© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

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 и поверхность Урана

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.

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.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

УРАН

Вика Воробьева

Уран - седьмая планета Солнечной системы. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии около 19,2 а.е. и делает один оборот за 84 года. Освещенность, создаваемая Солнцем на таком расстоянии, в 390 раз меньше освещенности, создаваемой Солнцем на орбите Земли (на глаз это примерно соответствует ранним сумеркам после захода Солнца). Масса Урана составляет 14,37 масс Земли, его диаметр почти в 4 раза превышает диаметр нашей планеты, а средняя плотность (1,30 г/куб.см) всего на 30% больше плотности воды.
Уран входит в группу планет-гигантов Солнечной системы, куда кроме него входят также Юпитер , Сатурн и Нептун . Однако, в отличие от Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом и гелием, масса водорода и гелия в составе Урана и Нептуна составляет не более 15-20% от их полной массы. Уран и Нептун еще называют малыми, или ледяными гигантами Солнечной системы.
Уникальная особенность Урана среди "настоящих" планет Солнечной системы заключается в необычно большом наклоне оси вращения к плоскости его орбиты. Этот наклон составляет почти 98 градусов. Уран вращается, как говорится, "лежа на боку".

Если бы мы могли посмотреть на Солнечную систему "сверху", со стороны северного полюса Солнца, мы увидели бы, что все планеты вращаются вокруг Солнца против часовой стрелки примерно в одной плоскости. Большинство планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону (против часовой стрелки). Такое вращение называется проградным, или прямым. Однако Уран и Венера вращаются в другую сторону, по часовой стрелке. Такое вращение называют ретроградным, или обратным.
Все это приводит к очень необычной смене сезонов на Уране. Находясь вблизи его полюса, мы бы видели, как Солнце в течение 21 года по спирали поднимается почти в зенит, потом так же по спирали опускается за горизонт, и после 42-летнего полярного лета наступает 42-летняя полярная ночь. За полярным кругом оказывается почти все полушарие планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Только весной и осенью, вблизи равноденствий, Уран освещается Солнцем "как полагается" - с восходами, закатами и сменой дня и ночи. Сутки на Уране длятся 17 часов 14 минут.

АТМОСФЕРА УРАНА

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ УРАНА

КОЛЬЦА УРАНА

СПУТНИКИ УРАНА

Атмосфера Урана состоит из водорода (примерно 72%), гелия (26%) и метана (около 2%). Кроме этих основных компонентов, она содержит также малые примеси веществ, являющихся результатом фотолиза метана: ацетилен C2 H2 , диацетилен C4 H2 , этилен C2 H4 и этан C2 H6 , а также более сложные углеводороды, образующие тонкую надоблачную дымку. Молекулы метана активно поглощают красные лучи, что придает диску Урана голубовато-бирюзовый цвет.
"Вояджер-2", пролетев мимо Урана в 1986 году, не нашел на его диске никаких контрастных деталей, атмосфера планеты была очень чистой и прозрачной.

Этот снимок Урана был сделан "Вояджером-2" 10 января 1986 года с расстояния 18 млн.км. В это время Уран был повернут к Солнцу южным полушарием, там стояло полярное лето. "Вояджер-2" подлетал к Урану со стороны южного полюса (он находится чуть левее центра этого изображения)

Эффективная температура Урана составляет всего около 60К (-213С). При такой температуре на уровне давления около 1,2 атмосферы мог бы сконденсироваться метан, образуя яркие белые облака подобно метановым облакам в атмосфере Нептуна. Однако в тот момент в южном полушарии Урана стояло полярное лето, и давление паров метана в тропосфере ("метановая влажность") составило лишь около 50% от необходимого для образования метановых облаков. Более поздние снимки , сделанные космическим телескопом им. Хаббла (в 1994 и 1997 годах), показали наличие отдельных ярких облаков в низких широтах. По всей видимости, "Вояджеру-2" просто "не повезло", и он пролетел мимо Урана не в самое удачное для изучения атмосферной динамики время.

