Уран расстояние до земли – Планета Солнечной Системы, Как Выглядит с Земли, Размер и Спутники, Особенности Поверхности и Характеристика Атмосферы, Краткое Описание

Содержание

Далекая планета Уран – ледяная пустыня Солнечной системы

С древних времен мы наблюдаем в небе Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Соответственно определялся и состав Солнечной системы — шесть планет. Границы ближнего космоса определялись орбитой Сатурна, поэтому мало кто допускал мысль, что Солнечная система значительно больше по своим масштабам. Отсутствие технических средств не позволяло глубже заглянуть в космос и выявить другие объекты, которые имеют отношение к нашей планетарной системе. Такой чести удостоилась седьмая планета Солнечной системы — Уран.

Уран

Открытие седьмой планеты

Еще в 128 году до н.э. Гиппарх наблюдал в ночном небе тусклую точку, которая практически все время оставалась на месте. По этой причине небесное тело считали далекой звездой. В течение человеческой жизни не представляется возможным определить точную траекторию движения такого удаленного объекта. К тому же в те далекие годы отсутствовало систематизированное изучение космического пространства. Положение небесных тел на небе не фиксировалось и не отслеживалось.

Древние астрономы

К слову, продолжительность орбитального полета Урана составляет 84 земных лет.

Анализировать увиденное в ночном небе и фиксировать события, происходящие в космосе, стали гораздо позже, когда появились первые телескопы. Так произошло и с Ураном, за которым стали наблюдать только в конце XVII века. В 1690 году Джон Фламстид впервые задокументировал свои наблюдения, присвоив далекому объекту в созвездии Тельца звездный статус. Впоследствии за седьмой планетой вели наблюдения другие известные в научном мире личности — французский астроном Пьер Лемонье и англичанин Уильям Гершель.

Англичанин детально изучал увиденный объект, считая обнаруженное небесное тело кометой. Однако Гершель недолго заблуждался относительно своего открытия. Ученого смущала траектория орбиты небесного тела, которое совершало движение по небосводу по круговой орбите. Для комет характерной является эллиптическая орбита. После того, как этот факт подтвердили другие исследователи, стало понятно, что перед нами новая планета. Уильяму Гершелю предоставили право дать название седьмой планете, однако предложенный известным астрономом вариант «звезда Георга» не получил поддержки в научном сообществе.

Телескоп Гершеля

Ученые сходились во мнение, что в названиях планет Солнечной системы нужно придерживаться установившейся традиции, давать название в честь богов древнеримского пантеона. Планета, находясь за Сатурном, получила название в честь древнеримского бога Урана. Это название прижилось и стало употребляться в астрономии с середины XIX века.

Древнеримский бог Уран

Характеристики и описание седьмой планеты

Первоначально о далекой планете имелись крайне скудные сведения. Ученым путем математических расчетов удалось узнать астрофизические параметры небесного тела, установить его приблизительные размеры. Выяснилось, что Уран имеет почти круговую орбиту, совершая за 84 года полный оборот вокруг нашего центрального Светила. Объект несется по орбите со средней скоростью 6,81 км/с. Эксцентриситет планеты составляет 0,0457. В перигелии он приближается к Солнцу на расстояние 2 млрд. 748 млн. 938 тыс. 461 км. В афелии Уран удаляется от нашей звезды на расстояние в 3 млрд. километров. Чтобы достичь окрестностей столь далекой планеты, космическому кораблю, стартовавшему с Земли, придется лететь 9 лет. Космический зонд «Вояджер-2», стартовавший в 1977 году достиг окрестностей Урана только 1986 году. К слову, эта пока единственный космический аппарат, достигший далекой планеты.

Минимальная дистанция между двумя мирами составляет 2 млрд. 570 млн. километров или 17,17 а.е. Для будущих миссий, планируемых в эту область Солнечной системы, можно будет использовать другую траекторию полета. Соответственно сократиться и время пути.

Расстояние между Солнцем, Землей и Ураном

Сама седьмая планета представляет собой уникальный объект. В отличие от других объектов Солнечной системы планетарного типа, Уран лежит на боку. Ось планеты располагается к плоскости эклиптики под углом 98⁰. Этот гигантский шар резво вертится вокруг собственной оси с периодом 17 часов и 24 минуты.

Такое осевое положение можно назвать аномальным. Все остальные планеты Солнечной системы имеют оси вращения, расположенные под небольшим углом к плоскости обращения вокруг Солнца. Это объясняется центростремительными процессами, под воздействием которых шло формирование системы нашей звезды и самих планет. Что стало причиной столь необычного положения седьмой планеты, остается загадкой для ученых. Сегодня имеет место версия, согласно которой такое положение оси планеты стало результатом столкновения Урана с крупным небесным телом, масса которого примерно соответствовала массе Земли.

Находясь в таком положении, Уран неравномерно разогревается потоками солнечного света. Полюса Урана — самые освещаемые области планеты. Соответственным образом поделены и сутки на планете, которые в каждом полушарии длятся 42 земные года.

