Планета Уран. Характеристика. Интересные факты

Уран – суровый ледяной гигант, седьмая по счету планета от Солнца. По размеру он занимает третье место в Солнечной системе. Несмотря на то, что Уран лишь в 4 раза больше Земли, по массе он превосходит нашу планету в 14 раз.

Уран – самая холодная планета Солнечной системы. Круглый год, даже летом, температура там не поднимается выше минус 200 градусов. А еще Уран – самый спокойный из всех планет-гигантов. Там, конечно, бывают и штормы, и ураганы, но по сравнению с бурями, которые бушуют на Юпитере и Сатурне, ветры Урана можно назвать легким ласковым бризом.

Все газовые гиганты имеют кольца, у Урана таких колец 13. Все они очень тонкие, темные и непрозрачные и состоят в основном из частичек маленьких спутников и метеоритов, которые Уран захватил и перемолол в пыль.

Один год на Уране длится 84 земных года, а сутки всего лишь 17 часов.

Уран – единственная планета, чье имя взято не из римской, а из греческой мифологии. Это произошло потому, что когда планета была открыта в 1871 году, астрономы по традиции решили присвоить ей божественное имя. Причем поскольку в Солнечной системе она идет вслед за Юпитером (верховным римским божеством) и Сатурном (отцом Юпитера), то по логике вещей новую планету надо было назвать в честь дедушки Юпитера и отца Сатурна. Но тут у астрономов возникла проблема: в римской мифологии у отца Сатурна имени нет! Зато в пантеоне греческих богов, где Юпитера называли Зевсом, а Сатурна Кроносом, отцом Кроноса был бог по имени Уран. Вот таким сложным и запутанным путем у новой планеты появилось греческое имя.

История открытия Урана

Первое упоминание о небесном теле, позже названном Ураном, относится к записям Дж. Флемстида. Английский ученый вел наблюдения за ним в 1690 г., но принял его за звезду, которую отнес к созвездию Тельца. В XVIII в. около 20 лет подряд за планетой вел наблюдения французский астроном ле Моньер, тоже отмечая ее на астрономических картах как звезду.

В 1775 г. выходец из Германии У. Гершель, музыкант и астроном-любитель, проживающий в г. Бат близ Бристоля (Англия), начал изучение небесных объектов в собственноручно изготовленный телескоп. Продвигаясь в своих наблюдениях по небосводу, к марту 1781 г. он дошел до звезд, расположенных в созвездии Тельца. 1 из них особо заинтересовала астронома, т.к. обнаружилась в месте, где согласно ранее составленным картам ее не должно было быть.

Объект имел вид небольшого диска, а не яркой точки, и постепенно смещался относительно других звезд. Гершель предположил, что изучаемое им небесное тело является или звездой, окруженной туманностью, или кометой, но больше склонялся к последнему варианту. В мае того же года Андрей Лексель, академик из Петербурга, занялся вычислением параметров его орбиты.

Он обнаружил, что наблюдаемый объект движется по сильно вытянутой окружности, центр которой совпадает с положением Солнца. Вычисления доказали, что траектория передвижения этого тела в нашей звездной системе соответствует планете, а не комете, и с 1873 г. оно ею и считается. Так впервые ученые открыли новую планету при помощи телескопа. Гершель предложил назвать ее «Георг», в честь короля, правившего в то время в Англии.

Однако у астрономов прижилось название «Уран», взятое немецким ученым Иоганном Боде из мифологии, — так в греческом пантеоне звали бога неба. Официально это имя было присвоено седьмой планете Солнечной системы Всемирным астрономическим сообществом в 1860 г.

Кроме самого Урана в 1787 г. Гершель открыл и 2 его крупнейших спутника: Титанию и Оберон, а в 1851 г. У. Лассел (пивовар и любитель астрономии) открыл еще 2: Ариэль и Умбриэль. Пятой стала Миранда, обнаруженная в 1948 г. американским астроном Дж. Койпером, а в 1980-х годах мир узнал о существовании колец Урана.

Первая планета, открытая астрономами

О первых шести планетах Солнечной системы (от Меркурия до Сатурна) люди знали с глубочайшей древности, поэтому невозможно точно сказать, кто является их первооткрывателем. Многие тысячи лет все ученые мира были убеждены, что граница Солнечной системы проходит по орбите Сатурна.