Основной слой облаков на Уране расположен на уровне давления 2,4-3,4 атмосферы и состоит из замерзшего сероводорода H2 S.Температура в этой области составляет около 100К (-173С). Ниже первого слоя облаков, на уровне давления 20-30 атмосфер, расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH4 SH. Еще глубже (на уровне давления около 50 атмосфер) находятся облака из водяного льда.
Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Урана составляет 52К (-221С) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.), образуя тонкую надоблачную дымку. Ранее считалось, что именно оптически толстая дымка скрывает разнообразные облачные детали на диске Урана, однако, согласно данным "Вояджера-2", оптическая толщина надоблачного воздуха составляет всего от 0,3 до 0,9, а поглощение солнечного света в основном обусловлено поглощением в линиях метана и молекулярного водорода, уширенных из-за частых взаимных столкновений молекул. Надоблачная атмосфера Урана чиста и прозрачна.
Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10-8 атмосфер температура составляет около 800К и дальше с высотой уже не меняется.

Температурные профили атмосферы Урана. На верхнем графике отражен температурный профиль верхней атмосферы Урана: стратосфера, область мезопаузы и термосфера. На нижнем графике отражены более глубокие слои атмосферы Урана: тропосфера и стратосфера. Видна тропопауза на уровне 0,1 атмосферы и устойчивый рост температуры с глубиной. На уровне около 1 атм. могут конденсироваться облака из замерзшего метана. Основной облачный слой расположен на уровне около 3 атмосфер и состоит из замерзшего сероводорода. Эти данные были получены путем радиопросвечивания атмосферы Урана Вояджером-2, когда космический аппарат с точки зрения земного наблюдателя проходил за планетой. График, помеченный словом "вход", отражает температурный профиль при заходе Вояджера-2 за Уран, график, помеченный словом "выход", отражает данные при выходе аппарата из-за Урана.

Атмосфера Урана вращается в ту же сторону, что и планета в целом. В средних широтах ветер дует в направлении движения планеты со скоростью около 150 м/сек, в экваториальной зоне ветер дует в обратном направлении со скоростью около 100 м/сек. Температура атмосферы максимальна около экватора, понижается на несколько градусов к средним широтам и снова растет к полюсу.

Уран - единственная планета-гигант Солнечной системы, которая не имеет мощного внутреннего источника тепла и излучает практически столько же, сколько получает от Солнца. Причина этого пока не известна.

Магнитное поле Нептуна и Урана заметно отличается от магнитного поля Земли, Юпитера и Сатурна. Если магнитное поле Земли и ближайших планет-гигантов вызвано конвекцией в жидком ядре планеты и является дипольным по своей структуре (имеет один северный и один южный полюс), то магнитное поле Урана вызвано конвекцией в водно-амимиачной мантии планеты. Если описывать реальное магнитное поле Урана как дипольное, то окажется, что магнитная ось диполя смещена от центра планеты на треть радиуса и наклонена на 60 градусов к оси вращения.
Еще лучше магнитное поле Урана описывается как квадрупольное (т.е. имеющее два южных и два северных полюса).
Напряженность магнитного поля на поверхности планеты составляет примерно 0,25 Гаусс.

Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Уран имеет систему колец. Они были открыты в 1977 году во время покрытия Ураном далекой звезды (т.е. когда Уран прошел точно между звездой и земными наблюдателями). Сначала были открыты 5 колец, потом еще 4. Во время пролета "Вояджера-2" в 1986 году было обнаружено еще 2 кольца. И, наконец, совсем недавно, в 2003 году, по снимкам с космического телескопа им. Хаббла было открыто 2 новых кольца Урана.
Кольца Урана очень темные и узкие. Альбедо частиц, составляющих кольца, лишь около 1,5%, они чернее каменного угля! Этим они разительно отличаются от колец Сатурна, сложенных в основном водяным льдом и оттого очень ярких.
Всего известно 13 колец Урана. Их свойства приведены в данной таблице.

название кольца	расстояние от центра Урана, км	эксцентриситет	наклон к экватору Урана, * 0,001 градуса	ширина, км	толщина, км	средняя оптическая глубина	альбедо
1986U2R	38 000			2,5	0,1	0,001-0,0001	0,015
	41 840	0,0010		1-3	0,1	0,2-0,3	0,015
	42 230	0,0019		2-3	0,1	0,5-0,6	0,015
	42 580	0,0010		2-3	0,1	0,3	0,015
альфа	44 720	0,0008		7-12	0,1	0,3-0,4	0,015
бета	45 670	0,0004		7-12	0,1	0,2	0,015
эта	47 190			0-2	0,1	0,1-0,4	0,015
гамма	47 630	0,0001		1-4	0,1	1,3-2,3	0,015
дельта	48 290			3-9	0,1	0,3-0,4	0,015
1986U1R	50 020			1-2	0,1	0,1	0,015
эпсилон	51 140	0,0079		20-100	0,5-2,1	0,5-2,3	0,018
R/2003 U2	66 100
R/2003 U1	97 730

