Ученые впервые измерили температуру колец Урана

Уран — седьмая планета в Солнечной системе и третий по счету газовый гигант. Планета является третьей по величине и четвертой по массе, а свое название получила в честь отца римского бога Сатурна.

Именно Уран удостоился чести быть первой планетой, открытой в современной истории. Однако на самом деле, его первоначальное открытие его как планеты фактически не происходило. В 1781 году астроном Уильям Гершель при наблюдении звезд в созвездии Близнецов, заметил неких дискообразный объект, который он поначалу записал в разряд комет, о чем и сообщил в Королевское научное сообщество Англии. Однако позже самого Гершеля озадачил тот факт, что орбита объекта оказалась практически круглой, а не эллиптической, как это бывает у комет. И только когда это наблюдения было подтверждено другими астрономами, Гершель пришел к выводу, что на самом деле открыл планету, а не комету, и открытие, наконец, получило широкое признание.

После подтверждения данных о том, что обнаруженный объект является планетой, Гершель получил необыкновенную привилегию — дать ей свое название. Не долго думая, астроном выбрал имя короля Англии Георга III и назвал планету Georgium Sidus, что в переводе означает «Звезда Георга». Однако название так и не получило научного признания и ученые, в большинстве своем, пришли к выводу, что лучше придерживаться определенной традиции в названии планет Солнечной системы, а именно называть их в честь древнеримских богов. Так Уран получил свое современное название.

В настоящее время единственной планетарной миссией, которой удалось собрать сведения про Уран, является Voyager 2.

«Вояджер-2» и Уран

Эта встреча, которая произошла в 1986 году, позволила ученым получить достаточно большое количество данных о планете и сделать множество открытий. Космический корабль передал тысячи фотографий Урана, его спутников и колец. Несмотря на то, что многие фотографии планеты не отобразили практически ничего, кроме сине-зеленого цвета, который можно было наблюдать и с наземных телескопов, другие изображения показали наличие десяти ранее неизвестных спутников и двух новых колец. На ближайшее будущее никаких новых миссий к Урану не запланировано.

Атмосфера Урана

Из-за темно-синего цвета Урана атмосферную модель планеты оказалось составить гораздо сложнее, нежели модели того же Юпитера или даже Сатурна. К счастью, снимки, полученные с космического телескопа «Хаббл» позволили получить более широкое представление. Более современные технологии визуализации телескопа дали возможность получить гораздо более детальные снимки, нежели чем у Voyager 2. Так благодаря фотографиям «Хаббл» удалось выяснить, что на Уране существуют широтные полосы как и на других газовых гигантах. Кроме того, скорость ветров на планете может достигать более 576 км / час.

Считается, что причиной появления однообразной атмосферы является состав самого верхнего ее слоя. Видимые слои облаков состоят в основном из метана, который поглощает эти наблюдаемые длины волн, соответствующие красному цвету. Таким образом, отраженные волны представлены в виде синего и зеленого цветов.

Под этим наружным слоем метана, атмосфера состоит из примерно 83% водорода (H2) и 15% гелия, где присутствует определенное количество метана и ацетилена. Подобный состав аналогичен другим газовым гигантам Солнечной системы. Однако атмосфера Урана резко отличается в другом отношении. В то время как у атмосферы у Юпитера и Сатурна в основном газообразные, атмосфера Урана содержит гораздо больше льда. Свидетельством тому являются экстремально низкие температуры на поверхности. Учитывая тот факт, что температура атмосферы Урана достигает -224 °С, ее можно назвать самой холодной из атмосфер в Солнечной системе. Кроме того, имеющиеся данные указывают на то, что такая крайне низкая температура присутствует практически вокруг всей поверхности Урана, даже на той стороне которая не освещается Солнцем.

