Уран - самая холодная планета. Характеристика и особенности планеты

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Уран - седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран - крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³ . Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран - очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с) .

В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера и поверхность Урана

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония - в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, - в диапазоне 3-10 бар, метана - в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера - самая нижняя и самая плотная часть атмосферы - характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 - 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Это третий по размерам из четырех газовых гигантов. Он был обнаружен в 1871 году Фредериком Уильямом Гершельем.
Уран удивителен тем, что это единственная планета в Солнечной системе, которая имеет ось, лежащую в плоскости движения планет вокруг Солнца, и кольца, перпендикулярны к этой плоскости.
Если это представить, то Уран вращается лежа на боку.
Планета делает один оборот за 84 земных года. Смена времен года происходит только на небольшой территории возле полюсов. Так 42 года на одном полюсе лето, через 42 года лето на другом полюсе, а на противоположном, соответственно – зима.

Холодная зона, сторона планеты, которая обращена в сторону от солнца имеет температуру от -271 ° С до -268 ° С (от 2 до 5 К), в то время как температура на стороне планеты, обращенной к Солнцу, имеет температуру -213 ° С.
Это официально принятые данные. Но с другой стороны – планета является газовым гигантом, и у нее просто нет некой четко обозначенной поверхности.
Сначала идет газ, далее ближе к центру планеты – жидкость или сжиженный газ под действием давления и возможно еще ближе к центру есть твердая порода, но которая существует и образовалась только благодаря колоссальному давлению на нее.
Атмосфера планеты состоит из водорода и гелия, есть следы метана и других углеводородов.
Уран вращается вокруг Солнца на расстоянии 2 871 млн. км. Вращение вокруг своей оси занимает около 17 часов, это меньше, чем вращение и .
Масса планеты составляет пятнадцать масс , а плотность 1,2 г / см 3 .
Радиус планеты составляет примерно 26200 км.
Планета имеет голубой цвет, - этот цвет планете придает метан, содержащийся в ее атмосфере.

В недрах Урана различают три зоны: горячее ядро с радиусом 7500 км, состоящим из железа и силикатов. Оболочка-мантия 10000 км изо льда, воды, метана и аммиака.
Поверхностный слой состоит из гелия, водорода и метана.
Уран, в отличие от Юпитера и Сатурна не имеют внутреннего интенсивного источника теплового излучения.

С 1977 года, были открыты девять колец вокруг Урана. Зонд «Вояджер» подтвердил их существование, и обнаружили еще два. Эти одиннадцать колец располагаются в промежутке 41800 и 51200 км от планеты.

Уран имеет 15 естественных спутников (по некоторым источникам - 17).

Основная информация об Уране.		Параметры Урана
Диаметр (км)	oк. 52 400 км	Масса (в соотношении с Землей)	14,53
Расстояние от Солнца (млн. км)	2871	Эксцентриситет орбиты	0,047
Орбитальная скорость (км / с)	6,81	Наклон оси вращения относительно эклиптики	0 * 46 `23 ``
Орбитальный период вокруг Солнца	84,018 лет	Температура поверхности	от - 271 o C до -213 o С
Период вращения вокруг своей оси	17 часов 15 минут	Количество спутников	17

На окраине нашей Солнечной системы есть настоящие ледяные гиганты. Так называют самую холодную планету Уран. Он состоит он из разных газов и льдов. А температура там держится около -220 градусов. И постоянно дуют сильные ветра. Луч солнца со скоростью света добирается до этой планеты только за 2-3 часа. Вот так погодка!

Уран очень долго принимали за далекую звёздочку из-за его тусклого света и медленного передвижения. Полный оборот вокруг своей оси он делает за 84 земных года. Уран - ледяная планета-гигант . Он больше Земли в 4 раза и тяжелее в 14 . В центре планеты находится относительно маленькое каменное ядро. А большую часть составляет ледяная оболочка - мантия. Однако, лёд там совсем не такой, как мы с вами привыкли видеть. Он похож на плотную вязкую жидкость. И если ты захочешь прогуляться по Урану, у тебя ничего не получится. Здесь нет твердой оболочки, и сделав шаг, ты провалишься в огромное ледяное море. Да и вообще очень сложно определить, где у этой планеты заканчиваются облака, и начинается поверхность. Даже ученые долго не могли договориться, что считать за атмосферу, а что за саму планету.

Вокруг своей оси Уран оборачивается за 17 часов . Однако, как и на других планетах-гигантах, здесь дуют сильнейшие ветра, достигающие скорости 240 метров в секунду . Поэтому некоторые части атмосферы обгоняют планету и делают оборот вокруг планеты всего за 14 часов . Но по меркам планет-гигантов это очень спокойная погода. Например, ветра на Нептуне могут преодолеть 2000 метров в секунду.

Зима на Уране длится почти 42 года и всё это время Солнце не поднимается над горизонтом. То есть царит полная темнота. Так происходит из-за того, что Уран вращается совсем не так как другие планеты. Его ось так сильно наклонена, что он «лежит» на боку. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Ученные предполагают, что давным-давно Уран столкнулся с небольшой планетой, которая «уронила» его. А сама стала одним из 13 колец Урана.

