Уран считается четвертой по массе и третьей по диаметру планетой Солнечной системы. Этот голубой «ледяной гигант» был открыт в 1781 году. Хотя Уран прекрасно виден с Земли невооруженным взглядом, астрономы долго считали его сначала кометой, потом тусклой звездой. Именно поэтому планета мало изучена и сегодня представляет большой интерес для ученых астрофизиков. Свое название Уран получил в честь греческого бога, отца Сатурна.
Размер, масса, орбита
Уран обладает следующими параметрами:
- Масса в 14,6 раз больше Земли (8,683*10^25 кг);
- Площадь 8,1156 млрд км2;
- Радиус по экватору 25559 км;
- Плотность 1,27 г/см3;
- Наклон оси 97,77°;
- Орбитальная скорость 6,81 км/с;
- Радиус по полюсам 24973 км.
Орбита Урана
Уран имеет форму шара, сплюснутого на полюсах. Он самый легкий среди планет-гигантов, ведь основную его часть составляет лед. Сила притяжения меньше земной всего на 10 %.
Вращение
Большой осевой наклон стал причиной того, что планета движется боком. Она катится как шарик, вращаясь по часовой стрелке. Ее полюса обращены к Солнцу согласно орбитальному периоду. Когда на одном в течение 42 лет непрерывно царит день, и длится лето, то в это время на другом темно и очень холодно.
На экваторе день и ночь сменяют друг друга через 17 час 14 мин. Именно за столько времени Уран делает виток вокруг своей оси. Полный оборот вокруг светила планета совершает за 84 года.
По мнению одних астрофизиков, причиной сильного наклона оси стало столкновение Урана с большим космическим объектом, который смог перевернуть планету на бок. По мнению других – существовал некий спутник, который смог раскачать ось вращения своим гравитационным полем. Сам же он был притянут к другому космическому объекту, размером превышающим Уран.
У голубого гиганта трудно определить, какой полюс северный, какой южный. Так происходит, потому что магнитное поле движется вместе с планетой. При аналогичных условиях на Земле постоянно происходили бы разные погодные явления. Но на Уране кроме двух основных магнитных полюсов существуют еще две пары более слабых.
Видимость
Звездная величина Урана колеблется в пределах 5,6m-5,9m. Это говорит о том, что планету можно увидеть с Земли даже невооруженным взглядом, если знать точное местоположение в данный момент. Он выглядит как тусклая звезда.
Но наблюдать за Ураном нужно в телескоп, имеющий объектив не менее 250 мм. На темном небосводе хорошо виден голубовато-зеленый диск и два спутника: Оберон и Титания. В более мощный телескоп с объективом 400 мм можно разглядеть темные пояса, пятна и различающиеся по цвету зоны. Хорошо виден спутник Ариэль и Умбриэль.
Состав, строение, поверхность
В центре Урана находится каменное ядро, окруженное горячей «ледяной» мантией. Она состоит из смеси воды, метана и аммиака – «океан водного аммиака». В отличие от других планет, Уран получает от Солнца гораздо больше тепла, чем выделяет сам. Ученые выдвинули две версии, объясняющие это явление:
- Подвергшись внешнему механическому воздействию огромного космического объекта, планета потеряла большую часть внутреннего тепла, полученного при формировании.
- Существует специфический барьер, преграждающий выброс внутреннего тепла на поверхность.
В инфракрасном свете видны облака, окружающие эту удивительную и непохожую на остальные планету.
Спутники
У планеты Уран существует 27 естественных спутников: 13 внутренних, 5 крупных и 9 нерегулярных. Каждый обладает определенными особенностями.
Первые спутники Урана – Титанию и Оберон астроном Гершель обнаружил в 1787 году. Через два года британским астрономом Ласселем были открыты Ариэль и Умбриэль. В 1948 году американец Койпер обнаружил Миранду. С помощью зонда «Вояджер-2» удалось разглядеть еще 11 спутников. Последним был открыт нерегулярный спутник Маргарита.
Пять крупных естественных лун Урана достаточно массивны. Титания имеет диаметр 1578 км. Но их совокупная масса меньше, чем у одного спутника Нептуна – Тритона. На поверхности Титании обнаружены следы вулканической активности. Видны извилистые долины, напоминающие русла рек, длиной до 1000 км.
Луны состоят из каменных пород и льда. По мнению ученых, на границе ядра и мантии находится водный океан. А Миранда состоит изо льда, включающего аммиак и углерод. На ее поверхности видны причудливые ледяные каньоны. Нерегулярные спутники – это небольшие объекты эллиптической формы с ретроградными орбитами, проходящими далеко от планеты.
