Uran | |
Uran widziany przez sondę Voyager 2 w 1986 roku. | |
Charakterystyka orbity | |
---|---|
Półoś wielka | 2870700000 km na południowy (19,189 w ) |
Afelia | 3006300000 km na południowy (20,096 w ) |
Peryhelium | 2735000000 km na południowy (18,282 3 w ) |
Obwód orbity | 18027000000 km na południowy (120,502 w ) |
Ekscentryczność | 0,04726 |
Okres rewolucji | 30 698 d (≈ 84,05 a ) |
Okres synodyczny | 369.597 d |
Średnia prędkość orbitalna | 6,796 7 km / s |
Maksymalna prędkość orbitalna | 7,129 87 km / s |
Minimalna prędkość orbitalna | 6,486 4 km / s |
Nachylenie na ekliptyce | 0,773 ° |
Węzeł wstępujący | 74,02 ° |
Argument peryhelium | 96,9 ° |
Znane satelity | 27 |
Znane pierścienie | 13 |
Charakterystyka fizyczna | |
Promień równikowy | 25 559 ± 4 km ( 4 007 gruntów) |
Promień biegunowy | 24,973 ± 20 km (3929 gruntów) |
Średni promień wolumetryczny |
25 362 ± 7 km (3981 gruntów) |
Spłaszczenie | 0,02293 |
Obwód równikowy | 159 354,1 km (3,9809 Ziemi) |
Powierzchnia | 8,083 1 × 10 9 km 2 (15,847 gruntów) |
Tom | 6,833 44 × 10 13 km 3 (63,085 Ziemia) |
Masa | 8,681 0 × 10 25 kg (14,536 Ziemi) |
Całkowita gęstość | 1270 kg / m 3 |
Grawitacja powierzchniowa | 8,87 m / s 2 (0,904 g), |
Prędkość zwalniania | 21,3 km / s |
Okres rotacji ( dzień syderyczny ) |
-0,718 d (17.23992 h ( wsteczny )) |
Prędkość obrotowa (na równiku ) |
9320 km / h |
Nachylenie osi | 97,8 ° |
Rektascencja bieguna północnego | 77,43° |
Deklinacja bieguna północnego | 15.10 ° |
Wizualne albedo geometryczne | 0,51 |
Bond Albedo | 0,300 |
irradiancja słoneczna | 3,71 W / m 2 (0,003 ziemia) |
Temperatura równowagi ciała doskonale czarnego |
57 K ( -216 ° C ) |
Temperatura powierzchni | |
• Temperatura w 10 k Pa | 53 K ( -220 ° C ) |
• Temperatura w 100 k Pa | 76 K ( -197 ° C ) |
Charakterystyka atmosfery | |
Gęstość w temperaturze 100 K Pa |
0,42 kg / m 3 |
Wysokość skali | 27,7 km |
Średnia masa molowa | 2,64 g / mol |
Wodór H 2 | 83% |
Hel He | 15% |
Metan CH 4 | 2,3% |
Amoniak NH 3 | 0,01% |
Etan C 2 H 6 | 2,5 ppm |
Acetylen C 2 H 2 | 100 ppb |
Tlenek węgla CO | ślady |
Siarkowodór H 2 S | ślady |
Historia | |
Odkryty przez | William Herschel |
Odkryty dnia | 13 marca 1781 r. |
Uran jest siódmą planetą w Układzie Słonecznym w kolejności odległości od Słońca . Okrąża go w odległości około 19,2 jednostek astronomicznych ( 2,87 miliarda kilometrów), z okresem rewolucji 84,05 lat ziemskich . Jest to czwarta pod względem masy planeta w Układzie Słonecznym i trzecia pod względem wielkości.
Jest to pierwsza planeta odkryta w czasach nowożytnych za pomocą teleskopu i nieznana od starożytności . Chociaż jest widoczny gołym okiem, jego planetarny charakter nie jest wtedy identyfikowany ze względu na bardzo niską jasność i bardzo powolny ruch na niebie. William Herschel pierwszy raz go obserwował him13 marca 1781 r.i potwierdzenie, że jest to planeta, a nie kometa, zostanie wykonane w ciągu następnych miesięcy.