Судя по заметному эксцентриситету и не равному нулю наклону нескольких колец (максимальная высота колец 4, 5, 6 над плоскостью экватора Урана достигает 24-46 км), кольца Урана - молодые образования. Они тесно связаны с внутренними спутниками и быстро эволюционируют. Возможно, в сравнительно недалеком будущем (миллионы и десятки миллионов лет) часть внутренних спутников будет разрушена взаимными столкновениями, и кольца Урана станут плотнее, шире и массивнее.
В отличие от колец Нептуна , сложенных мелкими пылевыми частицами, кольца Урана состоят из крупных глыб размером приблизительно от 10 см до 10 м.

На данный момент известно 27 спутников Урана . Как и спутники Нептуна, их можно разделить на три явно выраженных группы. Первая - это внутренние спутники: Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Купидон, Белинда, Пердита, Пак и Маб. Вторая - относительно крупные спутники Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Наконец, в третью группу входят внешние спутники: Франциско, Калибан, Стефано, Тринкуло, Сикоракса, Маргарита, Просперо, Сетебос и Фердинанд.
Все внутренние спутники Урана - темные (альбедо около 7%) глыбы неправильной формы размером 50-150 км, вращающиеся в прямом направлении (т.е. в направлении вращения Урана) по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты. Часть из них (возможно, все) связаны с кольцами Урана и являются источником материала колец. Каждый из внутренних спутников облетает планету всего за несколько часов.
Недавние наблюдения Урана не только привели к открытию двух новых спутников (Купидона и Маб) и двух новых колец, но и обнаружили значительные изменения в параметрах орбит внутренних спутников со времени первых наблюдений Урана на космическом телескопе им. Хаббла в 1994 году. Судя по всему, система внутренних спутников Урана отличается молодостью и динамичностью, их орбиты быстро эволюционируют. В ближайшие несколько десятков миллионов лет часть из них столкнется друг с другом, рассыплется на множество осколков и даст начало новым кольцам, часть упадет на Уран или его крупные спутники, а часть может покинуть систему Урана и перейти на гелиоцентрические орбиты.

Ни один из главных спутников Урана не достигает размеров Плутона. Ни один из них не имеет атмосферы. Самый крупный спутник Урана - Титания - имеет диаметр 1578 км, что примерно вдвое меньше диаметра Луны. Оберон лишь немного меньше Титании, его диаметр 1522 км. Ариэль и Умбриэль, соответственно, имеют размеры 1158 км и 1170 км. Вместе с тем именно Ариэль демонстрирует наиболее молодую поверхность. На его изображениях видны многочисленные разломы, напоминающие разломы на поверхности Дионы, спутника Сатурна, а кратеров сравнительно немного. Некоторые детали его поверхности напоминают застывшие потоки криовулканической лавы. Его альбедо 0,39, это самый яркий спутник Урана.
Умбриэль, напротив, имеет самую темную поверхность из крупных спутников Урана, его альбедо 0,21. На темной, покрытой многочисленными кратерами поверхности выделяется яркое белое пятно вблизи лимба - по всей видимости, крупный молодой кратер с яркими ледяными стенками.
Титания покрыта многочисленными кратерами, ее поверхность заметно старше поверхности Ариэля. Вместе с тем на ней тоже присутствуют явные следы геологической активности, например, крупный разлом вблизи терминатора.
Миранда - самый необычный спутник Урана. Будучи всего 472 км в диаметре, она демонстрирует сложную молодую поверхность. Возможно, она является аналогом Энцелада, спутника Сатурна, который также при небольших размерах демонстрирует молодую поверхность и современный вулканизм.
Средняя плотность главных спутников Урана близка и составляет 1,52-1,70 г/куб.см. Это говорит о том, что в их составе кроме льда присутствует значительное количество скальных пород.