Такие же холодные у Урана его 27 спутников. Одни из самых крупных - Ариэль и Титания на половину состоят изо льда, в том числе и водяного. А поверхность спутников покрыта инеем. А на загадочном темном спутнике Умбриэль можно увидеть светлое вещество на дне кратеров. Считается, что это чистый лёд, из которого, возможно, состоит ядро.

До сих пор планета Уран остается мало изученной планетой. Лишь один космический аппарат «Вояджер-2» приближался к этой планете в 1986 году. И смог изучить только южный полюс Урана. Остальное ученные досчитали и додумали сами. Однако неизвестно сколько ещё тайн хранит в себе огромное ледяное царство.

Седьмую планету солнечной системы – Уран – открыли лишь в 1781 году и назвали в честь древнегреческого бога, который был отцом Кроноса. Эту планету классифицируют, как одну из газообразных планет-гигантов, наряду с Юпитером, Сатурном и Нептуном.
Ульям Гершель, открывший Уран, сначала принял его за комету. Он наблюдал за созвездием Тельца, и обратил внимание на небесное тело, находившееся в том месте, которое должно было пустовать, судя по звездным картам того времени. Объект был достаточно четким и медленно двигался относительно звезд.

Он рассказал о своем наблюдении коллегам астрономам, математикам и другим ученым. Европейские астрономы принялись изучать объект, его расстояние, массу, орбиту и прочие характеристики. Российский ученый Андрей Лексель, определил расстояние между Солнцем и Ураном, оно составляло, целых 18 а. е. (2,8 млрд. км). Так, через 2 месяца, после ежедневных многочасовых наблюдений, ученые были убеждены, что Гершель открыл не комету, а далекую седьмую планету. За свое открытие, он был удостоен пожизненной денежной королевской выплаты в 200 фунтов стерлингов и награжден орденом. Эта была первая планета, открытая в Новое время. Уран расширил границы солнечной системы в глазах человека, со времен Античности.

Строение Урана

Как показывают наблюдения со спутников, железно-каменное ядро с температурой около 7000 K, на Уране присутствует, а вот рек и океанов, наблюдать не приходится. Отсутствие металлического водорода, уменьшает количество тепла, выделяемое планетой до 30%, поэтому 70% тепловой энергии Уран получает от Солнца. За ядром сразу начинается плотная очень плотная атмосфера, толщиной около 8 тыс. км. Химический состав атмосферы Урана таков: 83% водорода (H2), 15% гелия (Не) и около 2% метан (CH4). Метан, так же как и водород, принимают активное участие в поглощении солнечной радиации, и, следовательно, инфракрасного и красного спектров. Этим объясняется сине-зеленый цвет планеты. Ветры в средних слоях, движутся со скоростью 250м/с.

Наклон оси Урана

Уран – уникальная планета солнечной системы. Наклон оси вращения составляет около 98°, это значит, что планета практически завалена набок. Для наглядности: если все планеты похожи на вращающуюся юлу, то Уран, скорее похож, на катящийся шар для боулинга. Из-за такого необычного положения, смены дня и ночи и времен года на планете, протекают, мягко говоря, нестандартно. Получается, что 42 года, один полюс находится в темноте, на другой светит Солнце, а потом они меняются. Ученые объясняют такое странное положение планеты, столкновением с другим небесным телом (возможно с другой планетой), которое произошло миллионы лет назад.

Спутники Урана

В начале третьего тысячелетия открыто и исследовано 27 спутников планеты Уран. Основными, являются 5 самых крупных спутников. Самый большой спутник – Титания – имеет диаметр всего 1570 км, это очень немного, по сравнению со спутниками остальных планет. Оберон – второй по величине спутник Урана. Он и Титания, были открыты все тем же Гершелем, обнаружившим саму планету. Далее идут еще меньшие по размерам спутники: Умбриэль, Ариель и Миранда. Интересен тот факт, что имена всем спутникам Урана, давали в честь героев бессмертных произведений Уильяма Шекспира.

Характеристики Урана

Масса: 8,69*1025 кг (в 14 раз больше Земли)
Диаметр на экваторе: 51118 км (в 4 раз больше Земли)
Диаметр на полюсе: 49946 км
Наклон оси: 98°
Плотность: 1,27 г/см³
Температура верхних слоев: около –220 °C
Период обращения вокруг оси (сутки): 17 часов 15 минут
Расстояние от Солнца (среднее): 19 а. е. или 2,87 млрд. км
Период обращения вокруг Солнца по орбите (год): 84,5 года
Скорость вращения по орбите: 6,8 км/с
Эксцентриситет орбиты: e = 0,044
Наклон орбиты к эклиптике: i = 0,773°
Ускорение свободного падения: около 9 м/с²
Спутники: есть 27 шт.

Планета Уран обязана своим открытием Гершелю, изучавшему небосвод в сконструированный им телескоп.

До своего открытия, планета Уран была неоднократно замечена и ошибочно причислена к звездам. Среди неподвижных небесных тел английский астроном заметил одно, движущееся по траектории и отличающееся от остальных по цвету. Так, в конце XVIII века была обнаружена новая планета. В выбранном названии первооткрыватель хотел прославить короля Георга III, но его идея не имела успеха. Спустя несколько лет немец Боне, продолживший изучение неизвестного тела, предложил имя греческого бога – Уран, которое было признано общественностью.

Местонахождение

Урану так долго удавалось оставаться незамеченным из-за его исключительной отдаленности от светила. Расстояние от Солнца до далекого гиганта составляет 2,8 млрд. км. Это седьмая планета в нашей системе. Астрономы определяют ее в группу газовых гигантов. Колоссальное расстояние от источника тепла и энергии сделало Уран самой холодной планетой среди всех изученных. На поверхности гиганта зафиксированы рекордно низкие данные температуры, она опускается до -220 градусов по Цельсию.

Особенности планеты

Уран уникален по своему расположению, его ось находится под наклоном в 98 градусов, что заставляет оригинальную планету совершать движение по орбите, лежа на боку. В таком положении на области полюсов направлен основной поток солнечной энергии, но, в разрез с логическими выводами, температура на участке экватора имеет более высокие показатели. Направление вращения ледяного гиганта обратное, по отношению к движению по орбите. Один оборот Уран делает за 84 земных года, а сутки проходят за 17 часов, этот срок вычисляется приблизительно по причине неравномерного перемещения газообразной поверхности.

Особенности строения и атмосферы

Масса небесного тела составляет 8,68х10 в 25 кг, она меньше, чем вес газовых гигантов, расположенных поблизости. Это обусловлено минимальной плотностью планеты – 1,27 г/см3, имеющей в основе легкие компоненты. Ее строение включает ядро из железа и камня; мантию – ледяной корпус, составляющий большую часть гиганта, и атмосферу. Эта модель разработана теоретически, ее основанием стало изучение гравитационного воздействия Урана на спутники. Эффектное голубое сияние планете придает наличие в верхних слоях частиц метана, его массовая доля составляет 2%. Основой газовой оболочки является водород – 82% и гелий – 15%. Оставшуюся часть делят аммиак и ацетилен. Мантия не является ледяной оболочкой в физическом понимании – это модифицированная смесь воды и аммиака. На планете нет твердой поверхности, этот уровень вычисляется условно исходя из показателей давления.

Нижняя область атмосферы динамична и подвержена ураганным ветрам. Над ней расположена тропопауза с облаками аммиака и сероводорода. Сезоны на Уране длятся несколько лет, в этот период одно полушарие лишено солнечного света. Магнитное поле планеты мощное и сложное, его ось смещена от оси вращения на 60 градусов.

Кольца Урана

Планета окружена собственной , состоящих из частиц различного диаметра. Имея темный цвет, они не выделяются и плохо заметны. Их рассмотрели только в 1977 году. Насчитывается 13 колец – 11 внутренних и 2 внешних, имеющих окрашенный спектр.

Спутники

Уран не одинок в космических просторах, его компанию разделяют 27 крупных и мелких спутников. Два из них обнаружил в 1787 году Уильям Гершель, спустя 80 лет открыли следующую пару. Последний из пяти крупных спутников заметили почти через столетие. Эти космические объекты имеют форму шара, их тела созданы изо льда и камня. Каждый из них имеет свои особенности: – ближайшая к Урану луна, – имеет очень темную поверхность, – самый молодой и светлый, – изрезан кратерами, следами прошлой вулканической деятельности. похожа размерами и внешним видом на Оберон – это два крупнейших спутника. 22 объекта были открыты позднее, при помощи мощных телескопов и аппарата « ». Для названий принято использовать имена персонажей произведений Шекспира и Поупа.

Основные параметры планеты

Масса: 86,832 x 10*24 кг
Объем: 6833 х 10*10 км3
Средний радиус: 25362 км
Средний диаметр: 50724 км
Средняя плотность 1,270 г/см 3
Первая космическая скорость: 21,3 км/с
Ускорение свободного падения: 8.87 м/с 2
Естественных спутников: 27
Наличие колец — да
Большая полуось: 2872460000 км
Орбитальный период: 30685.4 дней
Перигелий: 2741300000 км
Афелий: 3003620000 км
Средняя орбитальная скорость: 6.81 км/с
Наклонение орбиты: 0,772 °
Эксцентриситет орбиты: 0,0457
Звездный период вращения: 17.24 часов
Продолжительность дня: 17.24 часов
Осевой наклон: 97,77 °
Дата открытия: 13 марта 1781
Минимальное расстояние от Земли: 2581900000 км
Максимальное расстояние от Земли: 3157300000 км
Максимальный видимый диаметр с Земли: 4.1 угловых секунды
Минимальный видимый диаметр с Земли: 3.3 угловых секунды
Максимальная звездная величина: 5.32