Наличие атмосферы у урана


Планета Уран занимает седьмое место по удаленности от Солнца. Он долгое время прятался от взора наблюдателей и был обнаружен при помощи телескопа лишь в конце 18 века. Уран наряду с Нептуном – планеты Солнечной системы, объединенные в группу «ледяные гиганты». По сей день эти объекты нашей звездной системы являются малоизученными из-за  больших расстояний, которые приходится преодолевать космическим зондам для их исследования.

История открытия и исследования

Седьмая планета была недоступна для наблюдения астрономам Античности и Средневековья из-за своей удаленности от Солнца и Земли и не самого заметного свечения на ночном небе. Открыл Уран в 1781 году английский астроном Фредерик Уильям Гершель. Он же предложил назвать его в честь английского монарха Георга III. Идея была отклонена другими астрономами и объект назвали в честь древнегреческого прародителя всех богов, олицетворяющего небо. Позднее Гершель открыл две крупнейших урановых луны, а также выдвинул предположение о наличии у него системы колец.


До конца 20 века небесное тело оставалась практически неизученной. Самые ценные сведения об Уране передал на Землю космический зонд Вояджер-2, которому в 1986 году удалось пройти на расстоянии 80 тыс. км от поверхности планеты. Аппарат обнаружил 10 спутников, а также изучил состав атмосферы планеты, ее климат и кольцевую систему.

Исследования поверхности ледяного гиганта также осуществляются благодаря космической обсерватории Хаббл. Ей были получены снимки Темного пятна в атмосфере планеты, а также информация о спутниках.  В 2021 году планируется отправить межпланетную станцию для изучения химического состава урановой атмосферы, исследовании спутников и колец.

Общие сведения об Уране

Рассмотрим самые часто задаваемые вопросы о седьмой планете Солнечной системы.

Сколько лететь до Урана с Земли? Расстояние от нашей планеты до ледяного гиганта колеблется от 2,6 млрд. км до 3,15 млрд. км. Вояджер-2, двигаясь с максимальной скоростью в 57,9 тыс. км/ч, смог сблизиться с поверхностью планеты лишь через 10 лет после запуска с Земли. От 10 до 15 лет понадобится и новому космическому зонду, который планируется запустить через пару лет.

Сколько нам известно спутников у Урана? На данный момент открыто 27 урановых лун. Все вместе взятые его спутники имеют массу в 150 раз меньшую, чем самая крупная луна в Солнечной системе – Ганимед.

Как выглядит Уран? На снимках, сделанных Вояджером-2 планета, имеет бледно-голубой окрас. Атмосфера Урана богата метаном, поглощающим красную часть спектра, что придает планете цвет от голубого до зеленоватого.

Орбита и радиус


Объект удален от Солнца в среднем на 2,8 млрд. км. Его орбита обладает достаточно низким эксцентриситетом (0,046), а величина ее большой полуоси достигает 3 млрд. км. Двигаясь со средней скоростью 6,8 км/с, объект обращается вокруг Солнца за 84 года.

Сутки на ледяном гиганте длятся гораздо меньше. Полный осевой оборот он совершает за 17 часов 15 минут. По отношению с плоскости орбиты этот газовый шар лежит на боку: наклон его оси составляет почти 98°. В таких условиях его вращение получается ретроградным и в период солнцестояния один из урановых полюсов смотрит прямо на Солнце. Этим объясняется одна из особенностей Урана: на экваторе планеты смена периодов дня и ночи происходит быстро, а полярные фазы дня длятся по 42 года, как зима и лето.

Физические характеристики

  • Диаметр Урана – 50,72 тыс. км, средний радиус – 25,4 тыс. км.
  • Масса Урана – 8,7*1025 кг, что больше земной в 14.5 раз.
  • Среднее значение площади поверхности – 8,12*109 кв.км.
  • Средняя плотность – 1,27 г/ куб. см.
  • Температура Урана: максимальная (центр ядра) – 4,7 тыс. градусов Цельсия; минимальная(тропопауза) — -224 градуса Цельсия.