Угол наклона Урана к орбите

Хрестоматийные данные о планете

Уже в современную эпоху, когда появились мощные оптические приборы, ученым удалось получить информацию о реальных размерах седьмой планеты. Как выглядит планета Уран в объектив телескопа? Тусклая точка в космосе при близком рассмотрении оказалась ярким гигантским диском сине-зеленой расцветки. Такой необычный цвет вызван химическим составом атмосферы планеты, которая состоит из замерших газов. При детальном рассмотрении выяснилось, что Уран является очередным газовым гигантом, размер которого уступает только размерам Юпитера и Сатурна. Планета схожа со своими старшими братьями Юпитером и Сатурном по составу и структуре.

Планеты-гиганты

Позже, когда ученые открыли восьмую планету, получившую название Нептун, было решено выделить Уран и Нептун в отдельный класс — ледяные гиганты.

Диаметр планетарного диска планеты составляет 50 тыс. км. Его максимальная звездная величина – 5,32. Однако масса Урана не такая большая, как ее размеры. Масса седьмой планеты составляет 8,7х10²⁵ кг, что меньше массы Нептуна. Причина столь незначительной массы кроется в невысокой плотности объекта, которая составляет всего 1,29 г/см³. Это больше, чем плотность Сатурна, почти одинаково с аналогичными параметрами Юпитера и меньше, чем плотность Нептуна.

Плотность планет земной группы

Для сравнения, плотность планет земной группы составляет:

  • плотность Меркурия 5,42 г/см³;
  • плотность Венеры составляет 5,25 г/см³;
  • плотность Земли равняется 5,51 г/см³;
  • у Марса этот параметр равен 3,94 г/см³.

Невысокая плотность является главным отличительным признаком всех планет-гигантов, которые представляют собой плотное газообразное тело. Существует теория, что все газовые гиганты — это несостоявшиеся звезды, процесс формирования которых был прерван на начальной стадии. Спектральный анализ поверхности планетарного диска планеты позволил получить данные о составе атмосферы Урана и температурах, царящих в этом далеком мире. Выяснилось, что седьмая планета является полюсом холода Солнечной системы. На поверхности Урана отмечена температура -1200⁰С. Это и послужило поводом считать планету ледяным гигантом, в котором преобладает органический лед в жидком, полужидком и твердом состоянии.

Строение Урана и основные компоненты

Ранее считалось, что твердь планеты находится глубоко в недрах Урана. На практике оказалось, что у ледяного гиганта практически нет твердой поверхности. В центре гиганта имеется небольшое по диаметру железно-каменное ядро, размером с Марс и с такой же массой. Температура в ядре Урана недостаточно высокая, чтобы оказывать влияние на геологию планеты. Плотности ядра достаточно для формирования магнитного поля планеты, удерживающего воздушно-газовую оболочку.

Строение Урана

Ядро Урана заключено в ледяную мантию, которая в основном состоит из горячего ледяного образования, в состав которого входят метан, водяной пар и аммиак. Здесь важно отметить, что 90% всей массы планеты приходится на горячий лед. Другими словами, в недрах Урана плещется океан из воды и аммиака. Подобная модель была построена теоритически благодаря изучению сил гравитации, которыми обладает седьмая планета. Над всем этим ледяным миром возвышается атмосфера, обеспечивающая сине-зеленое сияние далекого ледяного гиганта. В отличие от глубинных слоев, в атмосфере Урана преобладает водород и гелий, которых имеется 82% и 15% соответственно. Остальные 13% атмосферы — это ацетилен и аммиак.

Атмосфера ледяной планеты

Атмосфера Урана

Как и в истории с другими газовыми гигантами, атмосфера на Уране является самой динамичной частью планеты. На планете нет четкой границы между ледяной поверхностью и воздушно-газовой оболочкой. Примерно на высоте 50 км над мнимой поверхностью начинается тропосфера, которая простирается в высоту на 250-300 км. В этом слое атмосферное давление составляет 100 бар при температурах 320К. На этом горизонте царствуют плотные аммиачные облака и скопления сероводородов. Быстрое вращение планеты вокруг собственной оси, причем в противоположную сторону орбитальному движению планеты, приводит к интенсивному возмущению атмосферы. В атмосфере Урана бушуют гигантские ураганы, а скорость ветров на этой планете является рекордной для Солнечной системы – более 900 км/ч. В 2012 году с борта космического телескопа Хаббл был замечен гигантский шторм, бушующий на поверхности седьмой планеты. Параметры этого урагана по-настоящему апокалиптические: длина штормовой области составляла 3000 км и 1700 км в поперечнике.