Podobnie jak Jowisz i Saturn , atmosfera Urana składa się głównie z wodoru i helu ze śladowymi ilościami węglowodorów . Jednak podobnie jak Neptun zawiera większą proporcję „lodu” w sensie fizycznym , czyli substancji lotnych takich jak woda , amoniak i metan , podczas gdy wnętrze planety składa się głównie z lodu i skał, stąd ich nazwa " lodowi giganci " . Ponadto metan jest głównym odpowiedzialnym za akwamarynowy odcień planety. Jego planetarny atmosfera najzimniejszy w układzie słonecznym, o temperaturze co najmniej o 49 K (-224 ° C ) w tropopauzy i wykazuje słabe warstwowej struktury .
Podobnie jak inne gigantyczne planety , Uran posiada system pierścieni i wiele naturalnych satelitów : znamy 13 wąskich pierścieni i 27 księżyców. Jest wyjątkowy w Układzie Słonecznym w tym sensie, że jego oś obrotu znajduje się praktycznie w jego płaszczyźnie obrotu wokół Słońca – co daje wrażenie, że „toczy się” po swojej orbicie, przynajmniej w pewnym momencie swojego obrotu – a jego Bieguny północne i południowe znajdują się zatem tam, gdzie większość innych planet ma swój równik . Planeta jest wyposażona w magnetosferę w kształcie korkociągu dzięki takiemu nachyleniu osi .
Odległość planety od Ziemi dająca jej bardzo mały rozmiar pozorny , utrudnia jej badanie teleskopami umieszczonymi na Ziemi . Uran jest odwiedzana tylko raz podczas Voyager 2 misji , która przeprowadza przegląd na24 stycznia 1986. Obrazy z sondy kosmicznej pokazują wówczas w świetle widzialnym niemal pozbawioną cech charakterystycznych planetę , bez pasm chmur i burz związanych z innymi gigantycznymi planetami. Pojawienie się Teleskopu Kosmicznego Hubble'a i dużych naziemnych teleskopów z optyką adaptacyjną umożliwiło dalsze szczegółowe obserwacje ujawniające zmiany sezonowe , zwiększoną aktywność pogodową i wiatry o prędkości około 250 m/s w miarę zbliżania się Urana do swojej równonocy w 2007 roku.
Jej nazwa pochodzi od Uranosa , greckie bóstwa z nieba ( Uran w mitologii rzymskiej ), ojcem Kronosa ( Saturn ) i dziadkiem Zeusa ( Jowisza ).
W przeciwieństwie do innych planet o orbitach bliżej Słońca- Merkurego , Wenus , Mars , Jowisz i Saturn -Uran nie zostały odkryte od czasów starożytnych . Ze względu na jego odległości od Słońca, to obserwuje się w wielu sytuacjach, ale jest uważana za jedną gwiazdkę do XVIII -tego wieku, ze względu na jego bardzo niskiej jasności - jego pozorna wielkość jest na granicy widoczności do oka nagi - i jego pozorna bardzo powolny ruch na ziemskim niebie.
Pierwszą znaną obserwacją mógł być Hipparch, który w 128 rpne. AD mógł zarejestrować ją jako gwiazdę stałą w swoim katalogu gwiazd . Rzeczywiście, asteryzmie cytowane w Almagestu z Klaudiusza Ptolemeusza , podejmując pracę Hipparcha, może być rozwiązany tylko poprzez obecność Urana w tym czasie. Co więcej, Uran wkwiecień 128śr. AD znajdowała się w bardzo korzystnych warunkach obserwacji: blisko peryhelium o jasności 5,4 magnitudo i 33° od zenitu .
Najwcześniejsze udokumentowane wzmianki pochodzą z 1690 roku, kiedy John Flamsteed obserwował ją co najmniej sześć razy i skatalogował ją jako gwiazdę pod nazwą 34 Tauri . Francuski astronom Pierre Charles Le Monnier obserwował Urana co najmniej dwanaście razy między 1750 a 1769 rokiem , w tym cztery kolejne noce John Bevis mógł również obserwować Urana w 1738 roku , wskazówki zgodne z obserwacjami, ale bez ostatecznego dowodu.
William Herschel to angielski muzyk uprawiający astronomię amatorską. Nie mając środków na zakup teleskopu , sam poleruje lustro, by zbudować własne. Odkrywa planetę13 marca 1781 r.podczas systematycznego poszukiwania gwiazd swoim teleskopem z ogrodu swojego domu przy 19 New King Street w Bath w Somerset w Anglii (obecnie Herschel Museum of Astronomy ).