Строение Урана и его химический состав немного разнят его с остальными газовыми планетами в нашей звездной системе.

Атмосфера

Начинается атмосфера на высоте приблизительно в  300 км от жидкой оболочки. Нижний ее слой называется тропосферой и простирается на расстоянии 50 км. Еще 4000 км занимает стратосфера, а последний слой, термосфера, заканчивается на высоте 50000 км от поверхности Урана.

Атмосфера Урана состоит из водорода, гелия и метана с небольшими примесями двуокиси углерода, аммиака и воды. Она переходит сразу в мантию, которая в отличие от Юпитера и Сатурна, состоит не из жидкого водорода, а изо «льда». Ледяная оболочка – это вода, с растворенным в ней в больших концентрациях метаном и аммиаком. Она занимает более 60% радиуса планеты. Под мантией скрыто каменное ядро, наименее горячее среди ядер газовых гигантов Солнечной системы. Оно разогревается всего до 5000К.

Температура газовой оболочки меняется в зависимости по мере удаления от ледяной оболочки. На нижней границе тропосферы максимальное значение температуры – 47°С, через 50 км она падает до рекордно низких для планеты -220°С. В стратосфере и термосфере газ опять нагревается, достигая температуры 580°С.

Климат

Климат ледяного гиганта предположительно имеет сезонность. Но первые данные об изменениях атмосферы Урана были получены менее 84 лет назад, т.е. год на планете пока еще не закончился. Известно, что наибольшая освещенность объекта Солнцем приходится на период солнцестояния, а в период равноденствия до него доходит минимум солнечных лучей. При этом ярче освещаются полюса, а зона экватора достаточно темная зона.


По сравнению с Юпитером и Сатурном урановые ветры дуют реже и слабее. Периодически в атмосфере планеты регистрируют темные пятна – вихри в тропосфере с высокой скоростью вращения. На экваторе они дуют в обратном осевому вращению направлении и их скорость не превышает 100 м/с. Следующий пояс ветров наблюдается в пределах 20°-60° широты, где вихри перемещаются со скоростью от 150 до 240 м/с.

Рельеф

На Уране нет твердой поверхности. Между атмосферой и мантией имеется размытая граница перехода газовой оболочки в жидкость. Любые пятна, увиденные на снимках планеты, представляют собой вихревые облака верхних слоев урановой тропосферы.

Цвет урановой атмосферы обусловлен метаном. Этот углеводород поглощает красный цвет спектра, придавая ей зеленовато-голубой окрас.

Кольца Урана

Предположение о том, что Уран имеет кольца, выдвинул еще его первооткрыватель Уильям Гершель. Доказать его правоту смогли лишь через 200 лет. В период с 1977 по 2005 год были открыты 13 колец Урана. Часть из них названа цифрами, часть буквами греческого алфавита.

Химический состав колец до сих пор остается неизученным. Большая доля приходится на темное вещество, предположительно органического происхождения, преобразованное под влиянием магнитосферы планетарного гиганта. Также в их составе есть небольшой процент льда и пыли. Из-за своей тусклости кольца Урана долгое время не удавалось рассмотреть.

Радиус наиболее приближенного к планете кольца составляет 30 тыс. км, а удаленного – 98 тыс. км. Предположительно, вся кольцевая система образовалась вследствие столкновения нескольких мелких спутников.

Магнитное поле


У Урана строение магнитного поля не похоже на поля других планет Солнечной системы. Головная ударная волна расположена на расстоянии 23 радиусов планеты, а магнитопауза – на 18. У планеты есть достаточно развитый магнитный хвост, имеющий форму штопора.

Особенностью  магнитосферы является смещение ее центра на треть радиуса к южному полюсу. Это объясняется тем, что магнитное поле на планете формируется не в ядре, а в жидком аммиаке мантии.

Спутники планеты

Титания и Оберон, первые и самые крупные урановые луны, были открыты еще в конце 18 века. Они были названы в честь королевы и короля фей из комедии Шекспира «Сон в летнюю ночь».