Ураганы на Уране

Выше этого слоя начинается стратосфера, простирающая на 4000 км. ввысь. Здесь давление подходит к нулевой отметке и к аммиаку добавляется метан. Облачность принимает разреженные формы и мало влияет на формирования планетарного климата. Температура в стратосфере постоянно варьируется, в зависимости от времени суток. Ночью здесь ледяной холод с температурой -200 градусов Цельсия. Днем в стратосфере начинается настоящее пекло, когда под воздействием солнечной радиации температура растет до отметки 550⁰С.

В химический состав стратосферы добавляется этан, придающий облику планеты характерный сине-зеленый оттенок. Присутствие ацетилена и метана в стратосфере, способствует образованию парникового эффекта, удерживающего то солнечное тепло, которое доходит до далекой планеты.

Исследования Урана сегодня и завтра

Как и другие газовые гиганты, Уран имеет свою свиту. У этой планеты есть даже своя система колец. Эти образования не столь яркие, как у Сатурна, однако достаточно плотные. Из 13 колец 2 имеют четко выраженный цветовой оттенок. Окольцованный ледяной гигант бежит в космическом пространстве в соседстве с 27 спутниками. Первые два самых крупных спутника Титанию и Оберон открыл еще Уильям Гершель в 1787 году. Впоследствии оказалось, что за ними расположены орбиты еще 25 естественных спутников, среди которых Умбриэль, Ариэль и Миранда имеют довольно крупные размеры.

«Вояджер» возле Урана

Изучение Урана осложняется тем, что планета лежит на значительном удалении от нашей планеты. Имеющиеся данные об этой планете и ее спутниках, не дают основания считать эту область Солнечной системы привлекательной с точки зрения практического освоения. Прикладная наука сосредоточена главным образом на спутниках Юпитера и Сатурна, которые имеют уникальные геофизические характеристики и могут быть интересны для последующего изучения. Этим объясняется отсутствие миссий, в программе которых предусматривается изучение Урана и его окрестностей. Единственным кораблем, который сумел приблизиться к Урану на расстояние вытянутой руки, стал аппарат «Вояджер-2», достигший далекой планеты в 1986 году.

warways.ru

описание и характеристика с фото

Солнечная система

> Система Уран > Планета Уран > Орбита Урана

Орбита Урана

Орбита Урана – седьмой планеты Солнечной системы: описание движения Урана вокруг Солнца, чему равна полуось, скорость планеты, наклон оси с фото, смена сезонов.

Перед нами необычная планета. Уран относится к группе ледяных гигантов, где в составе есть вода и прочие летучие вещества. Они сжаты до такой степени, что становятся твердыми. Кроме того, поражает длительность орбитального периода – 84 года. То есть, один год занимает практически 100 земных лет. А осевой наклон приводит к тому, что у планеты наблюдается экстремальная перемена сезонов.

Орбитальный период Урана

В среднем планета отдалена от звезды на 2.875 млрд. км. Причем может приближаться на 2.44 млрд. км или отдаляться на 3 млрд. км.

Уран, снятый телескопом Хаббл за 4-летний период

Получаем разницу в 269.3 млн. км, что выступает наибольшим показателем для солнечных планет. Средняя орбитальная скорость – 6.8 км/с, а длительность одного прохода – 84.0205 лет.

Но осевой оборот занимает лишь 17 часов, 14 минут и 24 секунды. Причем планета испытывает ретроградное вращение (как Венера).

Осевой наклон орбиты Урана

Сильнее всего удивляет осевой наклон планеты, который достигает невероятных 97.7°. То есть, выходит, что Уран буквально повален на бок, а ось вращения почти параллельна плоскости системы. Никто не знает точной причины, но это мог быть удар от крупной протопланеты в начале формирования нашей системы.

В итоге в период солнцестояния один полюс повернут к звезде без перерыва, а второй остается в тени. Получается, половина планеты на 42 года погружена в день, а вторая – на 42 года в ночь. Подобное можно отметить в нашей Антарктиде, где один день/ночь может охватывать более 24 часов.

Равноденствие отмечается на экваторе, поэтому именно эта линия переживает привычные для нас смены суток.

Сезонные перемены в орбите Урана

Большая удаленность от звезды и наклон вызывают экстремальные смены сезонов. Сложно понять цикл полностью, ведь ученые должны без перерыва наблюдать за планетой весь год. Но все же в 20-м веке удалось зафиксировать перемену яркости, температурного показателя и микроволновых лучей между солнцестояниями и равноденствиями.

Есть мнение, что изменения основываются на видимости в атмосферном слое, где прогретое полушарие проходит сквозь локальное утолщение метанового облачного покрова. Перемены касаются количества облаков и ускорения ветра.

Темное пятно, запечатленное телескопом Хаббл

Большое темное пятно и его меньший аналог также полагаются на сезонные перемены. Это масштабный облачный вихрь, сформированный ветрами с ускорением в 900 км/ч. В 2006 году отметили шторм, охвативший территорию 1700 км на 3000 км.

Пока полярные области получают больше энергии в течение года, именно экваториальные прогреваются сильнее. Никто не знает, почему так происходит, но может быть связь с чем-то эндогенным.