Структура Урана

Уран, по мнению планетологов, состоит из двух слоев: ядра и мантии. Современные модели позволяют предположить, что ядро в основном состоит из камня и льда и примерно в 55 раз превышает массу Земли. Мантия планеты весит 8,01 х 10 в степени 24 кг., или около 13,4 масс Земли. Кроме того, мантия состоит из воды, аммиака и других летучих элементов. Основным отличием мантии Урана от Юпитера и Сатурна является то, что она ледяная, пусть и не в традиционном смысле этого слова. Дело в том, что лед очень горячий и толстый, а толщина мантии составляет 5,111 км.

Что самое удивительное в составе Урана и то, что отличает его от других газовых гигантов нашей звездной системы, является то, что он не излучает больше энергии, чем получает от Солнца. Учитывая тот факт, что даже Нептун, который очень близок по размеру к Урану, производит примерно в 2,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца, ученые сегодня очень заинтригованы в столь слабой мощности генерируемой Ураном энергии. На данный момент существует два объяснения данному явлению. Первая указывает на то, что Уран подвергся воздействию объемного космического объекта в прошлом, что привело к потере большей части внутреннего тепла планеты (полученной во время формирования) в космическое пространство. Вторая теория утверждает, что внутри планеты существует некий барьер, который не позволяет внутреннему теплу планеты вырваться на поверхность.

Описательные характеристики

Кольца Урана представлены 13-ю единицами. Условно они могут быть разделены на три категории. Девять объектов являются узкими, два – пылевыми, два – внешними. В их составе преобладают небольшие частицы, а также пыль. Наряду с ними, вероятно, существуют неразличимые полосы пыли с тонкими колечками. Есть мнение, что их существование является временным, а в составе имеется несколько отдельных дужек, которые обнаруживаются при покрытии звезды планетного типа.

Все элементы состоят из тёмного вещества. Их альбедо не превышает 5-6%. Наряду с этим представители учёного мира обнаружили существенный оппозиционный эффект, в рамках которого увеличивается отображающая способность и уменьшение размера угла. Внешне кольца кажутся красноватыми по цвету, никаких спектральных нюансов они не имеют.

Химический состав, которым наделены кольца Урана, в настоящее время неизвестен. Однако тот факт, что чистого водяного льда в них не имеется, доказан. Ведь они являются чрезмерно тёмными. Сама природа вещества до сих пор неизвестна, но скорее всего она является органической. По ещё одной версии элементы состоят из чрезмерно преобразованного вещества, которое схоже с составом внутренних урановых спутников.

А Вы смотрели: Состав и строение кометы, из чего состоят

В целом элементы данной системы не имеют сходств ни с тусклыми пылевыми кольцами, принадлежащими Юпитеру, ни с широкими сложными элементами, относящимися к Сатурну. Некоторые из них обладают чрезмерной яркостью, чему способствуют частички водяного льда. А пылевые скопления, образованные между ними, могут быть схожи с элементами Юпитера.

Орбита и вращение Урана

Само открытие Урана позволило ученым расширить радиус известной Солнечной системы почти в два раза. Это означает, что в среднем орбита Урана составляет около 2,87 х 10 в степени 9 км. Причиной столь огромного расстояния является длительность прохождения солнечного излучения от Солнца до планеты. Солнечному свету необходимо около двух часов и сорока минут чтобы достичь Урана, что почти в двадцать раз дольше, чем требуется солнечному свету для того, чтобы достигнуть Земли. Огромное расстояние влияет и на продолжительность года на Уране, он длится почти 84 земных года.

Эксцентриситет орбиты Урана составляет 0.0473, что лишь немногим меньше, чем у Юпитера — 0,0484. Данный фактор делает Уран четвертым из всех планет Солнечной системы по показателю круговой орбиты. Причиной столь небольшого эксцентриситета орбиты Урана является разница между его перигелием 2,74 х 10 в степени 9 км и афелием 3,01 х 109 км составляет всего 2,71 х 10 в степени 8 км.

Самым интересным моментом в процессе вращения Урана является положение оси. Дело в том, что ось вращения для каждой планеты, кроме Урана, примерно перпендикулярна их плоскости орбиты, однако ось Урана наклонена почти на 98°, что фактически означает, что Уран вращается на боку. Результатом такого положения оси планеты является то, что северный полюс Урана находится на Солнце половину планетарного года, а другая половина приходится на южный полюс планеты. Другими словами, дневное время на одном полушарии Урана длится 42 земных года, а ночное, на другом полушарии столько же. Причиной, по которой Уран «повернулся на бок», ученые опять же называют столкновение с огромным космическим телом.

