УРАН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СОСТАВ, ОРБИТА, ДВИЖЕНИЕ - ARTE - 2025

Уран - седьмая планета Солнечной системы и принадлежит к группе внешних планет. За пределами орбиты Сатурна Уран едва виден невооруженным глазом в очень редких условиях, и вам нужно знать, где искать.

По этой причине для древних Уран был практически невидимым, пока астроном Уильям Гершель не открыл его в 1781 году с помощью построенного им телескопа. Крошечная сине-зеленая точка была не совсем тем, что искал астроном. Гершель хотел обнаружить звездный параллакс, вызванный поступательным движением Земли.

Рисунок 1. Планета Уран, в 14,5 раз массивнее Земли. Источник: Pixabay.

Для этого ему нужно было найти далекую звезду (и ближайшую) и наблюдать, как они выглядят из двух разных мест. Но однажды весенней ночью 1781 года Гершель заметил маленькое пятно, которое, казалось, светилось немного ярче других.

Вскоре он и другие астрономы убедились, что это новая планета, и Гершель быстро прославился тем, что увеличил размер известной вселенной, увеличив количество планет.

Новая планета не сразу получила свое название, потому что Гершель отказался использовать греческое или римское божество и вместо этого назвал ее Георгиум Сиду или «Звезда Георгия» в честь тогдашнего английского монарха Георга III.

Естественно, этот вариант не нравился некоторым на европейском континенте, но вопрос был решен, когда немецкий астроном Йоханнес Элерт Боде предложил имя Урана, бога неба и мужа Геи, матери Земли.

Согласно древнегреческой и римской мифологии, Уран был отцом Сатурна (Кроноса), который, в свою очередь, был отцом Юпитера (Зевса). Научное сообщество наконец приняло это название, за исключением Англии, где планету продолжали называть «звездой Георгия», по крайней мере, до 1850 года.

Общие характеристики Урана

Уран принадлежит к группе внешних планет Солнечной системы, являясь третьей планетой по размеру после Сатурна и Юпитера. Вместе с Нептуном он является ледяным гигантом, поскольку по своему составу и многим характеристикам он отличается от двух других гигантов Юпитера и Сатурна.

В то время как водород и гелий преобладают на Юпитере и Сатурне, ледяные гиганты, такие как Уран, содержат более тяжелые элементы, такие как кислород, углерод, азот и сера.

Конечно, на Уране также есть водород и гелий, но в основном в его атмосфере. И еще в нем есть лед, хотя не все из воды: есть аммиак, метан и другие соединения.

Но в любом случае атмосфера Урана - одна из самых холодных в Солнечной системе. Температура здесь может достигать -224 ºC.

Хотя изображения показывают далекий и загадочный синий диск, есть еще много ярких деталей. Один из них - это именно синий цвет, связанный с присутствием в атмосфере метана, который поглощает красный свет и отражает синий.

Уран кажется голубым из-за метана в своей атмосфере, который поглощает красный свет и отражает синий свет.

Кроме того, на Уране есть:

-Собственное магнитное поле с несимметричным расположением.

-Многочисленные луны.

-Кольцевая система более тонкая, чем у Сатурна.

Но определенно самое поразительное - это ретроградное вращение по полностью наклонной оси вращения, настолько сильное, что полюса Урана расположены там, где находится экватор других, как если бы он поворачивался вбок.

Рисунок 2. Наклон оси вращения Урана. Источник: НАСА.

Кстати, вопреки тому, что предполагает рисунок 1, Уран не является мирной или однообразной планетой. Зонд "Вояджер", который получил изображения, случайно пролетел мимо в редкий период мягкой погоды.

На следующем рисунке показан наклон оси Урана под углом 98º в глобальном сравнении между всеми планетами. На Уране больше всего тепла от далекого Солнца получают полюса, а не экватор.

Рисунок 3. Оси вращения планет Солнечной системы. Источник: НАСА.

Краткое изложение основных физических характеристик планеты

-Масса: 8,69 х 10 ²⁵ кг.

-Радио: 2,5362 x 10 ⁴ км

-Форма: приплюснутая.

-Среднее расстояние до Солнца: 2,87 х 10 ⁹ км

- Наклон орбиты : 0,77º по отношению к плоскости эклиптики.

-Температура: от -220 до -205,2 ºC приблизительно.

-Гравитация: 8,69 м / с ²

-Собственное магнитное поле: Да.

-Атмосфера: да, водород и гелий

-Плотность: 1290 кг / м ³

-Спутников: 27 с обозначением на сегодняшний день.

-Кольца: Да, на данный момент обнаружено около 13.

Движение переводов

Уран, как и большие планеты, величественно вращается вокруг Солнца, для того чтобы завершить один оборот по орбите за 84 года.