Да, жить на планете, где год занимает человеческую жизнь, довольно сложно. И согласитесь, что привыкнуть к метановым облакам и мощным ветрам также проблематично.

Полезные статьи:


Положение и движение Урана

Строение Урана

Поверхность Урана

v-kosmose.com

Планета Уран: строение, спутники, характеристики | Солнечная система

Седьмую планету солнечной системы – Уран – открыли лишь в 1781 году и назвали в честь древнегреческого бога, который был отцом Кроноса. Эту планету классифицируют, как одну из газообразных планет-гигантов, наряду с Юпитером, Сатурном и Нептуном.
Ульям Гершель, открывший Уран, сначала принял его за комету. Он наблюдал за созвездием Тельца, и обратил внимание на небесное тело, находившееся в том месте, которое должно было пустовать, судя по звездным картам того времени. Объект был достаточно четким и медленно двигался относительно звезд.

Он рассказал о своем наблюдении коллегам астрономам, математикам и другим ученым. Европейские астрономы принялись изучать объект, его расстояние, массу, орбиту и прочие характеристики. Российский ученый Андрей Лексель, определил расстояние между Солнцем и Ураном, оно составляло, целых 18 а. е. (2,8 млрд. км). Так, через 2 месяца, после ежедневных многочасовых наблюдений, ученые были убеждены, что Гершель открыл не комету, а далекую седьмую планету. За свое открытие, он был удостоен пожизненной денежной королевской выплаты в 200 фунтов стерлингов и награжден орденом. Эта была первая планета, открытая в Новое время. Уран расширил границы солнечной системы в глазах человека, со времен Античности.

Строение Урана

Как показывают наблюдения со спутников, железно-каменное ядро с температурой около 7000 K, на Уране присутствует, а вот рек и океанов, наблюдать не приходится. Отсутствие металлического водорода, уменьшает количество тепла, выделяемое планетой до 30%, поэтому 70% тепловой энергии Уран получает от Солнца. За ядром сразу начинается плотная очень плотная атмосфера, толщиной около 8 тыс. км. Химический состав атмосферы Урана таков: 83% водорода (h3), 15% гелия (Не) и около 2% метан (Ch5). Метан, так же как и водород, принимают активное участие в поглощении солнечной радиации, и, следовательно, инфракрасного и красного спектров. Этим объясняется сине-зеленый цвет планеты. Ветры в средних слоях, движутся со скоростью 250м/с.

Наклон оси Урана

Уран – уникальная планета солнечной системы. Наклон оси вращения составляет около 98°, это значит, что планета практически завалена набок. Для наглядности: если все планеты похожи на вращающуюся юлу, то Уран, скорее похож, на катящийся шар для боулинга. Из-за такого необычного положения, смены дня и ночи и времен года на планете, протекают, мягко говоря, нестандартно. Получается, что 42 года, один полюс находится в темноте, на другой светит Солнце, а потом они меняются. Ученые объясняют такое странное положение планеты, столкновением с другим небесным телом (возможно с другой планетой), которое произошло миллионы лет назад.

Спутники Урана

В начале третьего тысячелетия открыто и исследовано 27 спутников планеты Уран. Основными, являются 5 самых крупных спутников. Самый большой спутник – Титания – имеет диаметр всего 1570 км, это очень немного, по сравнению со спутниками остальных планет. Оберон – второй по величине спутник Урана. Он и Титания, были открыты все тем же Гершелем, обнаружившим саму планету. Далее идут еще меньшие по размерам спутники: Умбриэль, Ариель и Миранда. Интересен тот факт, что имена всем спутникам Урана, давали в честь героев бессмертных произведений Уильяма Шекспира.

Характеристики Урана

• Масса: 8,69*1025 кг (в 14 раз больше Земли)
• Диаметр на экваторе: 51118 км (в 4 раз больше Земли)
• Диаметр на полюсе: 49946 км
• Наклон оси: 98°
• Плотность: 1,27 г/см³
• Температура верхних слоев: около –220 °C
• Период обращения вокруг оси (сутки): 17 часов 15 минут
• Расстояние от Солнца (среднее): 19 а. е. или 2,87 млрд. км
• Период обращения вокруг Солнца по орбите (год): 84,5 года
• Скорость вращения по орбите: 6,8 км/с
• Эксцентриситет орбиты: e = 0,044
• Наклон орбиты к эклиптике: i = 0,773°
• Ускорение свободного падения: около 9 м/с²
• Спутники: есть 27 шт.

kosmos-gid.ru

Уран (планета) — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Ура́н (астрономический знак I), планета, среднее расстояние от Солнца — 19, 18 а. е. (2871 млн. км), период обращения 84 года, период вращения ок. 17 ч, экваториальный диаметр 51 200 км, масса 8, 7·1025 кг, состав атмосферы: Н2, Не, СН4. Ось вращения Урана наклонена на угол 98°. Уран имеет 15 спутников (5 открыты с Земли — Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон, и 10 открыты космическим аппаратом «Вояджер-2» — Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) и систему колец.