Первый факт наблюдения Урана относится ещё к 1690 г., однако тогда англичанин Джон Флемстид принял его за звезду. В 1781 г. Уильям Гершель определил, что Уран движется по небу, а потому не может являться звездой. Правда, сначала астроном думал, что наблюдает комету, и лишь через 2 года он сообразил, что это новая, седьмая планета Солнечной системы. Таким образом, впервые за несколько тысячелетий границы нашей планетной системы расширились, а Уран стал первой планетой, открытой с помощью телескопа. Впрочем, на самом деле его можно наблюдать и невооруженным взглядом, хотя его видимость находится вблизи предела физиологических возможностей глаза человека.

Физические характеристики

Седьмая планета в нашей системе является и 1 из самых крупных. По величине она уступает только Юпитеру и Сатурну. Физические характеристики Урана:

• масса — 8,69 × 10^25 кг;
• объем — 6,8 × 10^13 м³;
• плотность — 1,27 г/см³;
• диаметр на экваторе — около 51120 км, между полюсами — около 50000 км;
• скорость вращения по орбите — 6,8 км/секунду;
• видимая звездная величина — 6;
• среднее расстояние между планетой и солнцем — 2,8 млрд км (20 а.е.).

Период вращения Урана вокруг своей оси составляет чуть более 17 часов, а само движение совершается по часовой стрелке, т.е. является ретроградным.

Этот гигант почти лежит на плоскости своей орбиты (его ось наклонена на 98° к орбитальной), поэтому создается впечатление, что он катится вокруг Солнца, а не вращается волчком, как другие планеты.

Описание и физическое строение планеты

В отличие от Сатурна и Юпитера, в состав которых в основном входят водород и гелий, новая планета состоит из большого количества различных модификаций льда. По этим параметрам Уран больше сходен с Нептуном, у которого тоже отсутствует металлический водород.

Поэтому астрономы рассматривают эти две планеты как отдельный класс ледяных гигантов. В состав атмосферы Урана входят водород и гелий, небольшой объем составляет метан и другие элементы. Среди всех планет он считается самым холодным, так как минимальная температура составляет -224 °C.

Объясняется это наибольшей удаленностью объекта от Солнца. Ученые полагают, что облака на планете состоят из нескольких слоев, где нижний представляет собой воду, а верхний — метан. Поверхность и недра небесного тела состоят из трех слоев:

• ядро из горных пород;
• ледяная мантия;
• оболочка из гелия и водорода.

Как и газовые гиганты, планета обладает системой колец и магнитосферой. Есть и 27 спутников у Урана, сколько нет у других объектов в Солнечной системе, кроме Сатурна и Юпитера. Вращение у планеты уникальное, так как ось слегка наклонена относительно плоскости обращения. Поэтому на Уране времена года меняются по особенному графику, а днем небесное светило не поднимается высоко над горизонтом.

Орбита планеты расположена на седьмом месте от Солнца, а само космическое тело считается третьим по диаметру и четвертым по массе.

Список параметров:

• масса — 8,6832×10 25 кг;
• длина радиуса на экваторе — 25,559 тыс. км;
• полярный радиус — 24,973 тыс. км;
• плотность — 1,27 г/см³;
• ускорение свободного падения — 8,87 м/с²;
• осевой наклон — 97,77°;
• средняя скорость перемещения по орбите — 6,81 км/с;
• синодический период обращения — 369,66 дней;
• оборот вокруг Солнца — 84 года.

В 1986 году искусственный аппарат «Вояджер-2», которому пришлось лететь до Урана почти 9 лет, достиг планеты и сделал первые фотоснимки. По полученной из космоса информации, Уран выглядел невыразительно. На снимках была видна планета сине-зеленого цвета без характерных облачных полос и атмосферных вихрей.

Состав планеты

Специалисты относят Уран и Нептун к особому классу планет — ледяным гигантам, поскольку в их ядрах не обнаружено металлического водорода, но присутствует большое количество высокотемпературных модификаций льда. В недрах седьмой планеты кроме ледяных кристаллов находятся и горные породы. По химическому составу ее мантию можно назвать водно-аммиачным океаном с метановыми примесями.