Рисунок 4. Орбита Урана (красным цветом) вокруг Солнца. Источник: Wikimedia Commons. Оригинальное моделирование = Тодд К. Тимберлейк, автор Easy Java Simulation = Франсиско Эскемббре / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Орбита Урана в значительной степени эллиптическая и первоначально показывала некоторые расхождения с орбитой, рассчитанной для него по законам Ньютона и Кеплера великим математиком Пьером де Лапласом в 1783 году.

Некоторое время спустя, в 1841 году, английский астроном Джон Коуч Адамс очень правильно предположил, что эти несоответствия могут быть вызваны возмущениями, вызванными другой, все еще невидимой планетой.

В 1846 году французский математик Урбен Леверье уточнил расчеты возможной орбиты неизвестной планеты и передал их немецкому астроному Иоганну Готфриду Галле в Берлин. Нептун сразу же впервые появился в его телескоп, в месте, указанном французским ученым.

Рис. 5. Слева сэр Уильям Гершель (1738-1822) и справа Урбен Леверье (1811-1877). Источник: Wikimedia Commons.

Когда и как наблюдать Уран

Уран трудно увидеть невооруженным глазом, потому что он так далеко от Земли. Его величина едва достигает 6, когда он самый яркий, а диаметр - 4 угловых секунды (Юпитер находится под углом около 47º, когда он лучше всего виден).

С очень чистым темным небом, без искусственного освещения и заранее зная, куда смотреть, возможно, вы сможете увидеть это невооруженным глазом.

Тем не менее, поклонники астрономии могут найти его с помощью карт звездного неба, найденных в Интернете, и инструмента, который может быть даже биноклем хорошего качества. Он по-прежнему будет выглядеть как синяя точка без особых деталей.

Рисунок 6. Уран можно увидеть в виде маленькой синей точки с помощью телескопа и карты звездного неба. Источник: Pexels.

Чтобы увидеть 5 главных спутников Урана, нужен большой телескоп. Детали планеты можно было наблюдать в телескоп не менее 200 мм. На более мелких инструментах виден лишь крошечный зеленовато-синий диск, однако его стоит попытаться увидеть, зная, что там, так далеко, он скрывает так много чудес.

Кольца Урана

В 1977 году Уран прошел перед звездой и спрятал ее. За это время звезда несколько раз моргнула, до и после маскировки. Мерцание было вызвано прохождением колец, и таким образом три астронома обнаружили, что Уран имеет систему из 9 колец, расположенных в плоскости экватора.

Все внешние планеты имеют кольцевую систему, хотя ни одна из них не превосходит по красоте кольца Сатурна, тем не менее, кольца Урана очень интересны.

Зонд "Вояджер-2" обнаружил еще больше колец и получил отличные изображения. В 2005 году космический телескоп Хаббла также обнаружил еще 2 внешних кольца.

Вещество, из которого состоят кольца Урана, темное, возможно, горные породы с высоким содержанием углерода, и только самые внешние кольца богаты пылью.

Форма колец поддерживается спутниками-пастухами Урана, гравитационное действие которых определяет их форму. К тому же они очень тонкие, поэтому пасущиеся на них спутники - довольно маленькие луны.

Кольцевая система - довольно хрупкая и не очень прочная конструкция, по крайней мере, с точки зрения астрономических времен.

Частицы, составляющие кольца, непрерывно сталкиваются, трение с атмосферой Урана раздавливает их, а постоянное солнечное излучение ухудшает их.

Следовательно, живучесть колец зависит от поступления в них нового материала в результате фрагментации спутников в результате столкновений с астероидами и кометами. Как и в случае с кольцами Сатурна, астрономы считают, что они появились недавно и что их происхождение связано именно с этими столкновениями.

Рис. 7. Между кольцами Урана и спутниками-пастухами существует очень тесная взаимосвязь, это обычное явление для планет с системой колец. Источник: Wikimedia Commons. Трассиорф / Общественное достояние.

Вращательное движение

Среди всех особенностей Урана это самое удивительное, потому что эта планета имеет ретроградное вращение; иными словами, она быстро вращается в направлении, противоположном тому, как это делают другие планеты (кроме Венеры), и на один оборот требуется чуть более 17 часов. Такая скорость контрастирует с мерой Урана, движущегося по своей орбите.

Кроме того, ось вращения наклонена так, что кажется, что планета вращается плоско, как показано на анимации на рисунке 2. Ученые-планетологи считают, что колоссальный удар сместил ось вращения планеты в ее текущее положение.

Рис. 8. Ретроградное вращение и наклон оси Урана вызваны колоссальным ударом, произошедшим миллионы лет назад. Источник: НАСА.

Времена года на Уране

Именно из-за этой особой склонности сезоны на Уране действительно экстремальны и вызывают большие климатические колебания.