Dokładniej, Herschel podjął się skatalogowania gwiazd według ich jasności . Na granicy między konstelacjami Bliźniąt i Byka Herschel dostrzega małą plamkę pośrodku gwiazd stałych : następnie sukcesywnie zmienia okular , stopniowo zwiększając powiększenie. Zwiększa to rozmiar obiektu za każdym razem, gdy gwiazdy wokół, daleko, nie różnią się wielkością i pozostają prostymi jasnymi kropkami. Więc to nie może być gwiazda, więc pisze w swoim dzienniku:Marzec 13 : "W kwartylu w pobliżu ζ Tauri (...) jest ciekawy obiekt, albo mgławica, albo może kometa" . Zanotował pozycję gwiazdy, a kilka dni później wznowił obserwację: „Obserwowałem kometę lub mgławicę i stwierdziłem, że to kometa, ponieważ zmieniła miejsce” .
Potem postanawia ostrzec społeczności naukowej o swoim odkryciu i wysyła list z szczegółami obserwacji komety do dyrektora Obserwatorium Oxford , Thomas Hornsby . Poinformował także Astronom Royal Nevil Maskelyne z Obserwatorium w Greenwich . Otrzymuje od niej zdezorientowaną odpowiedź23 kwietnia 1781 : „Nie wiem, jak to nazwać. Jest to równie prawdopodobne, że będzie to zwykła planeta poruszająca się po niemal kołowej orbicie względem Słońca, jak kometa poruszająca się po bardzo ekscentrycznej elipsie. Nie widziałem jeszcze włosa ani ogona” . Ten ostatni, nie mogąc się zdecydować, rozpowszechnia informacje wśród innych naukowców i radzi Herschelowi, aby napisał do Royal Society . 26 kwietnia 1781 r, kiedy William Herschel przedstawia swoje odkrycie Towarzystwu Królewskiemu , nadal twierdzi, że znalazł kometę, ale także pośrednio porównuje ją do planety.
Chociaż Herschel nadal ostrożnie nazywa ten nowy obiekt kometą, inni astronomowie już zaczynają podejrzewać jego prawdziwą naturę. Fińsko-szwedzki astronom Anders Lexell , pracujący w Rosji , jako pierwszy obliczył orbitę nowego obiektu, stosując model planety. Jej prawie kołowa orbita odpowiadająca zastosowanemu modelowi prowadzi go do wniosku, że jest to planeta, a nie kometa, ponieważ szacuje jej odległość na osiemnaście razy odległość Ziemia-Słońce i że żadna kometa nie ma peryhelium większego niż czterokrotność Ziemi- Odległość słońca nigdy nie została zaobserwowana. Berlin astronom Johann Elert Bode opisuje odkrycie Herschela jako „gwiazdy poruszającej, które mogą być postrzegane jako dotychczas nieznanej planecie krążącej podobnego obiektu poza Saturna orbicie . ” Bode dochodzi również do wniosku, że jego orbita prawie kołowa bardziej przypomina orbitę planety niż komety. Francuski astronom Charles Messier zauważa również, że wyglądem dysku bardziej przypomina Jowisza niż osiemnaście innych komet, które obserwował wcześniej.
W ten sposób obiekt jest szybko jednogłośnie akceptowany jako planeta. W 1783 r. sam Herschel przyznał się do tego prezesowi Royal Society , Josephowi Banksowi : „Z obserwacji najwybitniejszych astronomów w Europie wynika, że nowa gwiazda, którą miałem zaszczyt przekazać im w marcu 1781 r., jest pierwotna planeta naszego Układu Słonecznego ” . Króla Anglii Jerzego III nagrody za odkrycie Herschela przyznając mu roczną rentę w wysokości £ 200 (lub £ 24,000 w 2021 roku), pod warunkiem, że przenosi się do Windsor więc rodzina królewska może przejrzeć swoich teleskopów. Ta emerytura pozwala Herschelowi przerwać pracę jako muzyk i całkowicie poświęcić się swojej pasji do astronomii . Miał wtedy syna, Johna Herschela (również astronoma), który został dyrektorem Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego w 1820 roku, a następnie zmarł w 1822 roku w wieku prawie 84 lat - co odpowiada okresowi rewolucji Urana, zbiegiem okoliczności odnotowanym przez Ellisa D. Górnik.
W rezultacie odkrycie to po raz pierwszy w historii rozszerza znane granice Układu Słonecznego – gdzie Saturn wcześniej wyznaczał granice – i czyni Uran pierwszą planetą sklasyfikowaną jako taką za pomocą teleskopu .