Структура Урана

Планетная система Урана состоит из него самого, спутников и колец. Сейчас уже подтверждено существование 13 кольцеобразных объектов, оказавшихся намного более молодыми образованиями, чем сама планета. Предположительно, это могут быть остатки ранее захваченных объектов. Кольца Урана темные и узкие. Размер самых крупных частиц, их составляющих, не превышает 1 м.

Самое яркое — внешнее кольцо, удаленное от центра Урана на 52 тыс. км. Оно или мощнее, или плотнее других колец. Наружный объект ослабляет свет Солнца на 90%, в то время как внутренние кольца — только на 50%. Все кольцеобразные структуры имеют форму с выраженным эксцентриситетом, разную ширину и наклон к орбите, что позволяет предполагать наличие у Урана еще не открытых спутников.

Структурно Уран разделяют на 3 части:

• твердое ядро, разогретое до 5000°K;
• мантия, состоящая изо льда — модифицированной воды с растворенными в ней в больших количествах метаном и аммиаком;
• оболочка, образованная водородом и гелием в газообразном состоянии.

Наибольшую часть (около 60%) занимает мантия.

Гравитация и магнитное поле

По расчетам ученых, любое тело, падающее сверху на поверхность Урана, должно достигать ее со скоростью 8,69 м/секунду². Получается, что на планете, намного более тяжелой, чем наша, гравитация оказывается ниже земной. Это происходит потому, что значение силы тяжести на космическом объекте зависит не только от его массы, но и от плотности, а Уран относится к планетам с низкой плотностью и занимает предпоследнее место в Солнечной системе по этому параметру.

Его магнитное поле формируется в мантии, а не в геометрическом центре планеты (как это чаще всего бывает), причем не равномерно, а только в некоторой его части. Ось, соединяющая магнитные полюса, не совпадает с осью вращения Урана, а наклонена относительно нее на 59°.

Поэтому географические и магнитные полюса смещены относительно друг друга на расстояние, примерно равное ⅓ его радиуса.

Такая геометрия приводит к асимметричному распределению напряженности магнитного поля между разными точками на поверхности планеты, а полярное сияние наблюдается далеко от географических полюсов.

Магнитное поле Урана переставляет полюса планеты каждый день

27.06.2017 07:11

Наука

Очень нестабильном оказалось магнитное поле Урана. Ученые заявляют: каждый день эта планета-гигант меняет местами свои полюса. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале JGR: Space Physics.

Исследователи выяснили, что магнитный щит Урана не стоит на месте и его положение очень сильно зависит, помимо всех остальных факторов, от того, как он вращается вокруг своей оси.

«Эта особенность отличает Уран от Земли или любых других планет Солнечной системы», — заявил Кэрол Пати (Carol Paty) из Технологического института Джорджии в Атланте (США).

Второй особенностью Урана является то, что Уран вращается «лежа на боку». Ось вращения планеты находится в плоскости ее орбиты. При этом на угол в 60˚ сдвинуты относительно географических магнитные полюса Урана. К примеру, это отклонение у Земли составляет 11˚. Именно это позволяет пользоваться магнитным компасом для того, чтобы определить направление на географический полюс.

Ученые полагают, что сдвиг магнитных полюсов связан с тем, что магнитное поле планеты генерирует соленый океан, скрытый под ее плотной атмосферой. Причиной этого сдвига и того, почему планета вращается на «боку», как сегодня считают планетологи, была серия мощных столкновений Урана с крупными «зародышами» планет в далеком прошлом.

Еще одну необычную черту магнитного поля Урана узнали ученые, пытаясь воспроизвести то, как магнитное поле и атмосфера планеты-гиганта взаимодействует с солнечным ветром.

Эти необычные данные, которые ученые до сих пор не могли объяснить, были получены еще в 1986 году, когда мимо Урана пролетел зонд «Вояджер-2», получивший первые фотографии и научные данные о планете-гиганте и ее спутниках.

Необычность этих данных заключалась в том, как рассказывают астрономы, что атмосфера Урана в одни дни была «закрыта» магнитным щитом и не бомбардировалась частицами солнечного ветра, а в другие — была полностью беззащитна перед его напором.

Делая расчеты, ученые выяснили, что в определенные времена года, такие как дни зимнего или летнего солнцестояния, магнитное поле Урана выглядит как своеобразный гигантский «рубильник», переключающий положение полюсов планеты каждые 18 неполных часов, ровно через одни сутки на Уране.