Девять внешних спутников вращаются на самом краю системы Урана на расстоянии в миллионы и десятки миллионов километров от планеты. Судя по эксцентричным орбитам, сильному наклону к плоскости экватора Урана и обратному движению эти небольшие очень темные глыбы являются захваченными объектами аналогично внешним спутникам Нептуна

На окраине нашей Солнечной системы есть настоящие ледяные гиганты. Так называют самую холодную планету Уран. Он состоит он из разных газов и льдов. А температура там держится около -220 градусов. И постоянно дуют сильные ветра. Луч солнца со скоростью света добирается до этой планеты только за 2-3 часа. Вот так погодка!

Уран очень долго принимали за далекую звёздочку из-за его тусклого света и медленного передвижения. Полный оборот вокруг своей оси он делает за 84 земных года. Уран - ледяная планета-гигант . Он больше Земли в 4 раза и тяжелее в 14 . В центре планеты находится относительно маленькое каменное ядро. А большую часть составляет ледяная оболочка - мантия. Однако, лёд там совсем не такой, как мы с вами привыкли видеть. Он похож на плотную вязкую жидкость. И если ты захочешь прогуляться по Урану, у тебя ничего не получится. Здесь нет твердой оболочки, и сделав шаг, ты провалишься в огромное ледяное море. Да и вообще очень сложно определить, где у этой планеты заканчиваются облака, и начинается поверхность. Даже ученые долго не могли договориться, что считать за атмосферу, а что за саму планету.

Вокруг своей оси Уран оборачивается за 17 часов . Однако, как и на других планетах-гигантах, здесь дуют сильнейшие ветра, достигающие скорости 240 метров в секунду . Поэтому некоторые части атмосферы обгоняют планету и делают оборот вокруг планеты всего за 14 часов . Но по меркам планет-гигантов это очень спокойная погода. Например, ветра на Нептуне могут преодолеть 2000 метров в секунду.

Зима на Уране длится почти 42 года и всё это время Солнце не поднимается над горизонтом. То есть царит полная темнота. Так происходит из-за того, что Уран вращается совсем не так как другие планеты. Его ось так сильно наклонена, что он «лежит» на боку. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Ученные предполагают, что давным-давно Уран столкнулся с небольшой планетой, которая «уронила» его. А сама стала одним из 13 колец Урана.

Такие же холодные у Урана его 27 спутников. Одни из самых крупных - Ариэль и Титания на половину состоят изо льда, в том числе и водяного. А поверхность спутников покрыта инеем. А на загадочном темном спутнике Умбриэль можно увидеть светлое вещество на дне кратеров. Считается, что это чистый лёд, из которого, возможно, состоит ядро.

До сих пор планета Уран остается мало изученной планетой. Лишь один космический аппарат «Вояджер-2» приближался к этой планете в 1986 году. И смог изучить только южный полюс Урана. Остальное ученные досчитали и додумали сами. Однако неизвестно сколько ещё тайн хранит в себе огромное ледяное царство.

Общие сведения

История открытия

Особенности вращения Урана

Химический состав, физические условия и строение Урана

Кольца Урана

Магнитосфера

Спутники Урана

Общие сведения

Уран - седьмая планета от Солнца и третья по размеру. Интересно, что Уран хоть и больше в диаметре, но меньше массой, чем Нептун. Уран иногда едва видим невооруженным глазом в очень ясные ночи; его нетрудно отождествить в бинокль (если Вы знаете точно, куда смотреть). Небольшой астрономический телескоп покажет небольшой диск

Расстояние от Солнца 2870990000 км (19.218 а.е.), экваториальный диаметр: 51,118 км, в 4 раза больше земного, масса: 8.686 . 10 25 кг, 14 масс Земли. Период обращения вокруг Солнца - 84 с четвертью года. Средняя температура на Уране - около 60-ти Кельвинов

Уран - старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, который был отцом Хроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов).

