УРАН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СКЛАД, ОРБІТА, РУХ - АРТЕ - 2025

Уран - сьома планета Сонячної системи і відноситься до групи зовнішніх планет. Поза орбітою Сатурна Уран ледь видно неозброєним оком за дуже рідкісних умов, і вам потрібно знати, куди його шукати.

З цієї причини для древніх Уран був практично непомітний, поки астроном Вільям Гершель не відкрив його в 1781 році за допомогою телескопа, який він сам побудував. Крихітна синьо-зелена крапка не була саме тим, що шукав астроном. Хершель хотів виявити зоряний паралакс, викликаний поступальним рухом Землі.

Малюнок 1. Планета Уран, у 14,5 разів масивніша за Землю. Джерело: Pixabay.

Для цього йому потрібно було знайти далеку зірку (і сусідню) і спостерігати, як вони виглядали з двох різних місць. Але однієї весняної ночі 1781 року Гершель помітив маленьку пляму, яка, здавалося, світилася трохи яскравіше, ніж інші.

Невдовзі він та інші астрономи переконалися, що це нова планета, і Гершель швидко прославився розширенням розмірів відомого Всесвіту, збільшенням кількості планет.

Нова планета не отримала свою назву одразу, тому що Гершель відмовився від використання грецького чи римського божества, а натомість назвав її Георгієм Сиду чи «Зіркою Георгія» на честь тодішнього англійського монарха Георга III.

Звичайно, цей варіант не сподобався деяким на європейському континенті, але питання було врегульовано, коли німецький астроном Йоганнес Елерт Боде запропонував ім'я Урана, бога неба і чоловіка Геї, матері Землі.

Згідно давньогрецької та римської міфологій, Уран був батьком Сатурна (Крона), який, у свою чергу, був батьком Юпітера (Зевса). Наукове співтовариство нарешті прийняло цю назву, крім Англії, де планету продовжували називати "зіркою Джорджа", принаймні до 1850 року.

Загальна характеристика Урана

Уран належить до групи зовнішніх планет Сонячної системи, будучи третьою за розміром планетою, після Сатурна та Юпітера. Він, разом з Нептуном, крижаний гігант, оскільки його склад та багато його характеристик відрізняють його від двох інших велетнів Юпітера та Сатурна.

Поки водень та гелій переважають на Юпітері та Сатурні, крижані гіганти, такі як Уран, містять важчі елементи, такі як кисень, вуглець, азот та сірка.

Звичайно, Уран також має водень та гелій, але переважно в його атмосфері. І він також містить лід, хоча не всі зроблені з води: є аміак, метан та інші сполуки.

Але в будь-якому випадку атмосфера Урана одна з найхолодніших з усіх сонячної системи. Температура там може досягати -224 ºC.

Хоча зображення показують далекий і загадковий синій диск, є ще багато яскравих особливостей. Один з них - саме синій колір, який обумовлений метаном в атмосфері, який поглинає червоне світло і відбиває синій.

Уран в атмосфері виглядає синім від газу метану, який поглинає червоне світло і відбиває синє світло.

Крім того, Уран має:

-Власне магнітне поле з асиметричним розташуванням.

-Бісній місяць.

-Кільцева система, більш делікатна, ніж у Сатурна.

Але, безумовно, найбільше вражає ретроградне обертання на цілком похилій осі обертання, настільки, що полюси Урана розташовані там, де знаходиться екватор інших, ніби він повертається набік.

Малюнок 2. Нахил осі обертання Урана. Джерело: NASA.

До речі, всупереч тому, що пропонує малюнок 1, Уран не є мирною чи одноманітною планетою. Вояджер, зонд, який отримав знімки, трапився в рідкісний період м'якої погоди.

На наступному малюнку показано нахил осі Урана на 98 ° у глобальному порівнянні між усіма планетами. На Урані саме полюси отримують найбільше тепла від далекого Сонця, а не від екватора.