Кольца Урана

Учитывая тот факт, что самыми популярными из колец в нашей Солнечной системе длительное время оставались кольца Сатурна, кольца Урана не удавалось обнаружить вплоть до 1977 года. Однако причина не только в этом, есть еще две причины столь позднего обнаружения: расстояние планеты от Земли и низкая отражательная способность самих колец. В 1986 году космический аппарат Voyager 2 смог определить наличия у планеты еще двух колец, помимо известных на то время. В 2005 году космический телескоп «Хаббл» заметил еще два. На сегодняшний день планетологам известно 13 колец Урана, самым ярким из которых является кольцо Эпсилон.

Кольца Урана отличаются от сатурнианских практически всем — от размеров частиц до из состава. Во-первых, частицы, составляющие кольца Сатурна маленькие, немногими больше, чем несколько метров в диаметре, тогда как кольца Урана содержат множество тел до двадцати метров в диаметре. Во-вторых, частицы колец Сатурна в основном состоят изо льда. Кольца Урана, тем не менее, состоят как изо льда так и значительной пыли и мусора.

Краткая историческая справка

За 200 лет до этих значимых событий кольца Урана не раз упоминались в астрономической науке. Например, Уильям Гершель предоставлял информацию о проводимых наблюдениях. Однако астрономы современности имеют сомнения в вероятности такого открытия в связи со слабостью и тусклостью колец. Ведь они просто не могли быть обнаружены с использованием оборудования того времени.

В 2008 г. земному миру было открыто 13 колец. Есть вероятность нахождения между основными элементами более слабых дуг и скоплений. Все известные человечеству кольца являются тёмными и имеют уровень альбедо, не превышающий 2%. Есть предположение, что в их составе присутствует водяной лёд, а также органические вещества.

Самое первое упоминание о рассматриваемой системе приходится на 22 февраля 1789 года. В примечаниях к наблюдениям Уильям Гершель отметил, что, возможно, кольца существуют у Урана. Предположительно они имеют красный цвет. Эти записи впоследствии оказались в журнале Королевского общества в 1797 году. Однако на протяжении следующих двух столетий эти кольца вовсе не упоминались. Это дало основания для подозрения того факта, что Гершелем была допущена колоссальная ошибка. Тем не менее, наблюдения со счетов не сброшены, а их результаты имеют вес в астрономическом обществе.

А Вы смотрели: Какие планеты обращаются вокруг себя в обратную сторону?

Окончательное подтверждение факта присутствия в системе Урана колец приходится на 10 марта 1977 года. Это было сделано тремя учёными, которые и признаны как первооткрыватели. Данное открытие произошло совершенно случайно, когда эти люди планировали вести наблюдения за состоянием атмосферы планеты Уран (при наблюдении за звездой). Но в процессе ими было обнаружено сокращение блеска звезды несколько раз. Это явление привело к открытию 9-ти новых колец Урана.

После этого к поверхности планеты было отправлено специальное космическое устройство «Вояджер-2», это позволило совершить открытие ещё двух колец. В 2005 г. с использованием телескопа «Хаббл» случилось открытие ещё двух колец, которые не были известны ранее. В 2006 г. появилась возможность различения цветов этих колец. Выяснилось, что один объект синий, второй – красный.