История открытия

Уран, первая планета, обнаруженная в новой истории, была открыта случайно В.Гершелем, когда он рассматривал небо в телескоп 13 марта 1781 года; сначала он подумал, что это была комета. Ранее, как позже выяснилось, планета неоднократно была наблюдаема, но принималась за обычную звезду (самая ранняя запись о “звезде” была сделана в 1690-м, когда Джон Флэмстид каталогизировал ее как 34-ю Тельца - одно из принятых обозначений звезд в созвездиях)

Гершель назвал планету “ Georgium Sidus ” (Планета Георга) в честь его покровителя, короля Англии Георга III ; другие называли ее планетой Гершеля. Имя же “Уран” было дано временно и взято по традиции из античной мифологии, а утвердилось оно лишь в 1850-м году

Уран был посещен только одним космическим кораблем: недалеко от Урана пролетал “Вояджер 2” . (Снимок вверху сделан с телескопа “Хаббл”). Корабль прошел в 81500 километрах от Урана 24-ого января 1986-го года. “Вояджер-2 “ предал тысячи изображений и других научных данных о планете, спутниках, кольцах, атмосфере, пространстве и магнитной среде, окружающих Уран. Различные инструменты изучали кольцевую систему, открывая мелкие детали прежде известных и двух вновь обнаруженных колец. Данные показали, что планета вращается с периодом 17 часов 14 минут. Космический корабль также обнаружил магнитосферу, которая велика настолько же, насколько и необычна.

Особенности вращения Урана

У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики (эклиптика - видимый годовой путь Солнца на небесной сфере), но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины “лежачего” обращения Урана неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана - северный. Разговор этот отнюдь не подобен спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же на самом деле сложилась такая ситуация с вращением Урана, очень многое значит в теории возникновения всей Солнечной системы, ведь почти все гипотезы подразумевают вращение планет в одну сторону. Если Уран образовался, лежа на боку, то это сильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы. Правда, сейчас все больше полагают, что такое положение Урана - результат столкновения с большим небесным телом, возможно крупным астероидом, на ранних стадиях формирования Урана

Химический состав, физические условия и строение Урана

Уран сформировался из первоначальных твердых тел и различных льдов (подо льдами здесь надо понимать не только водяной лед), он лишь на 15% состоит из водорода, а гелия нет почти совсем (в контраст Юпитеру и Сатурну, которые, по большей части, - водород). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Ветры в средних широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40-а до 160-ти метров в секунду; на Земле быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50-ти метров в секунду

Толстый слой (дымка) - фотохимический смог - обнаруживается вокруг освещенного Солнцем полюса. Освещенный Солнцем полушарие также излучает больше ультрафиолета. Инструменты “ Вояждера ” обнаружили отчасти более холодную полосу между 15 и 40-ка градусами широты, где температура на 2-3 K ниже

Синий цвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83% водорода, 15% гелия и 2% метана. 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” . 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 разняться: 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. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чем получает от Солнца, следовательно, он холоден внутри?

Кроме того, оказывается, что Уран не имеет твердого ядра, и вещество более или менее единообразно распространено по всему объему планеты. Это отличает Уран (да и Нептун тоже) от его более крупных родственников. Возможно, эта обедненность легкими газами - следствие недостаточной массы зародыша планеты, и в ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия. А может быть, в этом месте зарождающейся планетной системы вовсе не было столько легких газов, что, конечно, в свою очередь, тоже требует объяснений. Как видно, ответы на вопросы, связанные с Ураном, могут пролить свет на судьбу всей Солнечной системы!

Кольца Урана

Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в 1977-м году во время покрытия Ураном звезды. Наблюдалось, что звезда 5 раз ослабляла на краткий промежуток времени свой блеск перед покрытием и после него, что и навело на мысль о кольцах. Последующие наблюдения c Земли показали, что действительно есть девять колец. Если перебирать их, удаляясь от планеты, они названы 6, 5, 4, Альфа, Бета, Эта, Гамма, Дельта и Эпсилон. Камеры « Вояждера » обнаружили несколько дополнительных колец, и также показали, что девять основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, они очень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольно больших частиц, размеры их колеблются от 10 метров в диаметре до мелкой пыли. Кольца Урана были открыты первыми после колец Сатурна. Это имело большое значение, так как стало возможным предположить, что кольца - общая характеристика планет, а не удел одного Сатурна. Это еще одно прямо-таки эпохальное значение Урана для астрономии

Наблюдения показали, что кольца Урана заметно отличаются от родственных им систем Юпитера и Сатурна. Неполные кольца с различным показателям прозрачности по длине каждого из колец сформировались, похоже, позже, чем сам Уран, возможно, после разрыва нескольких спутников приливными силами