Nazwa odnosi się do Urana greckiego bóstwa z nieba Uran ( starogrecki : Οὐρανός , Uran w mitologii rzymskiej ), ojciec Cronus ( Saturna ) i dziadkiem Zeusa ( Jowisza ). Forma przymiotnikowa Urana to „uranian”, ale przymiotnik „uranian ” jest również czasami używany, jak w asteroidzie Ouranocross .
Konsensus w sprawie jego nazwy został osiągnięty dopiero prawie 70 lat po odkryciu planety. Podczas pierwotnych dyskusji, które nastąpiły po odkryciu, Nevil Maskelyne proponuje Herschelowi nazwanie planety, przy czym to prawo powraca do niego jako odkrywcy. W odpowiedzi na prośbę Maskelyne, Herschel postanawia nazwać obiekt Georgium Sidus ( „Gwiazda Jerzego” lub „Planeta Gruzińska” ) na cześć swojego nowego patrona, króla Jerzego III. Wyjaśnia tę decyzję w liście do Josepha Banksa, stwierdzając, że w czasach starożytnych planety nazywano imionami głównych bóstw i że w obecnej epoce trudno byłoby, jego zdaniem, uciekać się do tej samej metody nazywania tego nowego niebiańskiego ciało. Ważną rzeczą do oznaczenia jest również wiedza, kiedy zostało odkryte: „nazwa Georgium Sidus przedstawia mi się jako nazwa pozwalająca na podanie informacji o kraju oraz czasie, kiedy i kiedy dokonano odkrycia” .
Jednak nazwa zaproponowana przez Herschela nie jest popularna poza Wielką Brytanią i szybko pojawiają się alternatywy. Na przykład francuski astronom Jérôme Lalande sugeruje, aby planetę nazwać Herschel na cześć jej odkrywcy. Szwedzki astronom Erik Prosperin zaproponował nazwę Neptun , która została następnie poparta przez innych astronomów, ponieważ miała upamiętniać zwycięstwa floty Królewskiej Marynarki Wojennej podczas wojny o niepodległość Stanów Zjednoczonych ; wysuwane są również podobne propozycje, takie jak Neptun Jerzy III czy Neptun Wielkiej Brytanii .
Już w 1781 roku Johann Bode zaproponował Uranowi , zlatynizowaną wersję greckiego boga nieba, Uranosa . Bode przekonuje, że nazwa powinna być zgodna z mitologią, aby nie wyróżniać się tak bardzo od innych planet, a Uran jest odpowiednim imieniem jako ojciec pierwszego pokolenia Tytanów . Zauważa również elegancję nazwy, ponieważ tak jak Saturn był ojcem Jowisza , nowa planeta powinna zostać nazwana na cześć ojca Saturna. W 1789 r. Martin Klaproth , rodak, a później kolega Bodego z Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk , nazwał odkryty przez siebie pierwiastek chemiczny uranem na poparcie tej nazwy. Wreszcie, sugestia Bodego stała się najszerzej stosowana i została uznana za uniwersalną w 1850 roku, kiedy HM Nautical Almanac Office , ostatnie, które zawsze używało Georgium Sidus , porzuciło nazwę zaproponowaną przez Herschela dla Urana .
Uran ma wiele tłumaczeń na inne języki. Na przykład w języku chińskim , japońskim , koreańskim i wietnamskim jego nazwa jest dosłownie tłumaczona jako „gwiazda króla nieba” (天王星). W Hawaiian , nazwa jest hele " Ekala , pożyczka dla Herschel odkrył.
W XIX th wieku i XX -tego wieku , to jest bardzo trudne do prawidłowo obserwować Uran powierzchni ze względu na jego odległości od Ziemi. W 1937 roku naukowcy za pomocą spektroskopii i fotometrii wyznaczyli godzinę dziesiątą obrót planety, który już wtedy był postrzegany jako wsteczny .
W 1948 roku Gerard Kuiper odkrył Mirandę , najmniejszego i ostatniego z pięciu dużych satelitów sferycznych Urana, znanych jako major, w Obserwatorium McDonalda .
