Уран - ледяной гигант Солнечной системы

Уран - следующая за Сатурном планета и первая, которую нельзя увидеть без телескопа. Точнее, почти нельзя - высоко в горах, на темном безлунном небе, на несколько недель в году, человеческий глаз может увидеть тусклую точку среди звезд. Тем не менее, древние астрономы не увидели Уран, либо вследствие его медленного движения по орбите, не смогли отличить его от тусклой звезды, и он был открыт только после изобретения телескопа.

Открытие Урана

Кем же был совершен такой научный подвиг, как обнаружение новой планеты? Первооткрывателем стал английский астроном Уильям Гершель (еще до официального открытия Уран видели другие астрономы 21 раз, но они не осознавали, что видят новую планету), один из самых великих светил практической астрономии и телескопостроения. За ним значатся открытия тысяч объектов глубокого космоса, определение формы нашей Вселенной, открытие четырех новых спутников Сатурна, самого Урана и двух его спутников - Титании и Оберона. Сам Гершель назвал планету Георгом III в честь правившего тогда короля Англии, но название это не сохранилось, а было выбрано другое, предложенное немецким астрономом Иоганном Боде, чьи открытия в области астрономии не менее велики, чем заслуги Уильяма Гершеля (именно он сделал первое предположение о том, что Уран - новая планета, а не комета, как писал Гершель в отчетах Королевскому обществу). Сам Гершель признал Уран планетой только в 1783 году- через два года после его открытия.

Характеристики орбиты и вращения

Уран находится гораздо дальше от Солнца, чем Сатурн – в среднем на 19,19 а.е (то есть, на 19,19 расстояний от Земли до Солнца).Вследствие далекого положения от Солнца, в твердое состояние переходит не только вода, но и многие газы. Из-за этого Уран с Нептуном часто называют ледяными гигантами, средняя температура верхних слоёв атмосферы составляет в среднем -197 градусов Цельсия. Орбита Урана нестабильна из-за соседства с другими планетами-гигантами, сильнее всего влияет на его орбиту Нептун, который открыли по большей части благодаря вычислениям колебаний орбиты Урана (читайте об истории открытия Нептуна в следующей статье).

Самой заметной особенностью Урана является его необычное положение - ось вращения наклонена к орбите почти на 98 градусов. Из-за этого на всей планете наблюдаются феномены, известные на Земле, как полярный день и полярная ночь. Из-за медленного движения Урана по орбите, они сменяют друг друга раз в 42 года.

Орбита Урана

изображение орбиты Урана

Еще одной загадкой Урана (возможно, связанной с предыдущей) является ретроградное вращение - свойство, при котором планета вращается по часовой стрелке (если смотреть с северного полюса). Это свойство в Солнечной системе имеют только две планеты - Венера и Уран. Остальные планеты вращаются в прямом направлении, против часовой стрелки. Из-за положения «на боку», полярные области получают больше энергии от Солнца, чем экваториальные. Но при этом экватор Урана теплее, чем полюса. Каков механизм этого явления, до сих пор не известно.

Что послужило причиной таких необычных характеристик вращения, также доподлинно не известно. Существует три основных гипотезы: по одной из них, Уран еще на стадии формирования столкнулся с крупным космическим телом массой с Меркурий; по другой - Уран имел крупного спутника, масса которого составляла около 1% от массы самой планеты, спутник смог за промежуток времени, составляющий по разным оценкам, от 1 до 2,5 млрд. лет, «раскачать» ось вращения планеты, но сам ушел с орбиты Урана, как в итоге Луна уйдет с орбиты Земли; по третей – наклон оси и ретроградное вращение – следствие влияния других планет гигантов. Современная наука все больше склоняется к последней теории, созданы компьютерные модели, подтверждающие ее.

Атмосфера и внутреннее строение Урана

Как уже говорилось в статьях о других газовых гигантах, все, что мы называем их поверхностью (в том числе и Урана) является верхним слоем атмосферы. Единственным космическим аппаратом, посетившим Уран, является Вояджер-2, и его пролет разочаровал многие ожидания; Уран окрестили «скучной планетой» из-за отсутствия на снимках сколь-нибудь значительных полос и пятен.