Состав и происхождение внутренних спутников сходны с кольцами планеты. Это небольшие объекты темного цвета с хаотичной системой. Они часто нарушают орбиты друг друга, что приводит к столкновениям. Внешние спутники – это «пришельцы» захваченные силами притяжения Урана. Они часто меняют свою траекторию и способны выйти за пределы системы.
МАС (международный астрономический союз) принял соглашение назвать луны Урана в честь шекспировских персонажей.
Атмосфера, климат, температура
Атмосфера Урана начинается выше 300 км от верхней границы мантии (условной поверхности). Она состоит из трех слоев, находящихся на определенной высоте:
- тропосфера до 50 км;
- стратосфера от 50 км до 4000 км;
- термосфера от 4000 км до 50000 км.
Кроме водорода и гелия, которые являются основой атмосферы Урана, в ее составе обнаружен аммиак и метан. Последний придает Урану голубое сияние. Многочисленные облака находятся в тропосфере и имеют слоистое строение. Нижний уровень состоит изо льда, а верхний – из метана.
Уран, несомненно, самая холодная планета Солнечной системы. На поверхности температура воздуха может составлять -224 °C.
В экваториальных областях направление ветра обратно вращению планеты. Чем дальше от экватора, тем сильнее скорость потоков. В гигантских вихрях она может достигать 900 км/ч. Ближе к полюсам направление ветра меняется, а его скорость стремительно падает.
Сезонные изменения
На снимках, сделанных «Вояджером-2» в 1986 году с близкого расстояния, Уран предстал спокойной, невыразительной планетой без атмосферных штормов. Но позже, наблюдая за ним в современные и мощные телескопы, ученые смогли различить сезонные погодные изменения.
Сильный осевой наклон Урана повлиял на необычную смену времен года. Если один полюс 42 земных года находится под солнечными лучами, то другой весь этот период пребывает в темной морозной зиме со штормовыми ветрами.
Смена сезонов на Уране мало изучена. В 2004 году зафиксировано резкое изменение погоды. В начале марта появилось большое количество облаков, ветер усилился до 824 км/ч, начались сильные грозы, которые продолжались до 4 июля. В 2006 году удалось сфотографировать начало образования атмосферного вихря.
Одни облака на планете могут неожиданно исчезнуть через несколько часов после появления. Другие остаются неизменными в течение десятилетий. На Уране выделяют 4 «экстремальных» сезона:
- южное солнцестояние;
- северная весна;
- сезон равноденствия;
- северное солнцестояние.
Приблизившись к солнцестоянию, оба полушария планеты находятся в одинаковых условиях: либо освещенные Солнцем, либо во тьме космоса.
Кольца
Впервые о кольцах Урана У. Гершель написал в 1789 году. Но ученый мир посчитал его предположение ошибкой и на 200 лет не возвращался к этому вопросу. Лишь в 1977 году американские астрономы подтвердили наличие девяти колец Урана. При помощи телескопа «Хаббл» ученым удалось открыть еще четыре.
Сегодня известно, что система состоит из 13 основных колец и множества почти неразличимых пылевых полос. В ультрафиолетовых лучах из цвет красноватый, в инфракрасном излучении – серый. Темные оттенки показывают, что в их составе смесь льда и неизвестного вещества, возможно, схожего с составом внутренних спутников Урана. Ведь кольца сформировались гораздо позже самой планеты.
Самым ярким и плотным является «эпсилон». Его толщина достигает 150 метров. По мнению ученых, механизмом сдерживания частиц в определенных границах служат «спутники-пастухи». Например, у «эпсилона» это Корделия и Офелия. Ширина колец «альфа» и «бета» варьируется от 4,8 до 11.4 км. Кольца 4, 5, 6 являются самыми тусклыми.
Физические характеристики
Объем Урана в 63 раза превышает размер Земли, а масса только в 14 раз. Эти данные говорят о том, что он в основном состоит из воды. Одна модель, взятая за основу, предполагает наличие у планеты каменного ядра, которое по размерам больше Земли. Другая модель утверждает о его отсутствии. Тогда Уран состоит из снеговой «каши», окутанный оболочкой из газа.
У планеты отсутствует твердая поверхность, и ученые условно принимают за ее верхнюю границу сфероид вращения с давлением в один бар. Именно от него начинается отсчет шкалы слоев атмосферы.
Формирование Урана
Протосолнечная туманность – это огромный вращающийся шар из газа и пыли. В результате его уплотнения начала формироваться Солнечная система. Водород и гелий стали строительным материалом для Солнца, а частички пыли для строительства протопланет.
Планеты увеличивали свои массы и формировали гравитационные поля, которые удерживали вокруг них остаточный газ.
Такая теория возникновения небесных тел вполне устраивает ученых. Но вызывает много вопросов по отношению возникновения газовых гигантов, к которым относится Уран и Нептун.