УРА́Н, седьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планетам-гигантам.Уран движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой (среднее гелиоцентрическое расстояние) в 19, 182 больше, чем у Земли, и составляет 2871 млн. км. Эксцентриситет орбиты равен 0, 047, то есть орбита довольно близка к круговой. Плоскость орбиты наклонена к эклиптике под углом 0, 8°. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84, 01 земного года. Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 часов. Существующий разброс при определении значений этого периода обусловлен несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.Вращение Урана обладает рядом отличительных особенностей: ось вращения почти перпендикулярна (98°) к плоскости орбиты, а направление вращения противоположно направлению обращения вокруг Солнца, то есть обратное (из всех других больших планет обратное направление вращения наблюдается только у Венеры).

Уран относят к числу планет-гигантов: его экваториальный радиус (25600 км) почти в четыре раза, а масса (8, 7·1025 кг) — в 14, 6 раза больше, чем у Земли. При этом средняя плотность Урана (1, 26 г/см3) в 4, 38 раза меньше, чем плотность Земли. Относительно малая плотность типична для планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевого протопланетного облака наиболее легкие компоненты (в первую очередь, водород и гелий) стали для них основным «строительным материалом», тогда как планеты земной группы включают заметную долю более тяжелых элементов.

Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана в основном состоит из водорода, гелия и метана, хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном.

Теоретическая модель строения Урана такова: его поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже — ядро из твердых пород. Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты.

Температура в центре Урана близка к 10000 К при давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар).

Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет ок. 55 К.

Подобно Нептуну и Сатурну, Уран имеет большое число спутников (к 1997 открыто 15) и систему колец. Наибольшие размеры (в километрах) и масса (в долях массы Урана) характерны для первых пяти (открытых с Земли) спутников. Это Миранда (127 км, 10-7), Ариэль (565 км, 1, 1·10-5), Умбриэль (555 км, 1, 1·10-5), Титания (800 км, 3, 2·10-5) и Оберон (815 км, 3, 4·10-5). Последние два спутника, согласно теоретическим оценкам, испытывают дифференциацию, то есть перераспределение различных элементов по глубине, в результате чего произошло образование силикатного ядра, мантии из льда (водяного и аммиачного) и ледяной коры. Выделяющаяся при дифференциации теплота приводит к заметному разогреванию недр, что может вызывать даже их расплавление. Остальные 10 спутников Урана (Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) были открыты с борта космического аппарата «Вояджер-2» в 1985-86.В течение многих веков астрономы Земли знали только пять «блуждающих звезд» — планет. 1781 был ознаменован открытием еще одной планеты, названной Ураном. Это произошло, когда английский астроном У. Гершель приступил к реализации грандиозной программы: составлению полного систематического обзора звездного неба.13 марта вблизи одной из звезд созвездия Близнецов Гершель заметил любопытный объект, который явно не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное, менялось его положение на небосводе. Гершель первоначально решил, что открыл новую комету (его доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 так и назывался — «Сообщение о комете»), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. В благодарность Георгу III, назначившему Гершеля королевским астрономом, последний предложил назвать планету «Георгиева звезда», однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название «Уран».

Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, и во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но принималась за звезду, что также заметно увеличивало число данных.

В течение 30 лет после открытия Урана острота интереса к нему периодически падала, но только на время. Дело в том, что повышение точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: оно то «отставало» от расчетного, то начинало «опережать» его. Теоретическое объяснение этих аномалий привело к новым открытиям — обнаружению заурановых планет.

  • Гребеников Е. А., Рябов Ю. А. Поиски и открытия планет. 2-е изд. М., 1984.
  • Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. 2-е изд. М., 1986.
  • Burgess Eric. Uranus and Neptune The distant giants. - New York: Columbia univ. press, 1988.

megabook.ru

Планета Уран

Планета Уран обязана своим открытием Гершелю, изучавшему небосвод в сконструированный им телескоп.

История открытия

До своего открытия, планета Уран была неоднократно замечена и ошибочно причислена к звездам. Среди неподвижных небесных тел английский астроном заметил одно, движущееся по траектории и отличающееся от остальных по цвету. Так, в конце XVIII века была обнаружена новая планета. В выбранном названии первооткрыватель хотел прославить короля Георга III, но его идея не имела успеха. Спустя несколько лет немец Боне, продолживший изучение неизвестного тела, предложил имя греческого бога – Уран, которое было признано общественностью.

Местонахождение

Уран в телескоп Хаббл

Урану так долго удавалось оставаться незамеченным из-за его исключительной отдаленности от светила. Расстояние от Солнца до далекого гиганта составляет 2,8 млрд. км. Это седьмая планета в нашей системе. Астрономы определяют ее в группу газовых гигантов. Колоссальное расстояние от источника тепла и энергии сделало Уран самой холодной планетой среди всех изученных. На поверхности гиганта зафиксированы рекордно низкие данные температуры, она опускается до -220 градусов по Цельсию.

