Уран

Уран

Открытие Урана, как планеты, состоялось в 1781 году астрономом Уильямом Гершелем, но до этого момента его не менее двадцати раз наблюдали на небе, принимая за звезду. Имя планете было присвоено в честь древнегреческого бога небес.

Огромное небесное тело, полное сюрпризов – вот чем оказалась вновь открытая планета. Двадцать семь спутников и тринадцать колец – простор для гипотез, открытий и новых загадок. Седьмая от Солнца, планета Уран вращается недалеко от границы с дальним космосом миллиарды лет. Так же, как Сатурн, Юпитер и Нептун, она принадлежит к категории газовых гигантов, все вместе эти «жидкие» планеты имеют радикальные отличия от планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Марса.

Единственная и неповторимая из всех планет Солнечной системы, вращение которой происходит в лежачем положении. Ее ось находится под наклоном к орбите более чем на девяносто градусов. Такое положение планеты Уран может быть следствием ее столкновения в незапамятные времена с громадным астероидом. Очень интересна на Уране смена времен года. Сорок два земных года на Южном полюсе продолжается лето, при этом солнце не заходит вообще; следующие сорок два года господствует зима с постоянной ночью; осенью и весной светило появляется на небосклоне каждые девять часов.

Наклон оси Урана
Наклон оси Урана

Расстояние до Солнца от планеты Уран в девятнадцать раз превышает промежуток между Землей и Солнцем, кроме того, Уран тяжелее нашей космической родины в четырнадцать с половиной раз. Он больше Земли в четыре раза. Первая планета, открытая при помощи телескопа – это Уран.

В отличие от Юпитера, Сатурна и Нептуна, недра Урана заполнены большим количеством «горячих» модификаций льда – метановой, водной и аммиачной. Из-за этой особенности ученые наградили планету Уран прозвищем, которого ранее удостоился только Нептун – Ледяной гигант.

Атмосфера Урана

Атмосфера на Уране мощная, толщиной не менее 8000 км. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана. Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере планеты встречаются в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Именно метановая дымка хорошо поглощает красные лучи, поэтому Уран кажется голубым. 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».

Состав атмосферы Урана
Состав атмосферы Урана

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 разнятся: 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. Ветры в средних широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40 до 160 м/с; на Земле быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50 м/с. Дневная освещенность на Уране соответствует земным сумеркам сразу после захода Солнца. Минимальная температура 53 К наблюдалась на уровне 0,1 бар. Выше и ниже температура повышается. Температура атмосферы на уровне 2,3 бар достигает 100 К.

Внутреннее строение Урана

Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Ядро является относительно маленьким, с массой приблизительно от 0,55 до 3,7 земных масс и с радиусом в 20 % от радиуса всей планеты. Мантия (льды) составляет большую часть планеты (60 % от общего радиуса, до 13,5 земных масс). Атмосфера при массе, составляющей всего 0,5 земных масс (или, по другим оценкам, 1,5 земной массы), простирается на 20 % радиуса Урана. В центре Урана плотность должна повышаться до 9 г/см3. Давление на границе ядра и мантии должно достигать 8 млн бар (800 ГПа) при температуре в 5000 К.

Внутреннее строение Урана
Внутреннее строение Урана

Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, так как состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды, аммиака и метана. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводностью, иногда называют «океаном водного аммиака». Состав Урана и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна благодаря «льдам», преобладающим над газами, оправдывая помещение Урана и Нептуна в категорию ледяных гигантов.

Несмотря на то, что описанная выше модель наиболее распространена, она не является единственной. На основании наблюдений можно также построить и другие модели — например, в случае если существенное количество водородного и скального материала смешивается в ледяной мантии, то общая масса льдов будет ниже, и соответственно, полная масса водорода и скального материала — выше.

В настоящее время доступные данные не позволяют определить, какая модель правильней. Жидкая внутренняя структура означает, что у Урана нет никакой твёрдой поверхности, так как газообразная атмосфера плавно переходит в жидкие слои. Однако, ради удобства за «поверхность» было решено условно принять сплющенный сфероид вращения, где давление равно 1 бару. Экваториальный и полярный радиус этого сплющенного сфероида составляют 25 559 ± 4 и 24 973 ± 20 км.

Магнитосфера Урана

До начала исследований с помощью «Вояджера-2» никаких измерений магнитного поля Урана не проводилось. Перед прибытием аппарата к орбите Урана в 1986 году предполагалось, что оно будет соответствовать направлению солнечного ветра. В этом случае геомагнитные полюса должны были бы совпадать с географическими, которые лежат в плоскости эклиптики.

Магнитосфера Урана
Магнитосфера Урана

Измерения «Вояджера-2» позволили обнаружить у Урана весьма специфическое магнитное поле, которое не направлено из геометрического центра планеты и наклонено на 59 градусов относительно оси вращения. Фактически магнитный диполь смещён от центра планеты к южному полюсу примерно на 1/3 от радиуса планеты.

