Надо Знать

добавить знаний



Уран (планета)


Uranus.jpg

План:


Введение

Уран - седьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планет-гигантов. Третья по диаметру и четвертая по массе планета Солнечной системы. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем. Планета названа именем античного божества Урана, олицетворение неба и поднебесной пространства. Уран был отцом Кроноса (или Сатурна - в римском пантеоне).

Уран стал первой планетой, открытой в Новое время и с помощью телескопа. Об открытии Урана Уильям Гершель сообщил 13 марта 1781 года, тем самым впервые со времен античности, расширил пределы Солнечной системы. Хотя порой Уран заметен невооруженным глазом, ранние наблюдатели никогда не признавали Уран за планету из-за его тусклость и медленное движение по орбите.

В отличие от других газовых гигантов - Сатурна и Юпитера, состоящие в основном из водорода и гелия, в недрах Урана и схожего с ним Нептуна, отсутствует металлический водород. Однако у них есть много высокотемпературных модификаций льда - по этой причине специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию "ледяных гигантов". Однако в отличие от Нептуна, недра Урана состоят в основном из льдов и горных пород. Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в ней обнаружены следы метана и других углеводородов, а также облака изо льда, твердого аммиака и водорода. Уран имеет холодную планетарную атмосферу в Солнечной системе с минимальной температурой в 49 К (-224 ? C). Считается, что Уран имеет сложную слоистую структуру облаков, где вода составляет нижний слой, а метан - верхний.

Как и в других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана есть система колец и магнитосфера. Кроме того, вокруг него вращаются 27 спутников. Ориентация Урана в пространстве отличается от других планет Солнечной системы - его ось вращения лежит как бы "на стороне" относительно плоскости вращения этой планеты вокруг Солнца. Вследствие этого планета бывает обращена к Солнцу то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами.

В 1986 году американский космический аппарат "Вояджер-2" передал на Землю снимки Урана, которые он сделал пролетая на расстоянии в 81 500 километров от планеты. На них видно "невнятная", в видимом спектре, планета без облаков и атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов. Однако пока наземными наблюдениями удалось различить признаки сезонных изменений и увеличения погодной активности на планете, вызванных приближением Урана к точке своего равноденствия. Скорость ветров на Уране может достигать 240 м / с.


1. История открытия Урана

В течение многих веков астрономы Земли знали только пять ?блуждающих звезд? - планет. Английский астроном Вильям Гершель, который приступил к реализации грандиозной программы упорядочения полного систематического каталога звездного неба, 13 марта 1781 года заметил вблизи одной из звезд созвездия Близнецов интересный объект, очевидно, не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное - менялось его положение на небе. Гершель первоначально решил, что открыл новую комету (его доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 года так и назывался - "Сообщение о комете?), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. В благодарность Георгу III, который назначил Гершеля королевским астрономом, он предложил назвать планету "Георгиева звезда?, однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название "Уран".

Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, а во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но ее считали звездой, что также заметно увеличивало число наблюдений.

В течение 30 лет после открытия Урана острота интереса к нему то падала, то росла. Дело в том, что повышение точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: он то "отставал" от расчетного, то начинал "опережать" его. Теоретическое объяснение этих аномалий привело к новому открытию - открытие Нептуна.


2. Движение, размеры, масса

Уран движется вокруг Солнца почти круговой орбите ( эксцентриситет 0,047), среднее расстояние от Солнца в 19 раз больше, чем в Земли, и составляет 2871 млн км. Плоскость орбиты наклонена к эклиптики под углом 0,8 ?. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84,01 земного года. Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 часов. Неточность определения значения этого периода обусловлена ​​несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.

Вращение Урана обладает рядом отличительных особенностей: ось его вращения почти горизонтальная (наклонена под углом 98 ? к плоскости орбиты), а направление вращения обратное направлению обращения вокруг Солнца (из всех других планет обратное направление вращения наблюдается только у Венеры).

Уран относится к числу планет-гигантов: его экваториальный радиус (25600 км) почти в четыре раза больше, а масса (8,7 ? 25 октября кг) - в 14,6 раз больше, чем у Земли. Средняя плотность Урана (1,26 г / см ?) в 4,38 раза меньше, чем плотность Земли. Сравнительно малая плотность типична для планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевой протопланетного облака легкие компоненты ( водород и гелий) стали для них основным "строительным материалом", тогда как планеты земной группы в значительной мере их потеряли и поэтому заметно большую долю тяжелых элементов.


3. Состав и внутреннее строение

Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана состоит в основном из водорода, гелия и метана, хотя их доли несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном.

Теоретическая модель строения Урана такова: его поверхностный слой является газожидкую оболочкой, под которой находится ледяная мантия (смесь водяного и аммиачного льоду), а ще глибше - ядро з твердих порід. Маса мантії та ядра становить приблизно 85-90% усієї маси Урана. Зона твердої речовини сягає 3/4 радіуса планети.

Температура в центрі Урана - близько 10 000 ?C, тиск 7-8 млн атмосфер. На межі ядра тиск приблизно на два порядки нижчий.

