета Уран. Интересные факты

Общие сведения

Уран — седьмая планета от Солнца и третья по диаметру и четвёртая по массе. Любопытно, что Уран хоть и больше в диаметре, но меньше массой, чем Нептун. Уран временами едва видим невооруженным глазом в очень ясную ночь; его нетрудно отождествить в бинокль (конечно надо знать точно, куда смотреть).

Средняя удаленность от Солнца 19,1914 а. е. (2,8 млрд км), экваториальный диаметр: 25 559 км, в 4 раза больше земного, масса: 8,6813 х 10 25 кг, 14,54 масс Земли. Период обращения вокруг Солнца — 84 земных года. Средняя температура на Уране — около 60-ти Кельвинов. Имеет 27 путников. Уран является спутником Солнца.

Уран — старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, отец Хроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов).

История открытия

Планета Уран, первая из планет, обнаруженная в новой истории, была открыта случайно 13 марта 1781 г. В. Гершелем, когда тот рассматривал небо в телескоп; вначале он подумал, что это комета. Раньше, как в последствии выяснилось, планета неоднократно была наблюдаема, но ее принимали за обычную звезду (самую раннюю запись о “звезде” сделали в 1690 году, когда Джон Флэмстид каталогизировал ее как 34-ю Тельца — одно из принятых обозначений звезд в созвездиях).

Гершель дал имя планете “Georgium Sidus” (Планета Георга) в честь его покровителя, английского короля Георга III ; другие называли ее планетой Гершеля. Имя же “Уран” давалось временно и взяли его по традиции из античной мифологии, а утвердилось оно только в 1850 г.

Уран посетил только один космический корабль: недалеко от Урана пролетал “Вояджер 2”. Корабль прошел в 81 500 км от Урана 24 января 1986 года. “Вояджером-2“ были переданы тысячи изображений и другие научные данные о Уране, спутниках, кольцах, атмосфере, пространстве и магнитной среде, окружающих планету. Согласно данным, период вращения планеты Уран вокруг своей оси составляет 17 ч 14 мин. Космический корабль также обнаружил магнитосферу, которая велика настолько же, насколько и необычна.

Особенности вращения Урана

В большинстве своем у планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики (эклиптика-видимый годовой путь Солнца на небесной сфере), однако ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причина “лежачего” обращения Урана неизвестна. Зато существует спор: какой из полюсов Урана — северный. Споры эти отнюдь не подобны спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же в действительности сложилась такая ситуация с вращением этой планеты, очень многое значит в теории возникновения всей Солнечной системы, ведь почти во всех гипотезах подразумевается 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 считают, что такое положение планеты — результат столкновения с большим небесным телом, к примеру крупным астероидом, на ранних стадиях формирования Урана.

Химический состав, физические условия, строение

Уран сформировался из первоначальных твердых тел и разных льдов (подо льдами в этом случае следует понимать не только водяной лед), он только 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 планете Уран перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40 до 160 метров в секунду; на нашей планете быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50 метров в секунду.

Толстый слой (дымка) – фотохимический смог – обнаруживается вокруг освещенного Солнцем полюса. Освещенное Солнцем полушарие тоже излучает больше ультрафиолета. Инструменты “Вояждера” обнаружили отчасти более холодную полосу между 15° и 40° широты, где температура на 2-3 K ниже.

Планета Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Синий цвет Урана это результат поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Возможно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит приблизительно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана.

Подобно другим газовым планетам, у Урана имеются быстро перемещающиеся полосы облаков. Однако они очень плохо различимы, и видимы только на фотографиях с большим разрешением, сделанных “Вояджером-2”. Последние наблюдения с HST позволили рассмотреть большие облака. Предположительно, эта возможность появилась в связи с сезонными эффектами, ведь как не трудно сообразить, зима от лета на Уране сильно отличаются: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца! Планета Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца, чем наша планета, так что летом там тоже не бывает жарко. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чем получает от Солнца, как следствие, он холоден внутри?