Малюнок 3. Осі обертання планет Сонячної системи. Джерело: NASA.

Підсумок основних фізичних характеристик планети

-Маса: 8,69 х 10 ²⁵ кг.

-Радіо : 2,5362 х 10 ⁴ км

-Форма: сплюснута.

-Средня відстань до Сонця: 2,87 х 10 ⁹ км

- нахил орбіти : 0,77º щодо площини екліптики.

-Температура: приблизно від -220 до -205,2 ºC.

-Гравітація: 8,69 м / с ²

-Власне магнітне поле: Так.

-Атмосфера: Так, водень та гелій

-Щільність: 1290 кг / м ³

-Сателіти: 27 із призначенням на сьогоднішній день.

-Кільця: Так, близько 13 виявлених поки що.

Перекладацький рух

Уран, як і великі планети, велично обертається навколо Сонця, пройшовши приблизно одну орбіту приблизно 84 роки.

Малюнок 4. Орбіта Урана (червоного кольору) навколо Сонця Джерело: Вікімедіа. Оригінальне моделювання = Todd K. Timberlake, автор Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Орбіта Урана помітно еліптична і спочатку виявила деякі розбіжності з орбітою, обчисленою для неї законами Ньютона і Кеплера, великим математиком П'єром де Лапласом у 1783 році.

Через деякий час, у 1841 році, англійський астроном Джон Куш Адамс дуже вірно припустив, що ці розбіжності можуть бути пов’язані з порушеннями, спричиненими ще однією невидимою планетою.

У 1846 році французький математик Урбайн Ле Вер'єр уточнив обчислення можливої ​​орбіти невідомої планети і передав їх німецькому астроному Йогану Готфріду Галле в Берліні. Нептун одразу вперше з'явився у своєму телескопі, у місці, вказаному французьким вченим.

Малюнок 5. Зліва Сер Вільям Гершель (1738-1822) та праворуч Урбайн Ле Вер'є (1811-1877). Джерело: Wikimedia Commons.

Коли і як спостерігати за Ураном

Урана важко побачити неозброєним оком, оскільки він настільки віддалений від Землі. Він ледве має величину 6, коли він найяскравіший, а діаметр - 4 дугові секунди (Юпітер - близько 47º, коли це найкраще бачити).

З дуже чітким темним небом, без штучних вогнів і заздалегідь знаючи, де його шукати, ви, можливо, побачите це неозброєним оком.

Однак шанувальники астрономії можуть знайти його за допомогою небесних діаграм, знайдених в Інтернеті, та інструменту, який може бути навіть якісним біноклем. Він все одно буде виглядати як синя крапка без особливих деталей.

Малюнок 6. Уран можна побачити як маленьку блакитну крапку за допомогою телескопа та небесних діаграм. Джерело: Пікселі.

Щоб побачити 5 основних лун Урана, потрібен великий телескоп. Деталі планети можна було спостерігати за допомогою телескопа не менше 200 мм. Менші інструменти виявляють лише крихітний зеленувато-синій диск, проте варто спробувати його побачити, знаючи, що там, так далеко, він приховує стільки чудес.

Кільця Урана

У 1977 році Уран пройшов перед зіркою і сховав її. За цей час зірка блимала кілька разів, до та після приховування. Мерехтіння було викликане проходженням кілець, і таким чином троє астрономів виявили, що Уран мав систему з 9 кілець, розташованих у площині екватора.

Усі зовнішні планети мають кільцеву систему, хоча жодна не перевершує красу кілець Сатурна, тим не менш, ті, що стосуються Урана, дуже цікаві.

Зонд Voyager 2 знайшов ще більше кілець та отримав чудові зображення. У 2005 році космічний телескоп Хаббл також виявив ще 2 зовнішніх кільця.

Матеріал, що складає кільця Урана, є темним, можливо, скелями з високим вмістом вуглецю, і лише найвіддаленіші кільця багаті пилом.