Схожим образом, как считает Пати, могут себя вести и другие планеты, похожие на Уран, десятки которых были открыты за последние годы телескопом «Кеплер» и другими обсерваториями.

Изучение Урана может стать ключом к понимаю, как устроены такие планеты и может ли жизнь существовать на их спутниках, если они находятся внутри «зоны жизни», заключают ученые.

Читайтепоследние новостиPravda.Ruна сегодня

Атмосфера и поверхностный рельеф

На седьмой планете Солнечной системы нет литосферы в ее привычном понимании, поэтому не может быть и выраженного рельефа. Между мантией и стратосферой существует нечеткая граница перехода между жидкими и газообразным слоями. Температура на планете Уран опускается до -49°K (-224°C), поэтому он считается самой холодной планетой в нашей звездной системе.

На снимках в видимом спектре, полученных около 30 лет назад, Уран выглядит как космическое тело без атмосферных штормов, присущих другим планетам-гигантам. Однако сейчас по мере его приближения к точке равноденствия погодная активность на планете увеличивается, а скорость ветров над ледовым океаном достигает 250 м/секунду (900 км/ч).

Спектральный анализ показывает, что атмосфера Урана состоит по большей части из водорода (82%) и гелия (16%), а также содержит около 2% метана. Это углеводородное соединение и придает Урану зеленовато-голубой оттенок — метановые облака, составляющие верхний слой атмосферы, имеют свойство поглощать красный цвет спектра.

Нижний слой атмосферы — тропосфера начинается на расстоянии около 300 километров от жидкой мантии и простирается в высоту на 50 км. Еще 4 тыс. км приходится на стратосферу, а на высоте в 50 тыс. км над поверхностью ледяного гиганта заканчивается последний слой — термосфера.

В тропосфере предполагается наличие 4 облачных слоев:

• водяные облака, состоящие из кристаллов льда, находятся ближе всего к поверхности Урана;
• облака, образованные гидросульфидом аммония;
• аммиачные и сероводородные образования;
• метановые облака, расположенные на границе со стратосферой.

В верхних слоях кроме метана обнаружены следы и других углеводородов: этана, метилацетилена и диацетилена, которые могли образоваться в результате фотолиза под действием солнечной радиации.

Атмосфера Урана

Атмосфера Урана состоит из водорода (83%), гелия (15%), метана (2%) и прочих химических веществ в малых количествах. Учеными было установлено, что на нем присутствуют точно такие широтные полосы, как и на Юпитере, Сатурне и Нептуне.

Интересен факт, что скорость ветра на планете Уран достигает 900 км/ч (на Сатурне этот показатель вдвое больше).

В отличие от других газовых гигантов, в атмосфере Урана находится огромное количество льда. Средняя температура на планете составляет около -220°C.

О том бывают ли на Уране смены сезонов сказать сложно в связи с недостатком информации. Несколько раз астрономам удавалось фиксировать на планете «грозы», а также замечать изменения в скорости ветра.

Однако данные сведения слишком малы, чтобы делать какие-либо предположения. Возможно, в будущем новые космические миссии помогут нам больше узнать о погодных условиях на Уране.

Сравнение с Землей

Уран совершает полный оборот вокруг Солнца за 84 земных года. В момент наибольшего удаления седьмую планету и наше светило разделяют около 3 млрд км, а интенсивность солнечного излучения равна 1/400 от его значения, соответствующего орбите Земли.

По объему Уран занимает столько же пространства, как и 63 планеты, подобные нашей, но из-за более низкой плотности по массе он больше ее только в 14 раз. Сила притяжения на его поверхности составляет всего 90% от земной, поэтому гипотетически человек чувствовал бы себя там комфортно.

Исследования Урана

Уран является наименее изученной планетой Солнечной системы. Расстояние от Земли до Урана меняется от 2,7 до 2,85 млрд км, поэтому длительный срок были возможны только наземные наблюдения за ним. Первые снимки поверхности Урана были получены при помощи зонда «Вояджер-2», пролетавшего мимо планеты в 1986 г.

Аппаратура этого космического аппарата зафиксировала 2 новых кольца, проводила измерения магнитных величин и наблюдения за атмосферой, делала снимки спутников Урана. Дальнейшее изучение космического тела производилось в 1990-х годах при помощи радиотелескопа «Хаббл», которым были зафиксированы атмосферные вихри и обнаружена асимметрия в строении планеты.