Процесс аккреции у Урана шел слишком медленно, в результате ему не удалось набрать достаточную газовую массу. В его составе слишком мало гелия и водорода. Поэтому Уран относится к группе «ледяных гигантов».
Сколько лететь до Урана
Экстремальные физические особенности Урана даже в будущем не позволят людям посетить эту планету. Но ученые рассчитали время полета к голубому гиганту. Зонд «Вояджер-2», стартовавший с Земли в 1977 году, добрался до Урана спустя 8,5 лет. Его скорость равнялась 15,4 км/с.
Гипотетически до Урана можно добраться:
- на велосипеде за 15000 лет;
- на Боинге за 326 лет;
- на Ан-2 за 1500 лет;
- со скоростью света за 2ч 40мин.
Гравитация
Несмотря на большие размеры, плотность Урана очень маленькая, всего 1,27 г/см3. А гравитация зависит от этого параметра. Поэтому она на Уране даже немного меньше, чем на Земле, и равна 8,69 м/с2.
Жизнь на Уране
Уран нагревается внутренним теплом. В атмосфере происходят грозы, дуют ветра, присутствуют химические элементы, способствующие формированию простейших органических веществ. Кроме того, ядро планеты окружает жидкий океан, составной частью которого является вода.
Но огромное давление не сможет выдержать никакая форма жизни, известная человеку. Поверхность Урана имеет низкую температуру, она считается полюсом холода солнечной системы. При -220 °C возможна только внеземная инопланетная жизнь.
И еще один фактор, исключающий жизнь на планете – это недостаточное количество солнечной энергии, связанное с большим расстоянием между Ураном и светилом.
Расстояние до Солнца
Солнечный свет достигает поверхности Земли за 8 минут. До далекого Урана ему необходимо потратить приблизительно 2,7 часа. Среднее расстояние составляет 2.88 млрд км, что в пересчете на астрономические единицы равняется 19,2 а.е.
День на Уране
Сутки на Уране длятся 17 ч 14 мин 24 с. За это время планета совершает оборот вокруг своей оси. Но поскольку наклон небесного тела большой, оно практически лежит на боку. Из-за этого долгое время одно полушарие находится на Солнце, а другое в тени.
Расстояние до Урана
В связи с беспрерывным движением планет по своим орбитам, меняется расстояние между ними. Максимальное сближение происходит в момент, когда случается «парад планет».
Расстояние от Урана до Земли: от 2,6 – 3,1 млрд км.
Открытие планеты
Уран – первая планета, открытая благодаря телескопу. Уильям Гершель, музыкант из Лондона, увлекался астрономией. Он сам сделал телескоп и ночи напролет наблюдал за звездами. Его мечтой было создание подробной карты звезд Северного полушария. 13 марта 1781 года его внимание привлекла странная звезда, имевшая вид диска. Уильям решил, что это комета. Позже выяснилось, что она имеет круговую орбиту и не может быть кометой.
Открытие Урана решило судьбу Гершеля. Король Георг III, увлекающийся наблюдением за звездами, назначил его астрономом и определил жалованье в 200 фунтов.
История изучения
Внутреннее строение и масса Урана определялись только по косвенным признакам. Издалека планета похожа на гигантский шар сине-зеленого цвета, благодаря метану. Если бы удалось «нырнуть» под оболочку атмосферы, можно было попасть в вязкую массу, которая по мере падения в нее становится более плотной и горячей. Здесь такое давление и температура, что газ способен превратиться в жидкость. Любой исследовательский аппарат просто испарится в таких условиях.
Исследования автоматическими межпланетными станциями
На протяжении двух веков об Уране было очень мало информации. Все сведения об этой таинственной планете ученые получили благодаря космическому зонду. «Вояджер-2» был запущен с мыса Канаверал в августе 1977 года. В его задачу входило исследование самых отдаленных планет, в том числе и Урана. Максимальное сближение произошло в январе 1986 года. Расстояние между ледяным гигантом и аппаратом составляло 81,5 тыс. км. На Землю были переданы тысячи уникальных снимков. Благодаря зонду удалось обнаружить новые спутники и кольца. Ученые выяснили силу и расположение магнитных полей.
Чтобы максимально сократить время полета к Урану, надо использовать силу притяжения соседних планет. Так «Вояджер-2» ускоряли Юпитер и Сатурн. Самое трудное и важное – это правильно рассчитать время и силу торможения зонда, иначе он может просто пролететь мимо заданной цели.
В 2030 году Юпитер будет находиться в очень удобном положении для ускорения нового зонда, способного относительно быстро достичь Урана. У космического сообщества есть 10 лет на подготовку нового, более тщательного исследования дальних планет.