Кільця підтримують форму завдяки супутникам вівчарок Урана, гравітаційна дія яких визначає їх форму. Вони також дуже тонкі, тому супутники, які їх пасуть, - це зовсім маленькі місяці.

Кільцева система - досить крихка і не дуже міцна структура, принаймні з точки зору астрономічних часів.

Частинки, що входять до кілець, постійно стикаються, тертя з атмосферою Урана розчавлює їх, а також погіршує постійне сонячне випромінювання.

Отже, стійкість кілець залежить від надходження нового матеріалу, що виходить від роздробленості супутників від ударів з астероїдами та кометами. Як і з кільцями Сатурна, астрономи вважають, що вони нещодавні і що їх походження саме в цих зіткненнях.

Малюнок 7. Між кільцями Урана та супутниками вівчарок дуже тісний взаємозв'язок, це поширено на планетах із кільцевими системами. Джерело: Wikimedia Commons. Trassiorf / Public domain.

Обертальний рух

Серед усіх особливостей Урана це найдивовижніше, адже ця планета має ретроградне обертання; тобто, він швидко обертається в зворотному напрямку, як це роблять інші планети (крім Венери), зайнявши трохи обороту трохи більше 17 годин. Така швидкість контрастує з мірою Урана, коли він подорожує своєю орбітою.

Крім того, вісь обертання настільки нахилена, що планета, здається, крутиться плоскою, як видно з анімації на малюнку 2. Планетарні вчені вважають, що колосальний вплив змістив вісь обертання планети до її поточного положення.

Малюнок 8. Ретроградне обертання та нахил осі Урана обумовлено колосальним впливом, який стався мільйони років тому. Джерело: NASA.

Пори року на Урані

Саме через цю своєрідну схильність сезони на Урані дійсно екстремальні і породжують великі кліматичні коливання.

Наприклад, під час сонцестояння один з полюсів вказує безпосередньо на Сонце, а інший - на простір. Мандрівник на освітленій стороні зауважив би, що 21 рік Сонце не сходить і не сходить, тоді як протилежний полюс занурюється в темряву.

Навпаки, на рівнодення Сонце знаходиться на екваторі планети, а потім воно піднімається і сходить протягом дня, який триває приблизно 17 годин.

Завдяки зонду Voyager 2 відомо, що в даний час південна півкуля Урана прямує до зими, а північна - до літа, що відбудеться у 2028 році.

Малюнок 9. Сезонні зміни Урана, помічені гіпотетичним мандрівником. Джерело: Насіння, М. Сонячна система.

Оскільки Урану потрібно 84 роки, щоб здійснити орбіту Сонця і перебуваючи так далеко від Землі, зрозуміло, що багато кліматичних варіацій планети досі невідомі. Більшість доступних даних надходить із згаданої місії Voyager 1986 року та спостережень, зроблених за допомогою космічного телескопа Хаббла.

Склад

Уран - не газовий гігант, а крижаний гігант. У розділі, присвяченому характеристикам, було видно, що щільність Урана, хоча і нижча, ніж у скелястих планет, як Земля, більша, ніж у Сатурна, який цілком міг плавати на воді.

Насправді значна частина Юпітера та Сатурна є рідкою, а не газоподібною, але Уран та Нептун містять велику кількість льоду, не лише води, але й інших сполук.

А оскільки маса Урана менша, тиск, який спричиняє утворення рідкого водню, настільки характерний для Юпітера та Сатурна, всередині нього не виробляється. Коли водень знаходиться в такому стані, він поводиться як метал, що викликає сильні магнітні поля цих двох планет.

Уран також має власне магнітне поле, для якого є схема на малюнку 12, хоча цікаво, що лінії поля не проходять через його центр, як у випадку із Землею, але, здається, походять з іншої точки, зміщеної звідти.

Так, в атмосфері Урана є молекулярний водень та гелій з невеликим відсотком метану, який відповідає за його синій колір, оскільки ця сполука поглинає довжину хвилі червоного кольору.