Уран проявляет переменную активность, поэтому многие из его вихрей не имеют названий. Вихри на Уране движутся быстрее, чем на Юпитере и Сатурне - до 900 км/ч, но медленнее, чем на Нептуне. Атмосфера Урана состоит из водорода, гелия и примесей метана, окрашивающих планету в сине-зеленый цвет. Поскольку плотность Урана составляет 1,27 г/см3, это делает его самой легкой планетой-гигантом, он «всего» в 14,5 раз тяжелее Земли и в 4 раза больше в диаметре.

Сравнение размеров Урана и Земли

Под границей верхней атмосферы находится мантия, состоящая из воды, метана и аммиака. Ранее предполагалось наличие океана из жидкости, но эта теория была заменена на более реалистичную - вещество на такой глубине не может быть ни льдом, ни жидкостью. Оно находится в критическом состоянии между этими двумя состояниями - сжимаясь, становится похожим на лед, но с ростом глубины растет и температура, поэтому вещество, находящееся там, не похоже ни на одно из привычных нам агрегатных состояний, но все же ближе к жидкости, нежели ко льду. В центре находится металло-силикатное ядро массой от 0,5 до 3 масс Земли и радиусом до 20% радиуса Урана.

Внутреннее строение Урана

До пролета Вояджера-2 ученые ничего не знали о магнитном поле Урана, и были удивлены данными. Магнитные полюса Урана отстоят от географических на 59 градусов, а магнитный диполь смещен от центра Урана к южному географическому полюсу на 1/3 радиуса Урана. Эта очередная особенность Урана приводит к тому, что магнитное поле в северном полушарии почти в 10 раз мощнее, чем в южном. Структура магнитосферы Урана схожа с магнитосферой Нептуна и Сатурна. У него также есть магнитный хвост, радиационные пояса, магнитопауза и ударная головная волна. Но в отличие от Сатурна, у Урана нет спутника, насыщающего магнитосферу ионами, поэтому в магнитном поле присутствуют только электроны, протоны и некоторое количество ионизированного водорода, выделенного верхними слоями атмосферы планеты.

Кольца и спутники

Кольца Урана были вторыми открытыми кольцами в Солнечной системе. В настоящее время известно 13 колец: 2 внешних, 2 пылевых и 9 внутренних, кольца состоят из множества фрагментов размером от нескольких сантиметров до десятка метров, в основном состоящих из водяного льда.

Ионы водорода, переносимые магнитным полем, делают кольца «темнее сажи» - альбедо колец не превышает 2% . Кольца очень узкие (несколько километров в ширину), темные и расположены далеко друг от друга. Между главными кольцами расположены «нерегулярные» - по сути, незамкнутые дуги из пыли. Кольца Урана очень молоды - не старше 600 млн. лет, и образовались, по-видимому, от столкновений спутников.

Самое яркое кольцо – эпсилон, контролируют два спутника-пастуха –Корделия и Офелия. Каким образом сохраняют форму другие, до сих пор не ясно. Уран имеет 29 спутников: 13 внутренних, 5 крупных и 9 нерегулярных. Подробнее о спутниках и кольцах можно прочесть, в статье «Спутники и кольца Урана».

Заключение

Мы не так уж и много знаем об этой удивительной планете: в окрестностях Урана побывал лишь один космический аппарат, но в 2020-х годах NASA планирует отправить к Урану автоматическую межпланетную станцию. Поэтому статью об Уране можно считать оконченной, но исследования Урана только начинаются.

Если вам был полезен данный материал, или вы хотите улучшить его, оставляйте комментарии внизу страницы, а если у вас остались вопросы, воспользуйтесь кнопкой «Задать вопрос астроному». Ясного неба и успешных наблюдений!

Поделись этой информацией с друзьями:


Комментарии (0)