Кольца Урана

Как и у других газовых планет, у Уране есть кольца. Наличие кольцевой системы у Урана было подтверждено официально только 10 марта 1977 г. американскими учёными Джеймсом Л. Элиотом. Наблюдалось, что звезда пять раз ослабляла на короткий промежуток времени свой блеск перед покрытием и после него, что и натолкнуло на мысль о кольцах. Следующие наблюдения c Земли показали, что в действительности есть 9 колец. Если перебирать их, удаляясь от планеты, они названы 6, 5, 4, Альфа, Бета, Эта, Гамма, Дельта и Эпсилон.

Камеры “Вояждера” смогли обнаружить несколько дополнительных колец (еще 4 кольца), и также показали, что 9 основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, они очень неяркие, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много весьма больших частиц, размеры их колеблются от 10-ти 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.

Согласно наблюдениям, кольца Урана в заметной степени отличаются от родственных им систем Юпитера и Сатурна. Неполные кольца с разным показателям прозрачности по длине каждого из колец сформировались, похоже, позднее, чем сам Уран, может быть, после разрыва нескольких спутников приливными силами.

Количество известных колец может, в результате, увеличиться, судя по наблюдениям “Вояджер-2”. Приборы показали на наличие многих узких колец (или, возможно, неполных колец или кольцевых дуг) около 50-ти 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 может объяснить 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.

У Урана, как у многих планет имеется магнитосфера. Она необычна тем, что ось симметрии ее наклонена почти на 60° к оси вращения (у Земли этот угол составляет 12°). Если бы так обстояло дело на Земле, то ориентирование при помощи компаса имело бы любопытную особенность: стрелка почти совсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на две противоположные точки 30-х параллелей.

Магнитное поле у планет земной группы и других планет-гигантов генерируется в центральном ядре, а магнитное поле вокруг Урана генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях. 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, которые располагаются недалеко от ядра.

Интенсивность поля на поверхности Урана в общих чертах сравнима с Земной, хотя оно и сильней изменяется в различных точках поверхности из-за большого смещения оси симметрии поля от центра Урана.

Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана имеется магнитный хвост, который состоит из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. “Вояждер” “чувствовал” поле, по крайней мере, в 10 миллионах километрах от планеты.

Спутники Урана

На начало 2013 г. естественных спутников у планеты Уран было известно 27. Основными, являются 5 самых крупных спутников. Их состав: лёд (состоящий из аммиака, углекислого газа и метана), перемешанный с горными породами. Обращаются спутники вокруг Урана, повернувшись к нему одной стороной, подобно нашей Луне.

Самый большой из спутников – Титания – с диаметром 1570 км, это очень немного, в сравнении со спутниками остальных планет. Оберон – второй по величине спутник. Его и Титанию, открыл сам Гершель. Дальше следуют еще меньшие по размерам спутники: Умбриэль, Ариель и Миранда. Любопытен тот факт, что имена всем спутникам Урана, были даны в честь героев бессмертных произведений Уильяма Шекспира.

Общая масса всех спутников Урана, меньше половины Тритона (крупнейшего спутника Нептуна) — самого большого в своем роде в Солнечной системе.

Интересные факты

• Уран открывали трижды.

• Один год на Уране приравнивается к 84 земным годам.

• Атмосфера планеты признана самой холодной и приравнивается к -224°C.

• День на Уране продолжительностью около 17 часов.

• Уран — это голубая планета.

• Скорость ветра на кольцах достигает — 250 м/с.

• Как результат присутствия метана в атмосфере планеты, ее цвет имеет сине-зеленый оттенок.

• Магнитное поле одной стороны Урана превышает другую больше, чем в 10 раз.

• На поверхности планет наблюдаются гигантские бури. Их площадь соразмерна с площадью Северной Америки.

• 1986 год – Уран был прозван «Самой скучной планетой во Вселенной».

• Чтобы солнечные лучи достигли Урана, понадобится три часа.

• Это единственная планета, чье название происходит не из Римской мифологии.

• На сегодняшний день Уран считается самой неизведанной планетой.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

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.

Магнитное поле Урана

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.

Видео

И в завершение интересное видео про планету Уран.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Эта статья доступна на английском языке – Planet Uranus.