Количество известных колец может, в конечном счете, возрасти, судя по наблюдениям «Вояджер-2». Приборы указывали на наличие многих узких колец (или, возможно, неполных колец или кольцевых дуг) около 50 метров шириной

Ключом к разгадке структуры колец Урана может быть и открытие того, что два небольших спутника – Корделия и Офелия – находятся внутри кольца Эпсилон. Это объясняет неравномерное распределение частиц в кольце: спутники удерживают вещество вокруг себя. Так, используя эту теорию, предположено, что в этом кольце можно отыскать еще 16(!) спутников

Магнитосфера

Область вокруг небесного тела, где его магнитное поле остается сильнее суммы всех других полей близких и удаленных тел, называется магнитосферой этого небесного тела

Уран, как многие планеты имеет магнитосферу. Она необычна тем, что ось симметрии ее наклонена почти на 60 градусов к оси вращения (у Земли этот угол составляет 12 градусов). Если бы так обстояло дело на Земле, то ориентирование с помощью компаса имело бы интересную особенность: стрелка почти совсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на две противоположные точки 30-х параллелей. Вероятно, магнитное поле вокруг планеты генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в его ядре. Источник поля - неизвестен; гипотетический электропроводящий океан воды и аммиака не подтвержден исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах, источником магнитного поля считают течения в расправленных породах, расположенных недалеко от ядра

Интенсивность поля на поверхности Урана в общих чертах сравнима с Земной, хотя оно и сильнее изменяется в разных точках поверхности из-за большого смещения оси симметрии поля от центра Урана

Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. « Вояждер » “чувствовал” поле, по крайней мере, в 10-ти миллионах километрах от планеты

Спутники Урана

Уран имеет 17 известных спутников. До недавнего времени их насчитывали 15. Они формировали два четких класса:

10 небольших внутренних, очень слабых по яркости, обнаруженных " Вояджером-2 ", и 5 больших внешних. Все 15 имеют почти круговые орбиты в плоскости экватора Урана (и, следовательно, они расположены под большим углом к плоскости эклиптики). В 1997-м году с помощью 5-метрового Паломарского телескопа группой канадских ученых были обнаружены еще два крохотных и слабых по яркости спутника. На комбинации снимков телескопа имени Хаббла видно движение со временем спутников Урана. Нетрудно отличить характер этого видимого движения от смещения попадающих в поле зрения звезд

Имена всех спутников Урана были позаимствованы у героев Шекспира

Изображения уже открытых пяти самых больших спутников, полученные " Вояждером ", обнаружили сложные поверхности, характеризующие бурное геологическое прошлое этих космических тел. Камеры также отыскали 10 прежде неизвестных спутников

Предварительный анализ показывает, что пять больших спутников - совокупность ледяных глыб. Большие спутники Урана на 50 процентов состоят из водяного льда, на 20 процентов - из углеродных и азотных соединений, на 30 процентов - из разных соединений кремния - силикатов. Их поверхности, почти монотонно темно-серые, носят следы геологической истории

Титания, например, выделяется огромными системами трещин и каньонами, что указывает на некоторый период активной геологической деятельности в прошлом этого спутника. Эти детали могут являться результатом тектонических перемещений коры

Ариель имеет ярчайшую и, возможно, геологически самую молодую поверхность в спутниковой системе Урана. Она, в основном, лишена кратеров, больших, чем 50 километров в диаметре. Это указывает на то, что имеющиеся в околоурановом пространстве мелкие метеоры сглаживают, при падении на поверхность, крупные рельефные образования

Поверхность Умбриэль древняя и темная, очевидно, она была подвержена немногим геологическим процессам. Темные тона поверхности Умбриэль могут являться следствием покрытия пылью и небольшими обломками когда-то находившихся в окрестностях орбиты этого спутника.
Оберон, самый внешний из пяти больших спутников, также имеет старую, покрытую кратерами поверхность, с неяркими следами внутренней деятельности

Уран в цифрах

Масса 14,53 массы Земли (8,68 . 10 25 кг)

Диаметр 4,00 диаметра Земли (51 118 км)

Плотность 1,29 г/см 3

Температура поверхности -220 °С

Длительность звездных суток 15,35 часа (обратное вращение)

Среднее расстояние от Солнца 19,19 а.е. (2 871 млн. км)