10 marca 1977, pierścienie Urana odkryli przypadkowo astronomowie James L. Elliot , Edward W. Dunham i Douglas J. Mink , na pokładzie Kuipera Airborne Observatory . Astronomowie chcą wykorzystać zasłonięcie gwiazdy SAO 158687 przez Urana do badania atmosfery planety. Jednak analiza ich obserwacji pokazuje, że gwiazda została krótko zamaskowana pięć razy, przed i po zakryciu przez Urana; Trzej astronomowie kończą w obecności systemu wąskich pierścieni planetarnych . W swoich artykułach określają pięć okultacji obserwowanych przez pierwsze pięć liter alfabetu greckiego : α, β, γ, δ i ε; te oznaczenia są następnie ponownie używane do nazywania pierścieni. Wkrótce potem Elliot, Dunham i Mink odkrywają jeszcze cztery pierścienie: jeden znajduje się między pierścieniami β i γ, a pozostałe trzy znajdują się wewnątrz pierścienia α. Pierwsza nosi nazwę η, a pozostałe 4, 5 i 6, zgodnie z systemem numeracji zakryć przyjętym przy pisaniu kolejnego artykułu. System Pierścienie Urana jest drugi znaleziony w Układzie Słonecznym , po czym od Saturna znane od XVII do XX wieku .
AstrologiaMinęło trochę czasu, zanim astrologiczny świat zintegrował Urana ze swoją symboliką (i znowu, zgodnie z tradycyjną astrologią , ważne są tylko pierwsze siedem gwiazd widocznych gołym okiem). Tak więc prototypowe sformułowanie astrologicznych znaczeń gwiazdy datuje się 33 lata po jej odkryciu: w The Urania w 1814 r. przez J. Corfielda. Rzeczywiście, jak przypomina nam specjalista od historii astrologii Jacques Halbronn , to nieoczekiwane odkrycie zburzyło godności planetarne odziedziczone po Claude'u Ptolemeuszu . System panowania nad planetami nad znakami jest centralny w astrologii. Rzeczywiście, idąc za Jean-Baptiste Morin de Villefranche , astrologowie opierają swój system interpretacji na „artykulacji domów astrologicznych za pomocą maestrii” . Ptolemeusz przyznał dwa mistrzostwa dla Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza, Saturna i jedno mistrzostwo dla Księżyca i Słońca, czyli w sumie dwanaście specjalizacji znaków astrologicznych, tyle ile znaków. Odpowiadało to tradycyjnej liczbie siedmiu (stąd nazwa Astrological Septenary) gwiazd widocznych gołym okiem, w tym dwóch luminarzy: Słońca i Księżyca. Wraz z odkryciem Urana całe to uczone urządzenie upadło: niezależnie od tego, czy Uranowi przyznano dwa mistrzostwa, czy tylko jedno, byłyby duplikaty. Niektórzy twierdzą, że będąc niewidzialnym Uran nie miał tronu , co jest znaczącym wyjątkiem od tej teorii.
Mając masę 8,681 × 10 25 kg , Uran jest ciałem pośrednim między Ziemią a dużymi gazowymi olbrzymami, takimi jak Jowisz czy Saturn . Rzeczywiście masa uranu jest warta 14,5 razy więcej niż masa lądu, ale122Th masy Jovian .
Umownie kształt planety jest określony przez model elipsoidy obrotowej, gdzie „powierzchnia” jest zdefiniowana jako miejsce, w którym ciśnienie atmosferyczne wynosi 1 bar (100 000 Pa ) i jest używana jako punkt odniesienia. dla wysokości. Jej promień równikowy wynosi 25 559 km, a promień biegunowy 24 973 km , przy czym ten ostatni jest mniejszy ze względu na spłaszczenie spowodowane obrotem planety. Jego grawitacja przy 1 barze wynosi 8,87 m / s 2 , czyli 90% grawitacji powierzchniowej na Ziemi.
Ponieważ Uran jest nieco mniej masywny niż Neptun (ten ostatni ma masę 1,024 × 10 26 kg ), jest nieco większy z powodu kompresji grawitacyjnej ( o średnicy 49 528 km dla Neptuna i 51 118 km dla Urana), z promieniem około czterech razy promień Ziemi .
Z drugiej strony Neptun i Uran są często uważane za podklasę planet olbrzymów , zwanych „ olbrzymami lodowymi ” , ze względu na ich mniejsze rozmiary i wyższą koncentrację substancji lotnych w porównaniu z Jowiszem i Saturnem. W poszukiwaniu egzoplanet Uran jest czasem używany jako metonimia do opisania odkrytych ciał o podobnej masie; jednak nazwa „Neptuny” pozostaje bardziej powszechna, na przykład gorący lub zimny Neptun .