Например, во время солнцестояния один из полюсов указывает прямо на Солнце, а другой - в космос. Путешественник на освещенной стороне заметил бы, что в течение 21 года Солнце не восходит и не заходит, а противоположный полюс погружается во тьму.

Напротив, в день равноденствия Солнце находится на экваторе планеты, а затем оно восходит и заходит в течение дня, который длится примерно 17 часов.

Благодаря зонду "Вояджер-2" стало известно, что южное полушарие Урана в настоящее время движется к зиме, а северное - к лету, которое произойдет в 2028 году.

Рисунок 9. Сезонная вариация на Уране, наблюдаемая гипотетическим путешественником. Источник: Seeds, M. Solar System.

Поскольку Урану требуется 84 года, чтобы вращаться вокруг Солнца и он находится так далеко от Земли, понятно, что многие климатические изменения планеты все еще неизвестны. Большая часть доступных данных получена в результате вышеупомянутой миссии «Вояджер» 1986 года и наблюдений, проведенных с помощью космического телескопа Хаббл.

Сочинение

Уран - не газовый гигант, а ледяной гигант. В разделе, посвященном характеристикам, было видно, что плотность Урана, хотя и ниже, чем у каменистых планет, таких как Земля, но больше, чем у Сатурна, который вполне может плавать на воде.

На самом деле большая часть Юпитера и Сатурна жидкая, а не газообразная, но Уран и Нептун содержат большое количество льда, не только воды, но и других соединений.

А поскольку масса Урана меньше, давления, вызывающие образование жидкого водорода, столь характерного для Юпитера и Сатурна, не возникают внутри него. Когда водород находится в этом состоянии, он ведет себя как металл, что вызывает сильные магнитные поля этих двух планет.

У Урана также есть свое собственное магнитное поле, диаграмма которого представлена ​​на рис. 12, хотя, что любопытно, силовые линии не проходят через его центр, как в случае с Землей, а, кажется, берут начало в другой точке, смещенной оттуда.

Итак, в атмосфере Урана есть молекулярный водород и гелий с небольшим процентом метана, который отвечает за его синий цвет, так как это соединение поглощает волны красного цвета.

Тело планеты как таковое состоит из льда, не только из воды, но и из аммиака и метана.

Пришло время выделить важную деталь: когда ученые-планетологи говорят о «льде», они не имеют в виду замороженную воду, которую мы добавляем в напитки для их охлаждения.

«Лед» замороженных планет-гигантов находится под большим давлением и высокими температурами, по крайней мере, в несколько тысяч градусов, поэтому он не имеет ничего общего с тем, что хранится в холодильниках, кроме состава.

Бриллианты на Уране

Можно ли производить алмазы из метана? Лабораторные исследования, проведенные в Германии, в лаборатории Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf, показывают, что это так, пока существуют адекватные условия давления и температуры.

И эти условия существуют внутри Урана, поэтому компьютерное моделирование показывает, что метан CH ₄ диссоциирует с образованием других соединений.

Углерод, присутствующий в молекулах метана, осаждается и превращается в не что иное, как алмаз. По мере продвижения внутрь планеты кристаллы выделяют тепло за счет трения и накапливаются в ядре планеты (см. Следующий раздел).

По оценкам, образующиеся таким образом алмазы могут достигать веса до 200 кг, хотя вряд ли это подтвердит, по крайней мере, в ближайшем будущем.

Внутренняя структура

На схеме, показанной ниже, мы видим структуру Урана и его слоев, состав которых был кратко упомянут в предыдущем разделе:

-Верхняя атмосфера.

-Средний слой богат молекулярным водородом и гелием, общая толщина атмосферы составляет около 7500 км.

-Ледяная мантия (которая, как мы уже знаем, не похожа на обычный лед на Земле), толщиной 10 500 км.

- Каменное ядро ​​из железа, никеля и силикатов радиусом 7500 км.

«Каменистый» материал в ядре тоже не похож на скалы на Земле, потому что в центре планеты давление и температура слишком высоки для этих «скал», чтобы напоминать те, что мы знаем, но, по крайней мере, химический состав не должно быть иначе.

Рисунок 10. Внутреннее строение Урана. Источник: Wikimedia Commons.

Естественные спутники Урана

У Урана на данный момент есть 27 назначенных спутников, названных в честь персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа, благодаря Джону Гершелю, сыну Уильяма Гершеля, первооткрывателя планеты.

Наблюдения с помощью телескопа обнаружили 5 главных спутников, но ни у одного из них нет атмосферы, хотя известно, что они содержат замороженную воду. Все они довольно малы, поскольку их совокупная масса не достигает половины массы Тритона, одной из лун Нептуна, планеты-близнеца Урана.

Самая большая из них - Титания, диаметр которой составляет 46% от диаметра Луны, за ней следует Оберон. Оба спутника были обнаружены самим Уильямом Гершелем в 1787 году. Ариэль и Умбриэль были обнаружены в середине 19 века Уильямом Ласселом, астрономом-любителем, который также построил свои собственные телескопы.