Титания достигает диаметра 1,5 тыс. км и массы 3,53*10 21кг. Она является синхронным спутником и полностью лежит в пределах магнитного поля хозяина. Состоит она из ледяной мантии и каменной сердцевины.

Оберон – наиболее далекий спутник седьмой планеты. Он, как и Титания, состоит из ледяной мантии и каменного ядра. Поверхность Оберона изрыта ударными кратерами.


В 1851 году были обнаружены два других крупных спутника Урана – Ариэль и Умбриэль, названные в честь персонажей поэмы «Похищение локона» Александра Поупа. Эти небольшие урановые луны имеют ледяную оболочку и каменное ядро. Как и остальные спутники ледяного гиганта, Ариэль и Умбриэль были образованы из аккреционного диска, возникшего во время формирования планеты.

Последний крупный спутник был открыт в 1948 году и назван Мирандой – в честь героини шекспировской «Бури». Миранда самый малый из крупнейших урановых лун и находится ближе всего к планете. Также является синхронным спутником. Поверхность Миранды представляет собой водяной лед с примесями аммиака и содей кремния.

Кроме 5 крупных имеется еще 13 внутренних спутников планеты. Они состоят из того же темного вещества, которое входит в состав урановых колец. Темный цвет долгое время не позволял исследователей обнаружить их. Названы эти спутники также в честь героев поэм Поупа и Шекспира. На данный момент известно еще 9 нерегулярных спутников, чье движение вокруг планеты отличается от перемещения основных лун.

Интересные факты про Уран

  • Это самая холодная планета Солнечной системы. Ее ядро прогрето хуже всего среди планет-газовых гигантов. Минимальная температура, регистрируемая в тропопаузе, составляет рекордные для нашей системы -224 градуса Цельсия.

  • Миранда – спутник с довольно интересным рельефом. Несмотря на свои малые размеры, эта урановая луна избита кратерами, усеяна холмами, каньонами и целой сетью разломов.
  • Одноименный химический элемент был обнаружен через 8 лет после обнаружения седьмой планеты Солнечной системы. Поэтому и был назван в честь нее.
  • Виной тому, что это небесное тело лежит на боку по отношению к своей орбите, стало его столкновение с крупным космическим объектом.
  • Проследить смену сезонов на Уране пока не удалось, т.к. с момента его исследования Вояджером-2 не прошло еще полного уранового года(84 земных).
  • Урановые зима и лето длятся по 42 года.
  • Планету можно увидеть на ночном небе невооруженным глазом. Наблюдать за ним лучше в моменты противостояния, когда Земля и Уран приближены друг к другу на максимально близкое расстояние. В 2019 году лучшей своей видимости седьмая планета достигнет 28 октября.
  • Единственным аппаратом за всю историю исследования космоса, пролетевшим вблизи урановой орбиты, стал американский зонд Вояджер-2. Его снимки помогли астрономам обнаружить новые спутники планеты, ее кольца, а также изучить атмосферу. Следующий зонд сможет полететь в этом направлении не раньше 2020 года.
  • Планета занимает предпоследнее место в Солнечной системе по плотности после Сатурна.
  • Внешнее кольцо планеты имеет синий цвет, следующее за ним – красный. Все остальные урановые кольца темные из-за органического вещества, входящего в их состав наряду со льдом и пылью.

  • Солнечные лучи достигают его поверхности за 3 часа.
  • Последние 3 из известных спутников (Маб, Купидом, Маргарита) были открыты с разницей в 4 дня.
  • Это самая скучная и неисследованная планета Солнечной системы.
  • Возраст ледяного гиганта составляет около 4,6 млрд. лет. Его кольца образовались значительно позднее, возможно, в результате его столкновения с другим небесным телом.
  • Мощность магнитосферы на южном полюсе планеты в десять раз слабее, чем на северном.