Эффективная температура, визначена за тепловим випромінюванням з поверхні планети, становить близько 55 К.


3.1. Внутрішня будова

Уран тяжелее Земли в 14,5 раз, что делает его наименее массивным из планет-гигантов Солнечной системы. Плотность Урана, равная 1,270 г / см ?, ставит его на второе место после Сатурна по наименьшей плотностью среди планет Солнечной системы. Несмотря на то, что радиус Урана немного больше радиуса Нептуна, его масса несколько меньше, что свидетельствует в пользу гипотезы, согласно которой он состоит в основном из различных льдов - водного, аммиачного и метанового. Их масса, по разным оценкам, составляет от 9,3 до 13,5 земных масс. Водород и гелий составляют лишь малую часть от общей массы (между 0,5 и 1,5 земных масс), остальная доля (0,5 - 3,7 земных масс) приходится на горные породы (которые, как полагают, составляют ядро планеты).

Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трех частей: в центре - каменное ядро, в середине - ледяная оболочка, внешне - водородно-гелиевая атмосфера. Ядро является относительно маленьким, с массой примерно от 0,55 до 3,7 земных масс и 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, что составляет 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 / см ?. Давление на границе ядра и мантии должно достигать 8 млн барр (800 ГПа) при температуре в 5000 К. Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, потому что состоит из горячей и плотной жидкости, который является смесью воды, аммиака и метана .

Эту жидкость обладает 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 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 доступны данные не позволяют определить, какая модель правильная. Жидкая внутренняя структура означает, что у Урана нет никакой твердой поверхности, поскольку 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. Далее в статье эта величина и будет приниматься за нулевой отсчет для шкалы высот Урана.


3.2. Атмосфера

Хотя Уран и не имеет твердой поверхности в привычном понимании этого слова, удаленную часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой. Считают, что атмосфера Урана начинается на расстоянии в 300 км от внешнего слоя при давлении в 100 бар и температуре в 320 K. "Атмосферная корона" простирается на расстояние, в 2 раза превышает радиус от ?поверхности? с давлением в 1 бар. Атмосферу условно можно разделить на 3 части: тропосфера (-300 км - 50 км; давление составляет 100 - 0,1 бар), стратосфера (50 - 4000 км; давление составляет 0,1 - 10-10 бар) и термосфера / атмосферная корона (4000 - 50000 км от поверхности). Мезосфера у Урана отсутствует.


4. Климат

Атмосфера Урана - необычно спокойная по сравнению с атмосферами других планет-гигантов, даже по сравнению с Нептуном, который схож с Ураном как по составу так и по размерам. Когда "Вояджер-2" приблизился к Урану, то удалось зафиксировать всего 10 полос облаков в видимой части планеты. Такая спокойная атмосфера может быть объяснена чрезвычайно низкой внутренней температурой. Она намного ниже, чем у других планет-гигантов. Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К (-224 ? C), что делает планету самой холодной среди планет Солнечной системы - она ​​даже холоднее по сравнению с большим удалением от Солнца Нептуну и Плутону.


5. Формирование Урана

Многие аргументы свидетельствуют о том, что различия между ледяными и газовыми гигантами были оговорены при формировании Солнечной системы [6] [7]. Как полагают, Солнечная система сформировалась из гигантского шара из газа и пыли, так называемой тосолнечной туманности, которая вращалась. Постепенно шар становился плотнее, сформировался диск Солнцем в центре [6] [7]. Большая часть водорода и гелия пошла на формирование Солнца. Частицы пыли стали собираться вместе, чтобы впоследствии сформировать протопланеты [6] [7]. Поскольку планеты увеличивались в размерах, в некоторых из них образовались достаточно сильные магнитные поля, которые позволили им начать концентрировать вокруг себя остаточный газ. Чем больше газа, они получали, тем больше становились, и чем больше становились, тем больше газа получали, пока их масса не достигала критической точки, после которой начинала увеличиваться в геометрической прогрессии. Ледяным гигантам удавалось накопить меньше газа (полученный ими газ только в несколько раз превышал массу Земли), и поэтому их масса не достигала этой критической точки [6] [7] [8]. Современные теории формирования Солнечной системы имеют некоторые трудности в объяснениях формирования Урана и Нептуна. Эти планеты слишком велики для расстояния, на котором они находятся от Солнца. Возможно, раньше они были ближе к Солнцу, но потом каким-то образом изменили орбиты [6]. Впрочем, методы планетарного моделирования показывают, что Уран и Нептун действительно могли сформироваться на своем нынешнем месте, и, таким образом, их истинные размеры, согласно этим моделям, не мешают в теории происхождения Солнечной системы [7].


6. Спутники Урана

Подробнее в статье Спутники Урана
Главные спутники Урана в порядке возрастания расстояния, слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон (фотографии Вояджер-2).

Уран имеет 27 спутников и систему колец. Все спутники получили названия в честь персонажей произведений Шекспира и Александра Поупа. Первые два спутника - Титания и Оберон - 1787 года открыл Уильям Гершель. Еще два сферические спутники ( Ариэль и Умбриэль) были открыты 1851 года Уильямом Ласселом. 1948 года Джерард Койпер открыл Миранду. Последние спутники были открыты после 1985 г., во время миссии "Вояджера-2", или с помощью усовершенствованных наземных телескопов.