Миранда, пятая по величине луна Урана с диаметром всего 14% от лунного, была открыта в 20-м веке Жераром Койпером. Кстати, с именем этого замечательного астронома крестили пояс Койпера и в пределах Солнечной системы.

Рис. 11. 5 главных спутников Урана, сама планета и маленькая луна Пак. Слева направо: Уран в синем, Пак, Миранда, Ариэль, Умбриэль, Величайшая Титания и Оберон. Источник: Wikimedia Commons.

Поверхность Миранды чрезвычайно неровная из-за возможных ударов и необычной геологической активности.

Остальные спутники меньше по размеру и известны по "Вояджеру-2" и космическому телескопу Хаббла. Эти луны очень темные, возможно, из-за многочисленных ударов, при которых материал испарялся на поверхности и концентрировался на ней. Также из-за интенсивного излучения, которому они подвергаются.

Названия некоторых из них и их действия по поддержанию кольцевой системы показаны на рисунке 7.

Движение спутников Урана определяется приливными силами, как и система Земля-Луна. Таким образом, периоды вращения и перемещения спутников одинаковы, и они всегда обращены к планете одним лицом.

Магнитное поле

Согласно данным магнитометрии зонда "Вояджер 2", магнитное поле Урана составляет примерно 75% от земного. Поскольку внутренняя часть планеты не соответствует необходимым условиям для производства металлического водорода, ученые полагают, что существует еще одна проводящая жидкость, которая генерирует поле.

На следующем рисунке представлены магнитные поля планет Юпитера. Все поля до некоторой степени напоминают поля, создаваемые стержневым магнитом или магнитным диполем в центре, также как и у Земли.

Но диполь на Уране не находится в центре, как и у Нептуна, а скорее смещен к южному полюсу и заметно наклонен по отношению к оси вращения, как в случае с Ураном.

Рис. 12. Схема магнитного поля планет Юпитера. Поле Урана смещено от центра, а его ось составляет острый угол с осью вращения. Источник: Сидс, М. Солнечная система.

Если Уран создает магнитное поле, должен быть эффект динамо благодаря движущейся жидкости. Специалисты считают, что это довольно глубокий водоем с растворенными метаном и аммиаком.

Учитывая давление и температуру внутри Урана, эта жидкость могла бы быть хорошим проводником электричества. Это качество вместе с быстрым вращением планеты и передачей тепла путем конвекции являются факторами, способными генерировать магнитное поле.

Миссии на Уран

Уран находится очень далеко от Земли, поэтому поначалу исследования велись только с помощью телескопа. К счастью, зонд "Вояджер" подобрался достаточно близко, чтобы собрать бесценную информацию об этой планете, неизвестной до недавнего времени.

Считалось, что миссия Кассини, которая была запущена для изучения Сатурна, могла достичь Урана, но когда у него закончилось топливо, ответственные за миссию заставили его исчезнуть внутри Сатурна в 2017 году.

Зонд содержал радиоактивные элементы, которые, если бы они врезались в Титан, одну из лун Сатурна, могли бы заразить этот мир, в котором, возможно, живет какая-то примитивная жизнь.

Космический телескоп Хаббла также предлагает важную информацию и обнаружил существование новых колец в 2005 году.

После миссии "Вояджер" было предложено несколько миссий, которые не удалось выполнить, поскольку исследование Марса и даже Юпитера считается приоритетом для космических агентств всего мира.

Вояджер

Эта миссия состояла из запуска двух зондов: «Вояджер-1» и «Вояджер-2». В принципе, они собирались достичь только Юпитера и Сатурна, но после посещения этих планет зонды продолжили движение к замороженным планетам.

"Вояджер-2" достиг Урана в 1986 году, и большая часть данных, которые у нас есть, получены с этого зонда.

Таким способом была получена информация о составе атмосферы и структуре слоев, обнаружены дополнительные кольца, изучены главные спутники Урана, обнаружено еще 10 спутников и измерено магнитное поле планеты.

Он также отправил множество высококачественных изображений как планеты, так и поверхности ее спутников, полных ударных кратеров.

Затем зонд направился к Нептуну и, наконец, вошел в межзвездное пространство.

Ссылки

1. N + 1. 200-килограммовые алмазы падают на Уран и Нептун. Получено с: nmas1.org.
2. Пауэлл, М. Планеты невооруженным глазом в ночном небе (и как их идентифицировать). Получено с: nakedeyeplanets.com.
3. Семена, М. 2011. Солнечная система. Издание седьмое. Cengage Learning.
4. Wikipedia. Планетарное кольцо. Получено с: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d'Uranus. Получено с: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Исследование Урана. Получено с: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Уран (планета). Получено с: es.wikipedia.org.