Особенности планеты

Инфракрасный снимок Урана ESO

Уран уникален по своему расположению, его ось находится под наклоном в 98 градусов, что заставляет оригинальную планету совершать движение по орбите, лежа на боку. В таком положении на области полюсов направлен основной поток солнечной энергии, но, в разрез с логическими выводами, температура на участке экватора имеет более высокие показатели. Направление вращения ледяного гиганта обратное, по отношению к движению по орбите. Один оборот Уран делает за 84 земных года, а сутки проходят за 17 часов, этот срок вычисляется приблизительно по причине неравномерного перемещения газообразной поверхности.

Особенности строения и атмосферы

Атмосфера Урана

Масса небесного тела составляет 8,68х10 в 25 кг, она меньше, чем вес газовых гигантов, расположенных поблизости. Это обусловлено минимальной плотностью планеты – 1,27 г/см3, имеющей в основе легкие компоненты. Ее строение включает ядро из железа и камня; мантию – ледяной корпус, составляющий большую часть гиганта, и атмосферу. Эта модель разработана теоретически, ее основанием стало изучение гравитационного воздействия Урана на спутники. Эффектное голубое сияние планете придает наличие в верхних слоях частиц метана, его массовая доля составляет 2%. Основой газовой оболочки является водород – 82% и гелий – 15%. Оставшуюся часть делят аммиак и ацетилен. Мантия не является ледяной оболочкой в физическом понимании – это модифицированная смесь воды и аммиака. На планете нет твердой поверхности, этот уровень вычисляется условно исходя из показателей давления.

Нижняя область атмосферы динамична и подвержена ураганным ветрам. Над ней расположена тропопауза с облаками аммиака и сероводорода. Сезоны на Уране длятся несколько лет, в этот период одно полушарие лишено солнечного света. Магнитное поле планеты мощное и сложное, его ось смещена от оси вращения на 60 градусов.

Кольца Урана

Внутренние кольца Урана

Планета окружена собственной системой колец, состоящих из частиц различного диаметра. Имея темный цвет, они не выделяются и плохо заметны. Их рассмотрели только в 1977 году. Насчитывается 13 колец – 11 внутренних и 2 внешних, имеющих окрашенный спектр.

Спутники

Уран, кольца и спутники, снимок телескопа Кек

Уран не одинок в космических просторах, его компанию разделяют 27 крупных и мелких спутников. Два из них обнаружил в 1787 году Уильям Гершель, спустя 80 лет открыли следующую пару. Последний из пяти крупных спутников заметили почти через столетие. Эти космические объекты имеют форму шара, их тела созданы изо льда и камня. Каждый из них имеет свои особенности: Миранда – ближайшая к Урану луна, Умбриэль – имеет очень темную поверхность, Ариэль – самый молодой и светлый, Оберон – изрезан кратерами, следами прошлой вулканической деятельности. Титания похожа размерами и внешним видом на Оберон – это два крупнейших спутника. Остальные 22 объекта были открыты позднее, при помощи мощных телескопов и аппарата «Вояджер – 2». Для названий принято использовать имена персонажей произведений Шекспира и Поупа.

Основные параметры планеты

Масса: 86,832 x 10*24 кг
Объем: 6833 х 10*10 км3
Средний радиус: 25362 км
Средний диаметр: 50724 км
Средняя плотность 1,270 г/см 3
Первая космическая скорость: 21,3 км/с
Ускорение свободного падения: 8.87 м/с 2
Естественных спутников: 27
Наличие колец — да
Большая полуось: 2872460000 км
Орбитальный период: 30685.4 дней
Перигелий: 2741300000 км
Афелий: 3003620000 км
Средняя орбитальная скорость: 6.81 км/с
Наклонение орбиты: 0,772 °
Эксцентриситет орбиты: 0,0457
Звездный период вращения: 17.24 часов
Продолжительность дня: 17.24 часов
Осевой наклон: 97,77 °
Дата открытия: 13 марта 1781
Минимальное расстояние от Земли: 2581900000 км
Максимальное расстояние от Земли: 3157300000 км
Максимальный видимый диаметр с Земли: 4.1 угловых секунды
Минимальный видимый диаметр с Земли: 3.3 угловых секунды
Максимальная звездная величина: 5.32


comments powered by HyperComments

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 8641

spacegid.com

Планета Уран. Основные сведения о Уране. Атмосфера и поверхность Урана.

Подробно:


© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Планета Уран

Уран - седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран - крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³. Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран — очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с).

• В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

Температурный профиль тропосферы и нижней стратосферы Урана

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония — в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, — в диапазоне 3-10 бар, метана — в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера - самая нижняя и самая плотная часть атмосферы - характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 - 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

znaniya-sila.narod.ru

Уран | Астрофишки

Открытие Урана, как планеты, состоялось в 1781 году астрономом Уильямом Гершелем, но до этого момента его не менее двадцати раз наблюдали на небе, принимая за звезду. Имя планете было присвоено в честь древнегреческого бога небес.

Огромное небесное тело, полное сюрпризов – вот чем оказалась вновь открытая планета. Двадцать семь спутников и тринадцать колец – простор для гипотез, открытий и новых загадок. Седьмая от Солнца, планета Уран вращается недалеко от границы с дальним космосом миллиарды лет. Так же, как Сатурн, Юпитер и Нептун, она принадлежит к категории газовых гигантов, все вместе эти «жидкие» планеты имеют радикальные отличия от планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Марса.

Единственная и неповторимая из всех планет Солнечной системы, вращение которой происходит в лежачем положении. Ее ось находится под наклоном к орбите более чем на девяносто градусов. Такое положение планеты Уран может быть следствием ее столкновения в незапамятные времена с громадным астероидом. Очень интересна на Уране смена времен года. Сорок два земных года на Южном полюсе продолжается лето, при этом солнце не заходит вообще; следующие сорок два года господствует зима с постоянной ночью; осенью и весной светило появляется на небосклоне каждые девять часов.

Наклон оси Урана

Расстояние до Солнца от планеты Уран в девятнадцать раз превышает промежуток между Землей и Солнцем, кроме того, Уран тяжелее нашей космической родины в четырнадцать с половиной раз. Он больше Земли в четыре раза. Первая планета, открытая при помощи телескопа – это Уран.

В отличие от Юпитера, Сатурна и Нептуна, недра Урана заполнены большим количеством «горячих» модификаций льда – метановой, водной и аммиачной. Из-за этой особенности ученые наградили планету Уран прозвищем, которого ранее удостоился только Нептун – Ледяной гигант.

Атмосфера Урана

Атмосфера на Уране мощная, толщиной не менее 8000 км. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана. Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере планеты встречаются в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Именно метановая дымка хорошо поглощает красные лучи, поэтому Уран кажется голубым. 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».

Состав атмосферы Урана

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 разнятся: 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. Ветры в средних широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40 до 160 м/с; на Земле быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50 м/с. Дневная освещенность на Уране соответствует земным сумеркам сразу после захода Солнца. Минимальная температура 53 К наблюдалась на уровне 0,1 бар. Выше и ниже температура повышается. Температура атмосферы на уровне 2,3 бар достигает 100 К.

Внутреннее строение Урана

Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Ядро является относительно маленьким, с массой приблизительно от 0,55 до 3,7 земных масс и с радиусом в 20 % от радиуса всей планеты. Мантия (льды) составляет большую часть планеты (60 % от общего радиуса, до 13,5 земных масс). Атмосфера при массе, составляющей всего 0,5 земных масс (или, по другим оценкам, 1,5 земной массы), простирается на 20 % радиуса Урана. В центре Урана плотность должна повышаться до 9 г/см3. Давление на границе ядра и мантии должно достигать 8 млн бар (800 ГПа) при температуре в 5000 К.

Внутреннее строение Урана

Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, так как состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды, аммиака и метана. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводностью, иногда называют «океаном водного аммиака». Состав Урана и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна благодаря «льдам», преобладающим над газами, оправдывая помещение Урана и Нептуна в категорию ледяных гигантов.

Несмотря на то, что описанная выше модель наиболее распространена, она не является единственной. На основании наблюдений можно также построить и другие модели — например, в случае если существенное количество водородного и скального материала смешивается в ледяной мантии, то общая масса льдов будет ниже, и соответственно, полная масса водорода и скального материала — выше.

В настоящее время доступные данные не позволяют определить, какая модель правильней. Жидкая внутренняя структура означает, что у Урана нет никакой твёрдой поверхности, так как газообразная атмосфера плавно переходит в жидкие слои. Однако, ради удобства за «поверхность» было решено условно принять сплющенный сфероид вращения, где давление равно 1 бару. Экваториальный и полярный радиус этого сплющенного сфероида составляют 25 559 ± 4 и 24 973 ± 20 км.

Магнитосфера Урана

До начала исследований с помощью «Вояджера-2» никаких измерений магнитного поля Урана не проводилось. Перед прибытием аппарата к орбите Урана в 1986 году предполагалось, что оно будет соответствовать направлению солнечного ветра. В этом случае геомагнитные полюса должны были бы совпадать с географическими, которые лежат в плоскости эклиптики.

Магнитосфера Урана

Измерения «Вояджера-2» позволили обнаружить у Урана весьма специфическое магнитное поле, которое не направлено из геометрического центра планеты и наклонено на 59 градусов относительно оси вращения. Фактически магнитный диполь смещён от центра планеты к южному полюсу примерно на 1/3 от радиуса планеты.

Эта необычная геометрия приводит к очень асимметричному магнитному полю, где напряжённость на поверхности в южном полушарии может составлять 0,1 гаусса, тогда как в северном полушарии может достигать 1,1 гаусса. В среднем по планете этот показатель равен 0,23 гауссам (для сравнения, магнитное поле Земли одинаково в обоих полушариях, и магнитный экватор примерно соответствует «физическому экватору»).

Дипольный момент Урана превосходит земной в 50 раз. Кроме Урана, аналогичное смещённое и «накренившееся» магнитное поле также наблюдается и у Нептуна — в связи с этим предполагают, что такая конфигурация является характерной для ледяных гигантов. Одна из теорий объясняет данный феномен тем обстоятельством, что магнитное поле у планет земной группы и других планет-гигантов генерируется в центральном ядре, а магнитное поле у «ледяных гигантов» формируется на относительно малых глубинах: например, в океане жидкого аммиака, в тонкой конвективной оболочке, окружающей жидкую внутреннюю часть, имеющую стабильную слоистую структуру.

Тем не менее, по общему строению магнитосферы Уран схож с другими планетами Солнечной системы. Есть головная ударная волна, которая расположена на расстоянии от Урана в 23 его радиуса, и магнитопауза (на расстоянии 18 радиусов Урана). Имеются развитые магнитный хвост и радиационные пояса. В целом Уран по структуре магнитосферы отличается от Юпитера и больше напоминает Сатурн. Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и вращением планеты искривлён «в штопор».

Магнитосфера Урана

Магнитосфера Урана содержит заряженные частицы: протоны, электроны и небольшое количество H2+ ионов. Никаких более тяжёлых ионов в ходе исследований обнаружено не было. Многие из этих частиц наверняка берутся из горячей термосферы Урана. Энергии ионов и электронов могут достигать 4 и 1,2 мегаэлектронвольт (МэВ) соответственно. Плотность низкоэнергетических ионов (то есть ионов с энергией менее 0,001 МэВ) во внутренней магнитосфере — около 2 ионов на кубический сантиметр. Важную роль в магнитосфере Урана играют его спутники, образующие большие полости в магнитном поле. Поток частиц достаточно высок, чтобы вызвать затемнение поверхности лун за время порядка 100 000 лет. Это может быть причиной тёмной окраски спутников и частиц колец Урана. На Уране хорошо развиты полярные сияния, которые видны как яркие дуги вокруг обоих полярных полюсов. Однако, в отличие от Юпитера, на Уране полярные сияния не значимы для энергетического баланса термосферы.

Черные кольца Урана

В кольцевую систему планеты Уран входят тринадцать колец. Они не похожи на великолепные кольца Сатурна, так как цветом похожи на уголь. Темный цвет почти не отражает солнечные лучи, поэтому кольца практически незаметны на фоне бездонной черноты космического пространства. Только в 1977 году американским ученым удалось открыть первые пять. Это произошло случайно, во время наблюдения за процессом закрытия газовым гигантом одной из звезд. Такая обсервация производится для максимально точного определения плотности атмосферы планеты.

Кольца Урана

Большой неожиданностью для астрономов стало то, что звезда перестала быть видимой еще до момента полного перекрытия ее планетой Уран. Потом на какое-то время звезда опять стала видна в бездне Космоса, и тут же опять скрылась из виду. Это повторилось пять раз до того, как звезда не оказалась полностью заслонена планетой. Во время обратного процесса, когда Уран продолжил движение по орбите, открывая звезду, процесс повторился снова. Объяснение этому могло быть только одно – ученые, сами того не желая, обнаружили у космического гиганта кольца. Это не могли быть спутники, так как тогда пришлось бы допустить наличие десяти новых, причем в одной плоскости и с одной орбитой для каждых двух.

В полном соответствии с логикой наблюдатели пришли к выводу, что кольца «окрашены» в очень темные цвета. Их наименовали в соответствии с буквами греческого алфавита: Гамма, Бета, Альфа, Эпсилон и Дельта. В ближайшее время после открытия первых пяти, у планеты Уран обнаружились еще четыре кольца, а позднее, в 1984 году «Вояджер» нашел еще два кольца, которые также имели прямое отношение к планете. При помощи телескопа «Хаббл» в 2005 году люди узнали о существовании еще двух, последних колец, расположенных на очень большом расстоянии от Урана.

Схема колец Урана

Вот так и получилась цифра тринадцать, несчастливая для суеверных людей, но для космического пространства не имеющая ровно никакого значения. Что интересно, ближние одиннадцать колец имеют одинаковый почти черный оттенок, а дальние имеют спектральные отличия. Предпоследнее кольцо планеты Уран – красного цвета, а внешнее отливает в синеву. Скорее всего, тут дело в окраске частиц льда, составляющих основу этих образований. Осколки льда весьма различны в размерах. Одни не превышают нескольких миллиметров, другие громадны, до километра в диаметре.

Похожие записи

astrofishki.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о