Источник: spaceworlds.ru

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. Конечно 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. Они 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

Структура атмосферы планеты

В структурных особенностях атмосферы планеты Уран будет гораздо легче разобраться, если сразу уяснить некоторую разницу с привычной для нас земной газовой оболочкой. На Земле под атмосферой находится океан жидкой воды и твёрдая суша.

Атмосфера Урана состоит из трёх оболочек, внушительных по размеру:

  • Тропосфера
  • Стратосфера
  • Термосфера

Тропосфера расположена на высоте от -300 до 50 км (здесь время вспомнить, что из-за относительного расположения точки «поверхности» Урана, возможно отрицательное значение для высоты). На протяжении этих 350 км давление будет меняться от 100 бар в самой ближней к ядру планеты точки до 0,1 бара на границе между тропосферой и стратосферой.

Стратосфера простирается на высоте 50 – 4000 км. Тут давление постепенно падает от 0,1 до 10-10 бара.

Замыкает этот парад термосфера, которая окутывает планету на расстоянии в 50 тысяч километров.

Химический состав атмосферы

Основным элементом в атмосфере Урана является водород. Он заполняет почти три четверти всего объёма газов. Также присутствует большое количество гелия.

Третий газ, который можно легко найти на планете – это метан. Благодаря химическим свойствам метана, о присутствии этого элемента в атмосфере Урана знали eже давно. Метан поглощает красные волны видимого спектра. Поэтому перед сторонним космическим наблюдателем Уран предстаёт в красивом аквамариновом цвете.

В тропосфере присутствуют и другие газы. За слоем метана обнаружено скопление аммиака и сероводорода. Оба эти газа имеют специфический резкий запах, неприятный для человека. Аммиак – это, по сути, нерастворённый нашатырь. А сероводород легко идентифицировать по характерному запаху тухлых яиц.

В более глубокие слои атмосферы с современным оборудованием человеку проникнуть не удаётся. Но косвенные доказательства свидетельствуют о том, что за покровом из сероводорода и аммиака скрывается ещё слой гидросульфида аммония. А ещё дальше располагаются залежи воды в виде супер переохлаждённого льда.

Верны ли догадки учёных, покажет время.

Уранианские облака

Все эти массы различных газов не висят неподвижно. Они собраны в огромные облака, некоторые из которых вполне можно сравнить с земными грозовыми тучами. Из-за высокого давления эти массы газа обладают большой плотностью.

За уранианскими облаками трудно наблюдать. Планета находится очень далеко, и периодически одна сторона попадает в тень.

Тем не менее, учёные установили, что атмосферный рисунок на Уране меняется крайне неравномерно. Некоторые облака исчезают спустя всего пару часов, а другие остаются неизменными на протяжении десятилетий.

Наличие атмосферы у урана

Температура на планете Уран

Температура Урана, а точнее – её распределение, это ещё одна загадка для учёных. Не лишним будет заметить, что у этого ледяного гиганта самая холодная планетарная атмосфера во всей Солнечной системе. И это при том, что Нептун находится ещё дальше от Солнца.

Средняя температура на Уране – понятие относительное. Это связано с его огромными размерами. Но если взять уровень тропопаузы, который находится на границе стратосферы и тропосферы, то температура Урана тут достигает рекордной отметки в -224 градуса Цельсия.

Жители Земли привыкли к разнице в температуре между днём и ночью. Поэтому логичным будет вопрос, сколько градусов разницы между этими периодами будет на голубом гиганте. Несмотря на впечатляющие размеры, планета Уран совершает полный оборот вокруг оси всего за 17 часов 14 минут. Поэтому средняя температура в этом плане там неизменна.

Есть ли жизнь на Уране

Может ли существовать жизнь на Уране?

С другой стороны – исследования Солнечной  системы в целом и её отдельных планет в частности, только начинается. Человечеству предстоит совершить ещё много открытий. Будет ли обнаружена жизнь на Уране? Возможна ли жизнь на таких планетах в принципе? Это покажет время. Но любое большое путешествие начинается с маленького шага. И этот шаг человечеством уже сделан.

Наличие атмосферы у урана

Источник: oplanetah.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.