Тіло планети як такої складається з льоду, не лише води, а аміаку та метану.

Настав час виділити важливу деталь: коли планетарі говорять про "лід", вони не мають на увазі замерзлу воду, яку ми вводимо в напої, щоб охолодити їх.

"Лід" замерзлих планет-гігантів перебуває під великим тиском і високою температурою, щонайменше, кілька тисяч градусів, тому він не має нічого спільного з тим, що зберігається в холодильниках, крім складу.

Алмази на Урані

Чи можна одержувати алмази з метану? Лабораторні дослідження, проведені в Німеччині в лабораторії "Гельмгольц Зентрум Дрезден-Розендорф", свідчать про те, що це так, якщо існують адекватні умови тиску та температури.

І такі умови існують всередині Урана, тому комп'ютерні симуляції показують, що метан СН ₄ дисоціює, утворюючи інші сполуки.

Вуглець, присутній у молекулах метану, випадає в осад і перетворюється не менше, ніж на алмаз. Коли вони рухаються до внутрішніх частин планети, кристали виділяють тепло тертям і накопичуються в ядрі планети (див. Наступний розділ).

Підраховано, що утворені таким чином алмази можуть досягти до 200 кг, хоча навряд чи це підтвердять, принаймні, найближчим часом.

Внутрішня структура

На наведеній нижче схемі ми маємо структуру Урана та його шарів, про склад яких було коротко згадувано у попередньому розділі:

-Висока атмосфера.

-Середній шар, багатий молекулярним воднем та гелієм, загальна товщина атмосфери становить близько 7500 км.

-Мантія на основі льоду (яку ми вже знаємо, не схожа на звичайний лід на Землі), товщиною 10500 км.

-Скелясте ядро ​​із заліза, нікелю та силікатів радіусом 7500 км.

"Скелястий" матеріал в ядрі теж не схожий на скелі на Землі, тому що в основі планети тиск і температура занадто високі, щоб ці "гірські породи" нагадували відомі нам, але принаймні хімічний склад це не повинно бути різним.

Малюнок 10. Внутрішня структура Урана. Джерело: Wikimedia Commons.

Природні супутники Урана

Уран до цього часу має 27 призначених супутників, названих на честь персонажів у творах Вільяма Шекспіра та Олександра Попи, завдяки Джону Гершелю, сину Вільяма Гершеля, відкривача планети.

Існує 5 основних лун, які були виявлені під спостереженням телескопа, але жодна атмосфера не має, хоча, як відомо, замерзла вода. Усі вони досить малі, оскільки їхні сукупні маси не досягають половини тієї, що у Тритона, однієї з лун Нептуна, планети-близнюка Урана.

Найбільша з них - Титанія, діаметр якої становить 46% від Місяця, за нею йде Оберон. Обидва супутники були відкриті самим Вільямом Гершелем у 1787 році. Аріель і Умбріель були відкриті в середині 19 століття Вільямом Ласселлом, астрономом-аматором, який також побудував власні телескопи.

Міранду, п'ятий за величиною Місяць Урана, що має лише 14% місячного діаметра, виявив у 20 столітті Джерард Куйпер. До речі, з ім'ям цього чудового астронома пояс Койпера також був охрещений в межах Сонячної системи.

Малюнок 11. П'ять основних лун Урана, сама планета та маленький Місяць Пак. Зліва направо Уран у синьому кольорі, Шайба, Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія найбільший та Оберон. Джерело: Wikimedia Commons.

Поверхня Міранди надзвичайно міцна через потенційні удари та незвичну геологічну активність.

Інші супутники менші та відомі з Voyager 2 та космічного телескопа Хаббла. Ці місяці дуже темні, можливо, через численні удари, які випаровували матеріал на поверхні і концентрували його на ній. Також через інтенсивне випромінювання, якому вони піддаються.

Назви деяких з них та їх дія щодо підтримки кільцевої системи відображаються на рисунку 7.