Спутники Урана можно разделить на три группы:

  • тринадцать внутренних,
  • пять крупных
  • девять нерегулярных спутников.

Внутренние спутники - небольшие, темные объекты, схожие по характеристикам и происхождению на кольца планеты.

П'ять великих супутників досить масивні, щоб гідростатична рівновага надала їм сфероїдальної форми. На чотирьох з них помічено ознаки внутрішньої і зовнішньої активності, такі як формування каньйонів і гіпотетичний вулканізм на поверхні. Найбільший з них, Титанія, має в діаметрі 1578 км і є восьмим за величиною супутником у Сонячній cистемі. Її маса у 20 разів менша земного Місяця.

Нерегулярні супутники Урана мають еліптичні і дуже нахилені (збільшого ретроградні) орбіти на великій відстані від планети.


7. Дослідження Урана

7.1. Хронологія відкриттів

Дата Відкриття Першовідкривач
13 березня 1781 Уран Вільям Гершель
11 січня 1787 Титанія і Оберон Вільям Гершель
22 січня 1789 Згадка про кільця Урана Вільям Гершель
22 жовтня 1851 Аріель і Умбріель Вільям Лассел
16 січня 1948 Миранда Джерард Койпер
10 березня 1979 Система кілець Урана група дослідників
30 січня 1985 Пак Синнот та станція "Вояджер-2"
3 січня 1986 Джульєтта і Порція Синнот та станція "Вояджер-2"
9 січня 1986 Крессида Синнот, станція "Вояджер-2"
13 січня 1986 Дездемона, Розалінда і Белінда Синнот та станція "Вояджер-2"
18 січня 1986 Пердіта Каркошка та станція "Вояджер-2"
20 січня 1986 Корделія і Офелія Терріл та станція "Вояджер-2"
23 січня 1986 Б'янка Сміт та станція "Вояджер-2"
6 вересня 1997 Калібан і Сікоракса група дослідників
18 липня 1999 Сетебос, Стефано і Просперо група дослідників
13 серпня 2001 Тринкуло, Фердинанд і Франциско група дослідників
25 серпня 2003 Маб і Купідон Шоуолтер і Лізер
29 серпня 2003 Маргарита Шепард, Джюіт
23 августа 2006 Темна пляма Урана космічний телескопа "Габбл" і група дослідників

8. Сноски

  1. Yeomans, Donald K. (July 13, 2006). "HORIZONS System". NASA JPL . http://ssd.jpl.nasa.gov/?horizons . Процитовано 2007-08-08 . - At the site, go to the "web interface" then select "Ephemeris Type: ELEMENTS", "Target Body: Uranus Barycenter" and "Center: Sun".
  2. Seligman, Courtney. "Rotation Period and Day Length" . http://cseligman.com/text/sky/rotationvsday.htm . Процитовано 2009-08-13 .
  3. а б в Williams, Dr. David R. (January 31, 2005). "Uranus Fact Sheet". NASA . http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/uranusfact.html . Процитовано 2007-08-10 .
  4. "The MeanPlane (Invariable plane) of the Solar System passing through the barycenter". 2009-04-03 . http://home.comcast.net/ ~ kpheider / MeanPlane.gif . Проверено 2009-04-10 . (Produced With Solex 10 written by Aldo Vitagliano; смотрите также неизменная плоскость)
  5. Seidelmann P. Kenneth, Archinal, BA; A'hearn, MF; et al. Report of the IAU / IAGWorking Group on cartographic coordinates and rotational elements: 2006 / / Celestial Mech. Dyn. Astr.. - 90. - (2007): 155-180. DOI : 10.1007/s10569-007-9072-y.
  6. а б в г д Thommes Edward W., Duncan, Martin J.; Levison, Harold F. The Formation Of Uranus AND Neptune In The Jupiter-Saturn region of the Solar System (PDF) / / Nature. - 402. - (1999) (6762): 635-638. DOI : 10.1038/45185. PMID 10604469 .
  7. а б в г д Brunini Adrian, Fernandez, Julio A. Numerical Simulations Of The accretion Of Uranus AND Neptune / / Plan. Space Sci.. - 47. - (1999): 591-605. DOI : 10.1016/S0032-0633 (98) 00140-8.
  8. Sheppard Scott S., Jewitt, David; Kleyna, Jan An Ultradeep Survey For Irregular Satellites Of Uranus: Limits to Completeness (PDF) / / The Astronomical Journal. - 129. - (2006): 518-525. DOI : 10.1086/426329.
п ? о ? р Солнечная система
Solar System Template Final.png
Солнце

Гелиосфера
Гелиопауза
Тифон ? Кето ? Седна
Списки периодических и непериодических комет ? Дамоклоиды ? Облако Оорта
См.. также астрономические объекты, список объектов солнечной системы по размеру, Портал: Астрономия


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам