 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
УРАНВика Воробьева
Уран - седьмая планета Солнечной системы. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии около 19,2 а.е. и делает один оборот за 84 года. Освещенность, создаваемая Солнцем на таком расстоянии, в 390 раз меньше освещенности, создаваемой Солнцем на орбите Земли (на глаз это примерно соответствует ранним сумеркам после захода Солнца). Масса Урана составляет 14,37 масс Земли, его диаметр почти в 4 раза превышает диаметр нашей планеты, а средняя плотность (1,30 г/куб.см) всего на 30% больше плотности воды.
Уран входит в группу планет-гигантов Солнечной системы, куда кроме него входят также Юпитер, Сатурн и Нептун. Однако, в отличие от Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом и гелием, масса водорода и гелия в составе Урана и Нептуна составляет не более 15-20% от их полной массы. Уран и Нептун еще называют малыми, или ледяными гигантами Солнечной системы.
Уникальная особенность Урана среди "настоящих" планет Солнечной системы заключается в необычно большом наклоне оси вращения к плоскости его орбиты. Этот наклон составляет почти 98 градусов. Уран вращается, как говорится, "лежа на боку".
Если бы мы могли посмотреть на Солнечную систему "сверху", со стороны северного полюса Солнца, мы увидели бы, что все планеты вращаются вокруг Солнца против часовой стрелки примерно в одной плоскости. Большинство планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону (против часовой стрелки). Такое вращение называется проградным, или прямым. Однако Уран и Венера вращаются в другую сторону, по часовой стрелке. Такое вращение называют ретроградным, или обратным.
Все это приводит к очень необычной смене сезонов на Уране. Находясь вблизи его полюса, мы бы видели, как Солнце в течение 21 года по спирали поднимается почти в зенит, потом так же по спирали опускается за горизонт, и после 42-летнего полярного лета наступает 42-летняя полярная ночь. За полярным кругом оказывается почти все полушарие планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Только весной и осенью, вблизи равноденствий, Уран освещается Солнцем "как полагается" - с восходами, закатами и сменой дня и ночи. Сутки на Уране длятся 17 часов 14 минут.
Атмосфера Урана состоит из водорода (примерно 72%), гелия (26%) и метана (около 2%). Кроме этих основных компонентов, она содержит также малые примеси веществ, являющихся результатом фотолиза метана: ацетилен C2H2, диацетилен C4H2, этилен C2H4 и этан C2H6, а также более сложные углеводороды, образующие тонкую надоблачную дымку. Молекулы метана активно поглощают красные лучи, что придает диску Урана голубовато-бирюзовый цвет.
"Вояджер-2", пролетев мимо Урана в 1986 году, не нашел на его диске никаких контрастных деталей, атмосфера планеты была очень чистой и прозрачной.
Этот снимок Урана был сделан "Вояджером-2" 10 января 1986 года с расстояния 18 млн.км. В это время Уран был повернут к Солнцу южным полушарием, там стояло полярное лето. "Вояджер-2" подлетал к Урану со стороны южного полюса (он находится чуть левее центра этого изображения)
Эффективная температура Урана составляет всего около 60К (-213С). При такой температуре на уровне давления около 1,2 атмосферы мог бы сконденсироваться метан, образуя яркие белые облака подобно метановым облакам в атмосфере Нептуна. Однако в тот момент в южном полушарии Урана стояло полярное лето, и давление паров метана в тропосфере ("метановая влажность") составило лишь около 50% от необходимого для образования метановых облаков. Более поздние снимки, сделанные космическим телескопом им. Хаббла (в 1994 и 1997 годах), показали наличие отдельных ярких облаков в низких широтах. По всей видимости, "Вояджеру-2" просто "не повезло", и он пролетел мимо Урана не в самое удачное для изучения атмосферной динамики время.
Основной слой облаков на Уране расположен на уровне давления 2,4-3,4 атмосферы и состоит из замерзшего сероводорода H2S.Температура в этой области составляет около 100К (-173С). Ниже первого слоя облаков, на уровне давления 20-30 атмосфер, расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH4SH. Еще глубже (на уровне давления около 50 атмосфер) находятся облака из водяного льда.
Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Урана составляет 52К (-221С) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.), образуя тонкую надоблачную дымку. Ранее считалось, что именно оптически толстая дымка скрывает разнообразные облачные детали на диске Урана, однако, согласно данным "Вояджера-2", оптическая толщина надоблачного воздуха составляет всего от 0,3 до 0,9, а поглощение солнечного света в основном обусловлено поглощением в линиях метана и молекулярного водорода, уширенных из-за частых взаимных столкновений молекул. Надоблачная атмосфера Урана чиста и прозрачна.
Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10-8 атмосфер температура составляет около 800К и дальше с высотой уже не меняется.
Температурные профили атмосферы Урана.
На верхнем графике отражен температурный профиль верхней атмосферы Урана: стратосфера, область мезопаузы и термосфера.
На нижнем графике отражены более глубокие слои атмосферы Урана: тропосфера и стратосфера. Видна тропопауза на уровне 0,1 атмосферы и устойчивый рост температуры с глубиной. На уровне около 1 атм. могут конденсироваться облака из замерзшего метана. Основной облачный слой расположен на уровне около 3 атмосфер и состоит из замерзшего сероводорода.
Эти данные были получены путем радиопросвечивания атмосферы Урана Вояджером-2, когда космический аппарат с точки зрения земного наблюдателя проходил за планетой. График, помеченный словом "вход", отражает температурный профиль при заходе Вояджера-2 за Уран, график, помеченный словом "выход", отражает данные при выходе аппарата из-за Урана.
Атмосфера Урана вращается в ту же сторону, что и планета в целом. В средних широтах ветер дует в направлении движения планеты со скоростью около 150 м/сек, в экваториальной зоне ветер дует в обратном направлении со скоростью около 100 м/сек. Температура атмосферы максимальна около экватора, понижается на несколько градусов к средним широтам и снова растет к полюсу.
Зависимость температуры атмосферы Урана от широты на разных высотах. Видно, что температурные контрасты выше в стратосфере (где разница достигает почти 8К). На уровне, соответствующем давлению 1 атмосферы, эта разница значительно ниже - всего около 2К Уран - единственная планета-гигант Солнечной системы, которая не имеет мощного внутреннего источника тепла и излучает практически столько же, сколько получает от Солнца. Причина этого пока не известна.
Магнитное поле Нептуна и Урана заметно отличается от магнитного поля Земли, Юпитера и Сатурна. Если магнитное поле Земли и ближайших планет-гигантов вызвано конвекцией в жидком ядре планеты и является дипольным по своей структуре (имеет один северный и один южный полюс), то магнитное поле Урана вызвано конвекцией в водно-амимиачной мантии планеты. Если описывать реальное магнитное поле Урана как дипольное, то окажется, что магнитная ось диполя смещена от центра планеты на треть радиуса и наклонена на 60 градусов к оси вращения.
Еще лучше магнитное поле Урана описывается как квадрупольное (т.е. имеющее два южных и два северных полюса).
Напряженность магнитного поля на поверхности планеты составляет примерно 0,25 Гаусс.Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Уран имеет систему колец. Они были открыты в 1977 году во время покрытия Ураном далекой звезды (т.е. когда Уран прошел точно между звездой и земными наблюдателями). Сначала были открыты 5 колец, потом еще 4. Во время пролета "Вояджера-2" в 1986 году было обнаружено еще 2 кольца. И, наконец, совсем недавно, в 2003 году, по снимкам с космического телескопа им. Хаббла было открыто 2 новых кольца Урана.
Кольца Урана очень темные и узкие. Альбедо частиц, составляющих кольца, лишь около 1,5%, они чернее каменного угля! Этим они разительно отличаются от колец Сатурна, сложенных в основном водяным льдом и оттого очень ярких.
Всего известно 13 колец Урана. Их свойства приведены в данной таблице.
Судя по заметному эксцентриситету и не равному нулю наклону нескольких колец (максимальная высота колец 4, 5, 6 над плоскостью экватора Урана достигает 24-46 км), кольца Урана - молодые образования. Они тесно связаны с внутренними спутниками и быстро эволюционируют. Возможно, в сравнительно недалеком будущем (миллионы и десятки миллионов лет) часть внутренних спутников будет разрушена взаимными столкновениями, и кольца Урана станут плотнее, шире и массивнее.
В отличие от колец Нептуна, сложенных мелкими пылевыми частицами, кольца Урана состоят из крупных глыб размером приблизительно от 10 см до 10 м.
Снимки колец Урана, сделанные космическим телескопом им. Хаббла в 2003 и 2005 годах. Дальние кольца сняты с большей экспозицией, чем Уран и его самое яркое кольцо Эпсилон.
На правом снимке (2005 года) также видно яркое метановое облако недалеко от экватора Урана.
Сейчас на Уране весна, приближается весеннее равноденствие.
В 2007 году Земля пройдет через плоскость экватора Урана, его кольца будут видны "с ребра"Кредит:
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2005/33На данный момент известно 27 спутников Урана. Как и спутники Нептуна, их можно разделить на три явно выраженных группы. Первая - это внутренние спутники: Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Купидон, Белинда, Пердита, Пак и Маб. Вторая - относительно крупные спутники Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Наконец, в третью группу входят внешние спутники: Франциско, Калибан, Стефано, Тринкуло, Сикоракса, Маргарита, Просперо, Сетебос и Фердинанд.
Все внутренние спутники Урана - темные (альбедо около 7%) глыбы неправильной формы размером 50-150 км, вращающиеся в прямом направлении (т.е. в направлении вращения Урана) по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты. Часть из них (возможно, все) связаны с кольцами Урана и являются источником материала колец. Каждый из внутренних спутников облетает планету всего за несколько часов.
Недавние наблюдения Урана не только привели к открытию двух новых спутников (Купидона и Маб) и двух новых колец, но и обнаружили значительные изменения в параметрах орбит внутренних спутников со времени первых наблюдений Урана на космическом телескопе им. Хаббла в 1994 году. Судя по всему, система внутренних спутников Урана отличается молодостью и динамичностью, их орбиты быстро эволюционируют. В ближайшие несколько десятков миллионов лет часть из них столкнется друг с другом, рассыплется на множество осколков и даст начало новым кольцам, часть упадет на Уран или его крупные спутники, а часть может покинуть систему Урана и перейти на гелиоцентрические орбиты.
Ни один из главных спутников Урана не достигает размеров Плутона. Ни один из них не имеет атмосферы. Самый крупный спутник Урана - Титания - имеет диаметр 1578 км, что примерно вдвое меньше диаметра Луны. Оберон лишь немного меньше Титании, его диаметр 1522 км. Ариэль и Умбриэль, соответственно, имеют размеры 1158 км и 1170 км. Вместе с тем именно Ариэль демонстрирует наиболее молодую поверхность. На его изображениях видны многочисленные разломы, напоминающие разломы на поверхности Дионы, спутника Сатурна, а кратеров сравнительно немного. Некоторые детали его поверхности напоминают застывшие потоки криовулканической лавы. Его альбедо 0,39, это самый яркий спутник Урана.
Умбриэль, напротив, имеет самую темную поверхность из крупных спутников Урана, его альбедо 0,21. На темной, покрытой многочисленными кратерами поверхности выделяется яркое белое пятно вблизи лимба - по всей видимости, крупный молодой кратер с яркими ледяными стенками.
Титания покрыта многочисленными кратерами, ее поверхность заметно старше поверхности Ариэля. Вместе с тем на ней тоже присутствуют явные следы геологической активности, например, крупный разлом вблизи терминатора.
Миранда - самый необычный спутник Урана. Будучи всего 472 км в диаметре, она демонстрирует сложную молодую поверхность. Возможно, она является аналогом Энцелада, спутника Сатурна, который также при небольших размерах демонстрирует молодую поверхность и современный вулканизм.
Средняя плотность главных спутников Урана близка и составляет 1,52-1,70 г/куб.см. Это говорит о том, что в их составе кроме льда присутствует значительное количество скальных пород.
Девять внешних спутников вращаются на самом краю системы Урана на расстоянии в миллионы и десятки миллионов километров от планеты. Судя по эксцентричным орбитам, сильному наклону к плоскости экватора Урана и обратному движению эти небольшие очень темные глыбы являются захваченными объектами аналогично внешним спутникам Нептуна. Самый удаленный из них (Фердинанд) делает один оборот вокруг Урана почти за 8 лет.Источники:
1. The atmospheres of Uranus and Neptune
2. Pressure-Temperature Profiles
3. Uranus and Neptune share magnetic secrets
4. Информационный справочник по планетам Солнечной системы, куратор В.С.Уральская
5. М.Я. Маров, "Планеты Солнечной системы", Москва, 1986.
;void(0);)
;void(0);)
;void(0);)
;void(0);)
;void(0);)
;void(0);)