Из чего состоит атмосфера урана


Снимки, полученные со спутника «Вояджер-2» еще в далекие 90-е годы, показали нам поразительные результаты. Загадочная зеленоватая атмосфера Урана – это все, из чего состоит данная планета, за исключением крошечного каменно-металлического ядра. Дело в том, что наши предки, которым принадлежат открытия внешних планет Солнечной системы, были уверены в том, что все они, как и Земля, имеют поверхность, воздушную оболочку и подземные слои. Как оказалось, газовые гиганты лишены всего этого, так как являются представителями двухслойной модели планет.

История открытия и общие данные о планете

По удаленности от Солнца Уран является седьмой планетой. Его открыл Уильям Гершель в конце 18-го столетия, впервые использовав для астрономических наблюдений телескоп. До этого длительное время ученые полагали, что Уран является лишь удаленной очень яркой звездой. Сам Гершель, делая записи об этом небесном теле, изначально сравнивал его с кометой, позже пришел к выводу, что это, возможно, еще одна планета СС.


нечно же, после подтверждения всех наблюдений открытие стало сенсацией. Однако в то время никто еще не знал, какая атмосфера у Урана на самом деле и какое у него строение. Ныне нам известно, что его орбита – одна из самых больших в системе. Вокруг Солнца планета оборачивается за 84 земных года. При этом ее период обращения вокруг своей оси составляет чуть более 17 часов. Из-за этого атмосфера Урана, которая и так состоит из тяжелых газов, становится невероятно плотной и оказывает колоссальное давление на ядро.

История образования атмосферы

Считается, что на внешний вид и физические данные Урана влияет именно его ядро, а также процесс его образования. По сравнению с параметрами самой планеты (25 559 км – экваториальный радиус), ядро просто миниатюрное. Следовательно, оно не является источником энергии или магнитного поля, как в случае с Юпитером, а также недостаточно сильно нагревает все газы, из которых состоит атмосфера Урана. Состав ее, в свою очередь, нельзя сравнить с составом Юпитера или Сатурна, хотя все эти планеты входят в одну категорию. Дело в том, что Уран окружают ледяные газы, лед в самых высоких своих модификациях, облака метана и прочих тяжелых элементов. Такие легкие газы, как водород и гелий, присутствуют в атмосфере лишь в малом количестве. Есть две версии такого парадокса. В соответствии с первой размер и гравитационные силы ядра в момент формирования СС были слишком малыми, чтобы притянуть легкие газы. Вторая заключается в том, что в месте, где образовался Уран, были лишь тяжелые химические компоненты, которые и стали основой планеты.

Наличие атмосферы, ее состав

Уран был впервые детально изучен лишь после путешествия «Вояджера-2», который сделал снимки с большим разрешением. Они позволили ученым установить точную структуру самой планеты, а также ее атмосферы. Так сказать, воздушную оболочку Урана делят на три части:


  • Тропосфера лежит глубже всего. Давление тут находится в пределах от 100 до 0,1 бар, а высота этого слоя не превышает 500 км от условного уровня мантии.
  • Стратосфера – слой атмосферы, находящий в середине. Занимает высоты от 50 до 4000 км.
  • Экзосфера. Внешняя атмосфера Урана, где давление стремится к нулю, а температура воздуха максимально низкая.

Во всех этих слоях содержатся в различных пропорциях следующие газы: гелий, водород, метан, аммиак. Также имеется вода в виде различных модификаций льда и пара. Однако атмосфера Урана, состав которой сравним с воздушной оболочкой Юпитера, отличается невероятной холодностью. Если в самом большом газовом гиганте воздушные массы нагреты до максимума, то тут они остужены до 50 кельвинов, потому и имеют большую массу.

Тропосфера

Самый глубокий слой атмосферы ныне рассчитан лишь теоретически, так как добраться до него техника землян пока что не позволяет. Каменное ядро планеты окружают облака, состоящие из кристаллов льда.


и тяжелые и оказывают огромное давление на центр планеты. За ними следуют облака из гидросульфида аммония, потом — воздушные образования из сероводорода и аммиака. Самый крайний участок тропосферы занимают метановые облака, которые подкрашивают планету в тот самый зеленый цвет. Температура воздуха в тропосфере считается самой высокой на планете. Она колеблется в пределах 200 К. Из-за этого некоторые исследователи полагают, что мантию планеты образует большой ледяной слой. Но это лишь гипотеза.

Стратосфера

Наличие атмосферы Урана обеспечивают соединения тяжелых и легких газов, а их синтез окрашивает планету в зеленоватый оттенок. Все эти процессы происходят в средней воздушной прослойке, где встречаются молекулы аммиака и метана с гелием и водородом. Кристаллы льда тут принимают совсем иные модификации, нежели в тропосфере, они, благодаря аммиаку, поглощают любой свет, поступаемый из космоса. Скорость ветров в стратосфере достигает 100 м/с, благодаря чему все облака быстро меняют свое положение в пространстве. В стратосфере случаются полярные сияния, нередко образуются туманы. Но таких осадков, как снег или дождь, не наблюдается.

Экзосфера

Изначально о том, какая атмосфера у Урана, судили именно по ее внешней оболочке. Это тонкая полоса кристаллизованной воды, которая окутывается сильными потоками ветров и является средоточием самой низкой температуры в Солнечной системе. Она состоит из легких газов (молекулярный водород и гелий), метан же, который в большом количестве находится в более плотных слоях, здесь отсутствует. Скорость ветра в экзосфере достигает 200 м/с, температура воздуха опускается до 49 К. Потому-то планета Уран, атмосфера которой столь ледяная, стала самой холодной в нашей системе, даже по сравнению со своим более дальним соседом – Нептуном.

Загадка магнитного поля Урана


Всем прекрасно известно, что зеленоватый Уран крутится вокруг своей оси, лежа на боку. Ученые полагают, что в момент образования СС планета столкнулась с астероидом или иным космическим телом, которое изменило ее положение, исказив при этом магнитное поле. От оси, которая определяет север и юг планеты относительно экватора, магнитная ось смещена на 59 градусов. Это создает, во-первых, неравномерное распределение гравитации, во-вторых – неравную напряженность в северном и южном полушариях. Тем не менее, скорее всего, именно это загадочное положение обеспечивает наличие атмосферы Урана и ее уникальный состав. Вокруг ядра удерживаются только тяжелые газы, в средних слоях – кристаллизованная вода. Возможно, если бы температура воздуха тут была повыше, Уран стал бы огромным океаном, состоящим из обычной воды, которая является источником жизни.

Уран поглощает все и вся вокруг

Как мы уже говорили выше, атмосфера Урана наполнена огромным количеством метана. Этот газ достаточно тяжелый, потому он способен поглощать инфракрасные лучи. То есть весь свет, который исходит от Солнца, от других звезд и планет, касаясь атмосферы Урана, превращается в зеленоватый оттенок. Недавно ученые заметили, что планета также заглатывает посторонние газы, которые находятся в открытом космосе, что парадоксально с ее слабым магнитным полем. В составе средних слоев атмосферы были обнаружены углекислый и угарный газы. Считается, что они притянулись к планете от пролетающих мимо комет.

Ледяные царства нашей системы


Две самые крайние планеты СС – это Уран и Нептун. Обе характерны синеватыми оттенками, обе образованны из газов. Атмосфера Урана и Нептуна – это практически одно и то же, за исключением пропорций. Сила гравитации и масса ядер обоих планет практически одинакова. Нижние слои атмосферы Нептуна, как и Урана, образованы из кристаллизованной воды, перемешанной с метаном и сероводородом. Тут, возле ядра, ледяные гиганты нагреваются до 200 и более Кельвинов, тем самым формируя свое магнитное поле. Атмосфера Урана и Нептуна имеет одинаковое количество молекулярного водорода в своем составе – более 80 процентов. Внешний воздушный слой Нептуна также характерен сильными ветрами, но температура воздуха тут немного выше – 60 К.

Заключение

Наличие атмосферы Урана в принципе обеспечивает существование этой планеты. Воздушная оболочка является главной составляющей частью Урана. Она сильно разогревается возле ядра, но при этом максимально остывает в крайних слоях. Пока что планета является безжизненной по причине отсутствия кислорода, а также воды в жидком виде. Но по прогнозам исследователей, если температура ядра начнет повышаться, кристаллы льда превратятся в огромный океан, в котором смогут зародиться новые формы жизни.


Источник: FB.ru

«Кассини» обнаружил ливень из льда и органики в атмосфере Сатурна

Перед завершением своей блистательной миссии, аппарат «Кассини» осуществил Гранд-финал. Такое название получили 22 финальные орбиты, во время которых станция совершила ряд «нырков» в промежуток между внутренним краем колец Сатурна и внешними слоями его атмосферы. В недавнем выпуске журнала Scienсe (https://kiri2ll.livejournal.com/1071931.html) были опубликованы шесть статей с подробным анализом собранных во время Гранд-финала данных. Они в буквальном смысле заставляют по-новому взглянуть на Сатурн и его знаменитые кольца.

Во время последних орбит «Кассини» проанализировал состав вещества в промежутке между кольцами и атмосферой Сатурна. Аппарат сумел подтвердить появившуюся еще в 1980-х теорию о том, что материал из колец постепенно оседает на газовый гигант. Но собранные станцией данные все равно серьезно удивили ученых. Помимо ожидавшегося водяного льда и силикатов, «Кассини» также обнаружил следы органических веществ — метана, аммиака, углерода, азота, бутана, пропана и углекислого газа. Химический состав этой смеси существенно отличается от органики, найденной на Энцеладе и Титане. Следовательно, в системе Сатурна имеется как минимум три различных «хранилища» органических веществ.


Но это еще не самое интересное. Собранные «Кассини» данные позволили оценить скорость оседания материала из колец Сатурна. Она намного больше, чем предполагали ученые, и составляет около 10 тонн в секунду. Это ставит перед исследователями ряд новых вопросов.

Если измеренная «Кассини» скорость является постоянной, то такими темпами кольцо D полностью исчезнет всего через несколько десятков тысяч лет, кольцо С — в течение нескольких миллионов лет. А значит, кольца Сатурна намного моложе, чем считалось ранее. Если же это временное явление, то что его вызвало? И что является источником пополнения вещества колец? Каким бы не были ответы на эти вопросы, очевидно, что время существования подобных кольцевых систем может быть намного меньше, чем считалось ранее.

Также стоит отметить, что средний размер частиц в промежутке между кольцами Сатурна и его атмосферой оказался намного меньше, чем считалось ранее. Они скорее похожи на дымку. По мнению ученых, должен существовать какой-то процесс «перемалывания» частиц. Благодаря нему «Кассини» смог безопасно путешествовать через этот регион.

Еще одно весьма любопытное открытие связано с магнитным полем Сатурна. Измерения «Кассини» показали, что магнитная ось планеты отклонена менее чем на 0.0095° от оси ее вращения (для сравнения, данный показатель на Земле составляет 11°).


и данные в корне противоречат современным моделям формирования планетарного динамо. Согласно нынешней теории ось магнитного поля должна быть наклонена по отношению к общей оси вращения небесного тела, чтобы в его ядре могли возникать потоки плазмы, расплавленного металла или металлического водорода, вырабатывающие эти поля. При отсутствии же наклона поле не может существовать. И, тем не менее, Сатурн им обладает. Следовательно, эта теория также нуждается в серьезном пересмотре.

Источник: pikabu.ru

Происхождение планеты

Планета Уран — седьмая по счету от центра планета Солнечной системы, ее расстояние от Солнца примерно 3 миллиарда километров.

День на планете равен земным 17 часам и 14 минутам, а год 84 земным годам. Такое длительное время планетарного года связано с сильным наклоном планеты: она вращается вокруг Солнца, лежа на боку.

Такое положение гиганта многие астрономы объясняют тем, что на ранних этапах формирования планеты Уран столкнулся с крупным небесным телом, которое его опрокинуло.


aption>

Этот газовый гигант имеет атмосферу, которая состоит из водорода, гелия и метана. Происхождение Урана не ясно. Общепринятая теория образования планет некоторым образом не подходит для этой планеты.

Понятие протопланеты, притягивавшей своим магнитным полем газы и частицы пыли, никак не объясняет, почему такая крупная планета находится так далеко от Солнца.

Среди других загадок Урана самой неразрешимой является отсутствие теплоотдачи. Другие планеты гиганты отдают солнечную энергию в двукратном количестве от полученного. Уран не отдает ничего.

Во время формирования ледяные гиганты солнечной системы получали недостаточное количество остаточного газа из протосолнечной туманности, поэтому при огромных размерах их масса не так значительна.

Уран образовался из начальных твердых тел и льдов различного содержания, причем эта планета в отличие от других гигантов не смогла удержать большое количество водорода и гелия.

Уран – это планета или нет?


Это небесное тело ученые относят к группе гигантов, однако по своим качествам оно скорее занимает промежуточное положение между гигантами и планетами земной группы.

Особенностью этой планеты является направление ее вращения. Она вращается в противоположном направлении относительно вращения Земли и остальных планет солнечной системы, кроме Венеры, которая вращается также как и Уран. Эта аномалия вращения объяснения у ученых пока не нашла.

Следующая особенность данного небесного тела – оно самое холодное в солнечной системе. По теории Нептун должен быть самой холодной планетой, как находящаяся на самом большом расстоянии от Солнца, однако Уран холоднее Нептуна. Разумного объяснения это явление не имеет.

Магнитное поле Урана (фото из открытых источников)

Третьей особенностью этого небесного тела является его аномальное магнитное поле. Оно очень сложное, имеет 4 полюса и сильный наклон относительно оси вращения. Магнитные полюса имеет разную силу, что не наблюдается на других планетах.

Уран в солнечной системе является очень странной, но, безусловно, планетой.

Планета в разрезе: структура Урана

Строение Урана представляет собой 3 составные части:

  • ядро
  • мантию
  • атмосферу

Внутренне строение планеты состоит из ядра и мантии. Ядро каменное с вкраплениями льда. В результате последних исследований определено, что ядро содержит металлы и кремний. Кроме камня, количество которого составляет 25% от общей массы.

Структура Урана (фото из открытых источников)

Мантия более легкая, ее масса превышает земную массу в 13 раз, хотя ее толщина составляет тысячу километров. Мантия ледяная, но горячая. Это раствор воды, аммиака и метана. В атмосфере много водорода и гелия.

Однако это все предположения, часть астрономического сообщества считает, что у Урана нет ядра. Он является шаром из льда и жидкости под газовым покрывалом. Это небесное тело очень быстро вращается вокруг своей оси, такая скорость его сплющивает с полюсов.

Ядро

По мере развития метода исследований небесных тел с помощью компьютерных моделей, все большее число астрономов начинает считать, что ядра у Урана нет совсем. Однако большинство ученых придерживается ортодоксальной теории, что горные породы составляют ядро планеты.

Ядро маленькое, его радиус составляет 20% от общего радиуса небесного тела. В центре ядра высокая температура 5 тысяч градусов по Кельвину (4726,85 по Цельсию) и давление больше 600 тысяч атмосфер.

Ядро состоит, в основном, из силикатов. Его укрывает слой льда и камней. Для такого гиганта ядро небольшое, оно меньше, чем ядро Юпитера.

Состав планеты

Состав планеты Уран отличается от больших планет Сатурна и Юпитера тем, что в его недрах нет металлического водорода. Зато много необычных модификаций льда высокой температуры.

Атмосфера состоит из гелия и водорода, в ней много аммиака и метана. Есть ацетилен и другие углеводороды, которых у Урана значительно больше, чем у Сатурна и Юпитера.

Легких газов планета содержит немного. Ученые считают это следствием дефектов формирования небесного тела. Когда Уран смог сформировать свое ядро, в солнечной системе осталось мало свободных гелия и водорода.

Состав Урана и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна, поэтому их выделили в группу ледяных гигантов.

У Урана гелий не локализован в центре планеты, как у других больших планет, а сосредоточен в атмосфере. Что находится во внутренних слоях атмосферы, ученые знают плохо, а в верхних слоях обнаружили этан и метилацетилен. Считается, что это продукты фотосинтеза метана под воздействием солнечного ультрафиолета.

В верхних слоях атмосферы обнаружили также углекислый и угарный газы. Ученые полагают, что это воздействие пролетающих мимо комет.

Плотность планеты

Средняя плотность Урана составляет 1,70 грамм на сантиметр кубический. Это в 5 раз меньше плотности Земли.

Большое количество газов дает низкую плотность планеты. Так как плотность Урана немного выше плотности другой крупной планеты Сатурна, это считается доказательством наличия твердого ядра, содержащего тяжелые элементы в виде камней и металлических вкраплений.

Плотность ионосферы величина переменная, она зависит от величины солнечной активности. Сила ветра на этой планете небольшая по сравнению с ветрами других больших планет.

Низкая плотность гиганта определяется особенностями его формирования, при котором основным строительным материалом были только легкие газы.

Гравитация и магнитное поле

Плотность Урана очень мала, поэтому сила гравитации на его поверхности сравнима с земной гравитацией, несмотря на огромные размеры.

Магнитное поле этого небесного тела значительное и неравномерное. Источники такой силы магнитного поля ученым непонятны.

Особенности рельефа

Фотоснимков рельефа поверхности Урана нет. У него нет материков и кратеров. Поверхность Урана покрыта жидкостью и должна быть похожа на океаны Земли, так считают астрономы. Для того, чтобы добраться к твердому центру нужно пройти тысячи километров жидкой среды. Поэтому высадка космонавтов на эту планету невозможна.

На снимках, сделанных космическим аппаратом «Вояджер», поверхность этого гиганта кажется однородной. Облака Урана состоят из твердого льда и аммиака. Из-за очень низкой температуры поверхность кажется спокойной и тихой, что определил «Вояджер», пролетая мимо. Так как твердой поверхности в этом случае не имеется, ученые приняли за поверхность атмосферный слой с давлением 1 бару.

Поверхность Урана (фото из открытых источников)

У атмосферы Урана имеется загадка: в удаленных участках атмосферы этой самой холодной планеты температура повышается до огромных значений.

Ученым непонятна причина этого явления. Жара, наблюдаемая в короне ледяной планеты, является ее удивительной особенностью.

Облачность небесного тела имеет многослойную структуру. Основные облака нижнего слоя состоят из сероводорода. Следующий слой облаков состоит из солей аммония. Еще выше располагаются облака состоящие из водяного льда. Конденсация паров ацетилена дает надоблачную дымку.

Всего полосок облаков 10. Это установлено с помощью телескопа «Хаббл». Этот мощный аппарат позволил обнаружить атмосферные вихри, которые кажутся небольшими пятнами темного цвета.

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.