Рухом супутників Урана керують припливні сили, як і система Земля-Місяць. Таким чином, періоди обертання та перекладу супутників однакові, і вони завжди показують однакове обличчя планети.

Магнітне поле

Уран має магнітне поле з приблизно 75% напруженості Землі, згідно магнітометрії зонда Вояджера 2. Оскільки внутрішня частина планети не відповідає необхідним умовам для отримання металевого водню, вчені вважають, що існує інша струмопровідна рідина, яка породжує поле.

На наступному малюнку представлені магнітні поля планет Джовіана. Усі поля певною мірою нагадують такі, що утворюються штанговим магнітом або магнітним диполем у центрі, також Землі.

Але диполь в Урані не знаходиться в центрі, також не є Нептуном, а, скоріше, зміщений у напрямку до південного полюса і помітно нахилений відносно осі обертання, якщо стосується Урана.

Малюнок 12. Схематичне магнітне поле для планет Джовіана. Поле Урана зміщене від центру, а вісь робить різкий кут з віссю обертання. Джерело: Насіння, М. Сонячна система.

Якщо Уран виробляє магнітне поле, виникає ефект динамо завдяки рухомої рідини. Фахівці вважають, що це водойма з розчиненим метаном та аміаком, досить глибока.

З тиском і температурою всередині Урана ця рідина була б хорошим провідником електрики. Ця якість разом із швидким обертанням планети та передачею тепла конвекцією є чинниками, здатними генерувати магнітне поле.

Місії до Урана

Уран знаходиться надзвичайно далеко від Землі, тому спочатку розвідка проводилася лише через телескоп. На щастя, зонд Voyager наблизився досить близько, щоб зібрати безцінну інформацію про цю невідому донедавна планету.

Вважалося, що місія Кассіні, розпочата для вивчення Сатурна, може досягти Урана, але коли його паливо вичерпалося, відповідальні за місію змусили його зникнути всередині Сатурна в 2017 році.

Зонд містив радіоактивні елементи, які, якби він врізався у Титан, один із супутників Сатурна, міг би забруднити цей світ, який, можливо, переживає якесь примітивне життя.

Космічний телескоп Хаббл також пропонує важливу інформацію та виявив існування нових кілець у 2005 році.

Після місії Voyager були запропоновані деякі місії, які неможливо було виконати, оскільки розвідка Марса і навіть Юпітера вважається пріоритетним для космічних агентств у всьому світі.

Вояджер

Ця місія полягала у запуску двох зондів: Voyager 1 і Voyager 2. В принципі вони збиралися досягти лише Юпітера та Сатурна, але після відвідування цих планет зонди продовжували прямувати до крижаних планет.

Voyager 2 досяг Урана в 1986 році, і значна частина даних, які ми маємо поки що, походить з цього зонда.

Таким чином було отримано інформацію про склад атмосфери та будову шарів, відкрили додаткові кільця, вивчили основні місяці Урана, виявили ще 10 лун і виміряли магнітне поле планети.

Він також надіслав безліч високоякісних зображень як планети, так і поверхонь її лун, повних ударних кратерів.

Потім зонд попрямував до Нептуна і нарешті увійшов у міжзоряний простір.

Список літератури

1. N + 1. 200-кілограмові алмази дощують на Уран і Нептун. Відновлено з: nmas1.org.
2. Пауелл, М. Планети оголеного ока на нічному небі (і як їх визначити). Відновлено: goleyeplanets.com.
3. Насіння, М. 2011. Сонячна система. Сьоме видання. Cengage Learning.
4. Вікіпедія. Планетарне кільце. Відновлено з: es.wikipedia.org.
5. Вікіпедія. Anneaux d'Uranus. Відновлено з: fr.wikipedia.org.
6. Вікіпедія. Дослідження Урана. Відновлено з: en.wikipedia.org.
7. Вікіпедія. Уран (планета). Відновлено з: es.wikipedia.org.