Эта необычная геометрия приводит к очень асимметричному магнитному полю, где напряжённость на поверхности в южном полушарии может составлять 0,1 гаусса, тогда как в северном полушарии может достигать 1,1 гаусса. В среднем по планете этот показатель равен 0,23 гауссам (для сравнения, магнитное поле Земли одинаково в обоих полушариях, и магнитный экватор примерно соответствует «физическому экватору»).

Дипольный момент Урана превосходит земной в 50 раз. Кроме Урана, аналогичное смещённое и «накренившееся» магнитное поле также наблюдается и у Нептуна — в связи с этим предполагают, что такая конфигурация является характерной для ледяных гигантов. Одна из теорий объясняет данный феномен тем обстоятельством, что магнитное поле у планет земной группы и других планет-гигантов генерируется в центральном ядре, а магнитное поле у «ледяных гигантов» формируется на относительно малых глубинах: например, в океане жидкого аммиака, в тонкой конвективной оболочке, окружающей жидкую внутреннюю часть, имеющую стабильную слоистую структуру.

Тем не менее, по общему строению магнитосферы Уран схож с другими планетами Солнечной системы. Есть головная ударная волна, которая расположена на расстоянии от Урана в 23 его радиуса, и магнитопауза (на расстоянии 18 радиусов Урана). Имеются развитые магнитный хвост и радиационные пояса. В целом Уран по структуре магнитосферы отличается от Юпитера и больше напоминает Сатурн. Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и вращением планеты искривлён «в штопор».

Магнитосфера Урана
Магнитосфера Урана

Магнитосфера Урана содержит заряженные частицы: протоны, электроны и небольшое количество H2+ ионов. Никаких более тяжёлых ионов в ходе исследований обнаружено не было. Многие из этих частиц наверняка берутся из горячей термосферы Урана. Энергии ионов и электронов могут достигать 4 и 1,2 мегаэлектронвольт (МэВ) соответственно. Плотность низкоэнергетических ионов (то есть ионов с энергией менее 0,001 МэВ) во внутренней магнитосфере — около 2 ионов на кубический сантиметр. Важную роль в магнитосфере Урана играют его спутники, образующие большие полости в магнитном поле. Поток частиц достаточно высок, чтобы вызвать затемнение поверхности лун за время порядка 100 000 лет. Это может быть причиной тёмной окраски спутников и частиц колец Урана. На Уране хорошо развиты полярные сияния, которые видны как яркие дуги вокруг обоих полярных полюсов. Однако, в отличие от Юпитера, на Уране полярные сияния не значимы для энергетического баланса термосферы.

Черные кольца Урана

В кольцевую систему планеты Уран входят тринадцать колец. Они не похожи на великолепные кольца Сатурна, так как цветом похожи на уголь. Темный цвет почти не отражает солнечные лучи, поэтому кольца практически незаметны на фоне бездонной черноты космического пространства. Только в 1977 году американским ученым удалось открыть первые пять. Это произошло случайно, во время наблюдения за процессом закрытия газовым гигантом одной из звезд. Такая обсервация производится для максимально точного определения плотности атмосферы планеты.

Кольца Урана
Кольца Урана

Большой неожиданностью для астрономов стало то, что звезда перестала быть видимой еще до момента полного перекрытия ее планетой Уран. Потом на какое-то время звезда опять стала видна в бездне Космоса, и тут же опять скрылась из виду. Это повторилось пять раз до того, как звезда не оказалась полностью заслонена планетой. Во время обратного процесса, когда Уран продолжил движение по орбите, открывая звезду, процесс повторился снова. Объяснение этому могло быть только одно – ученые, сами того не желая, обнаружили у космического гиганта кольца. Это не могли быть спутники, так как тогда пришлось бы допустить наличие десяти новых, причем в одной плоскости и с одной орбитой для каждых двух.

В полном соответствии с логикой наблюдатели пришли к выводу, что кольца «окрашены» в очень темные цвета. Их наименовали в соответствии с буквами греческого алфавита: Гамма, Бета, Альфа, Эпсилон и Дельта. В ближайшее время после открытия первых пяти, у планеты Уран обнаружились еще четыре кольца, а позднее, в 1984 году «Вояджер» нашел еще два кольца, которые также имели прямое отношение к планете. При помощи телескопа «Хаббл» в 2005 году люди узнали о существовании еще двух, последних колец, расположенных на очень большом расстоянии от Урана.

Схема колец Урана
Схема колец Урана

Вот так и получилась цифра тринадцать, несчастливая для суеверных людей, но для космического пространства не имеющая ровно никакого значения. Что интересно, ближние одиннадцать колец имеют одинаковый почти черный оттенок, а дальние имеют спектральные отличия. Предпоследнее кольцо планеты Уран – красного цвета, а внешнее отливает в синеву. Скорее всего, тут дело в окраске частиц льда, составляющих основу этих образований. Осколки льда весьма различны в размерах. Одни не превышают нескольких миллиметров, другие громадны, до километра в диаметре.

Добавить комментарий

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