Период обращения по орбите 84,01 земных лет

Наклон экватора к орбите 97,86°

Эксцентриситет орбиты 0,046

Наклонение орбиты к эклиптике 0,77°

Долгота восходящего узла 74°13`

Средняя скорость движения по орбите 6,81 км/сек

Расстояние от Земли от 2,6 до 3,2 млрд. км

Число спутников 17

Уран в 4 раза больше и в 14,5 раз тяжелее Земли, и в 390 раз слабее освещается Солнцем. Он относится группе планет, названных газовыми гигантами. Более того – это один из двух ледяных гигантов ближайшего космоса. Главными составляющими его атмосферы являются водород и гелий, в некотором количестве присутствует также углерод, метан и др. примеси. Именно метан придает планете лазурно-зеленоватый цвет.

Облака планеты Уран имеют сложную, слоистую структуру. Верхний слой состоит из метана, основной – из замерзшего сероводорода. Ниже расположен второй облачный слой, состоящий из гидросульфата аммония. Еще ниже - облака из водяного льда. Сложно определить, где заканчивается атмосфера и начинается поверхность планеты, но структура Урана все же несколько более плотная, чем у других газовых гигантов.

В центре планеты находится относительно небольшое каменное ядро, а мантия состоит из ледяных модификаций метана, аммиака, гелия, водорода и скальных пород. Металлический водород, присутствующий в недрах других планет-гигантов, на Уране отсутствует.Уран имеет собственное магнитное поле, происхождение которого пока неизвестно, и излучает в пространство значительно больше тепла, чем получает от Солнца.

Уран – самая холодная планета Солнечной системы. Минимальная зафиксирована здесь температура - 224°С. В атмосфере планеты наблюдаются мощные и длительные бури, при которых скорость ветра достигает 900 км/час.

Движение Урана происходит по почти круговой орбите. Период обращения вокруг Солнца – 84 земных года. Уран обладает уникальной особенностью – его ось вращения отстоит от плоскости орбиты всего на 8°. Планета как бы, катится вокруг Солнца, покачиваясь с бока на бок. Еще одна особенность Урана – ретроградное или обратное суточное вращение. Так в , кроме него, вращается только Венера. Сутки на Уране составляют 17 часов 14 минут.

В результате всего сказанного, на Уране установилась необычная смена сезонов. Смена времен года на полюсах и экваторе планеты происходит по-разному. На экваторе Урана в течение года бывает по 2 лета и 2 зимы. Продолжительность каждого периода – почти 21 год. На полюсах - одна зима и одно лето продолжительностью 42 земных года. В периоды равноденствия в небольшом поясе, близком к экваториальным областям планеты, происходит обычная смена дня и ночи.

Система колец и спутники Урана

Уран имеет 13 тонких темных колец – 9 основных, 2 пылевых и 2 внешних, образовавшихся, позднее внутренних. Первые 11 расположены на расстоянии 40 000-50 000 км. Внешние кольца, открытые в 2005 году, расположены примерно в 2 раза дальше основных, и составляют отдельную систему. Толщина колец не превышает 1 км. Между основными кольцами наблюдаются неполные дуги и пыльные полосы.
Ширина центрального кольца достигает 100 км, оно является самым значительным по величине. Кольца Урана непрозрачны, и состоят из смеси льда и какого-то темного материала. Предполагается, что возраст системы колец не превышает 600 млн. лет. Возможно, она возникла при столкновении и разрушении спутников планеты, вращающихся вокруг нее или захваченных в результате гравитационного взаимодействия.

Плоскости орбит 27 спутников Урана практически совпадают с экваториальной плоскостью планеты. Ни один из них не обладает атмосферой и не достигает размеров малых планет. Спутники внутренней группы, представляют собой обломки неправильной формы, размерами 50 - 150 км. Все они Уран в течение нескольких часов. Орбиты внутренних спутников быстро меняются. Вероятно, они являются поставщиками материала для колец планеты.

Самыми крупными являются основные спутники. Их 5. Диаметр самого большого из них - Титании – 1158 км. Основные спутники состоят изо льда и скальных пород. Третья группа – внешние спутники – имеют обратное вращение, небольшие размеры, и орбиты, имеющие значительный угол наклона к плоскости экватора планеты. Самый крупный – Фердининд – делает один оборот вокруг Урана за 8 лет. Вероятно, все они захвачены гравитационным полем планеты из космического пространства.