Интересные факты об Уране

• Уильям Гершель открыл Уран в только 1781 году, так как планета была слишком тускла для того, чтобы ее могли заметить представители древних цивилизаций. Сам Гершель поначалу полагал, что Уран это комета, однако позже пересмотрел свое мнение и наука подтвердила планетарный статус объекта. Так Уран стал первой планетой, открытой в современной истории. Оригинальное название предложенное Гершелем было «Звезда Георга» — в честь короля Георга III, но научное сообщество не приняло его. Название «Уран» было предложено астрономом Иоганном Боде, в честь древнеримского бога Урана. • Уран делает оборот вокруг своей оси один раз за каждые 17 часов и 14 минут. Подобно Венере, планета вращается в ретроградном направлении, противоположном направлению Земли и остальным шести планетам. • Считается, что необычный наклон оси Урана могло вызывать грандиозное столкновение с другим космическим телом. Теория состоит в том, что планета, размеры которой были предположительно с Землю резко столкнулась с Ураном, что сдвинуло его ось практически на 90 градусов. • Скорость ветра на Уране может достигать до 900 км в час. • Масса Урана составляет около 14,5 раз масс Земли, что делает его самым легким из четырех газовых гигантов нашей Солнечной системы. • Уран часто упоминается как «ледяной гигант». Помимо водорода и гелия в верхнем слое (как у других газовых гигантов), Уран также имеет ледяную мантию, которая окружает его железное ядро. Верхние слои атмосферы, состоят из аммиака и кристаллов ледяного метана, что дает Урану характерный бледно-голубой цвет. • Уран является второй наименее плотной планетой в Солнечной системе, после Сатурна.

Уран — седьмая планета по удалённости от Солнца

• Voyager 2 — единственный космический аппарат, пролетевший мимо Урана. Это произошло в 1986 году, самое близкое расстояние до планеты во время пролета составило около 81500 км. Благодаря этой миссии были получены самые первые изображения планеты в достаточно высоком разрешении. Исследователям удалось выявить кольцевую систему планеты и орбитальные спутники. • В настоящее время считается, что Уран имеет 13 колец. Все, кроме двух колец Урана, очень узкие — всего лишь несколько километров в ширину. Ученые полагают, что это связано с относительно молодым возрастом самих колец, которые в прошлом были частями от спутников Урана, но были разрушены кометами или астероидами. • Химический элемент уран, обнаруженный в 1789 году, был назван в честь недавно обнаруженной планеты Уран. • Уран является самой холодной планетой в Солнечной системе. Минимальная температура поверхности на Уране составляет -224 °C — что делает его самым холодным из восьми планет. Его верхние слои атмосферы покрыты туманом, в основном из метана, который скрывает бури, происходящие в облаках. • Спутники Урана названы в честь персонажей, созданных Александром Поупом и Уильямом Шекспиром. Например, Оберан, Титании и Миранда. Почти все эти миры покрыты льдом и имеют темную поверхность, а некоторые представляют собой смесь льда и камней. Из спутников Урана наиболее интересным является Миранда, которая имеет ледяные каньоны, террасы и странно выглядящую поверхность.

В настоящее время известны 13 колец

Они находятся в промежутке от 38000 км до 98000 км. Также вероятно существование дополнительных слабых полос пыли и неполных дуг между основными. Они состоят из очень темных частиц, альбедо которых не превышает 2%. Они, вероятно, состоят из водяного льда с примесью темных органических веществ.

Большинство колец Урана непрозрачны и размером только несколько километров в ширину. Система в общем содержит мало пыли и состоит из крупных тел диаметром 0,2-20 м.

Некоторые тонкие кольца Урана состоят из мелких частиц пыли, в то время как другие могут содержать более крупные тела.

Отсутствие пыли связано с аэродинамическим сопротивлением экзосферы Урана. Они относительно молодые, их возраст не более 600 миллионов лет. Система колец, вероятно, образовалась из остатков спутников, которые когда-то существовали на орбите планете. После столкновения, луны распались на множество частиц, которые сохранились в виде узких и оптически плотных колец только в ограниченных зонах максимальной стабильности.

Cпутники Корделия и Офелия, снимок Вояджера-2

Механизм, формирующий узкую форму кольца, не совсем понятен. Изначально предполагалось, что каждое узкое кольцо имеет пару спутников «пастухов» поддерживающих их форму. Тем не менее, в 1986 году Вояджер-2 обнаружил только одну такую ​​пару спутников (Корделия и Офелия) вокруг яркого кольца ε.