Gęstość Urana 1.27 g / cm 3 , co najmniej Uran drugi gęsty planeta po Saturna. Wartość ta wskazuje, że składa się głównie z różnych lodów, takich jak woda , amoniak i metan , podobnie jak Neptun. Całkowita masa lodu wewnątrz Urana nie jest dokładnie znana, ponieważ wartości różnią się w zależności od wybranego modelu. Jednak wartość ta powinna mieścić się w przedziale od 9,3 do 13,5 mas lądowych . Z kolei wodór i hel stanowią niewielką część całości, o masie lądowej od 0,5 do 1,5 w proporcjach podobnych do tych występujących na Słońcu . Pozostała część masy nieszkliwionej (od 0,5 do 3,7 masy lądowej) jest reprezentowana przez materiał skalisty .
Standardowy model budowy Urana dzieli się na trzy warstwy: skalisty rdzeń ( krzemian , żelazo i nikiel ) pośrodku, lodowy płaszcz pośrodku, a następnie zewnętrzną powłokę z wodoru i helu. Jądro jest stosunkowo małe, ma masę zaledwie 0,55 masy Ziemi i promień mniejszy niż 20% planety, czyli mniej więcej wielkości Ziemi. Płaszcz stanowi większość swojej masy na 60% promienia, a górna atmosfera pozostałe 20% na 0,5 masy Ziemi. Przy gęstości jądra Urana około 4,42 g / cm 3 , ciśnienie w środku wynosi około 5,8 Mbar ( 580 GPa ) - trochę mniej niż dwukrotnie w środku Ziemi - i temperatury rzędu wielkość 5000 K (4727 ° C) .
Jak zwykle w planetologii , płaszcz jest określany jako lodowaty, mimo że jest to gorący, gęsty płyn złożony z wody, amoniaku i innych lotnych substancji . Ten płyn o wysokiej przewodności elektrycznej jest czasami nazywany „oceanem woda-amoniak” . W 1981 roku teoretyczne badania i eksperymenty przeprowadzone metodą kompresji laserowej skłoniły Marvina Rossa z krajowego laboratorium Lawrence Livermore do zaproponowania całkowitej jonizacji tej warstwy i pirolizy metanu do węgla w postaci metalu lub diamentu . Ze względu na panujące tam bardzo wysokie ciśnienia i temperatury metan rozkłada się na węgiel i węglowodory . Następnie wytrącanie się węgla uwalnia energię - potencjalną energię grawitacyjną zamienioną na ciepło - powodując prądy konwekcyjne , które uwalniają węglowodory do atmosfery. Model ten wyjaśniałby obecność różnych węglowodorów w atmosferze Urana.
W 2017 r. nowe eksperymenty symulujące warunki, które przypuszczalnie panowały około 10 000 km pod powierzchnią Urana i Neptuna, skonsolidowały ten model, wytwarzając diamenty o rozmiarach nanometrycznych. Tych warunków wysokiej temperatury i ciśnienia nie da się utrzymać na Ziemi dłużej niż nanosekundę , ale w atmosferach Neptuna czy Urana nanodiamenty miałyby czas, by urosnąć i dać deszcz diamentów. Zakłada się również, że tego typu deszcze diamentów występują na Jowiszu i Saturnie. Również górna część płaszcza może być oceanem ciekłego węgla, gdzie unoszą się stałe „diamenty” . Niektóre badania potwierdzają hipotezę, że płaszcz składa się z warstwy wody jonowej, w której cząsteczki wody rozpadają się na jony wodoru i tlenu , a głębiej na wodę nadjonową , w której tlen krystalizuje, ale jony wodoru swobodnie unoszą się w sieci tlenowej . Jednak inne badania zmierzają do ustalenia, że obecność węgla (w postaci metanu) nie pozwoliłaby na tworzenie się wody nadjonowej (a dokładniej kryształów tlenu).
Chociaż model rozważany powyżej jest dość standardowy, nie jest wyjątkowy i inne modele są również brane pod uwagę. Na przykład może się zdarzyć, że w pokrywie lodowej zmieszane są znaczne ilości wodoru i skał, co powoduje, że zakładana całkowita masa lodu jest większa niż rzeczywistość. Obecnie dostępne dane, prawie wyłącznie z informacji z Voyagera 2 , nie pozwala na pewności w tej sprawie.
Wewnętrzne ciepło Urana wydaje się o wiele niższe niż w przypadku innych planet, łącznie z Neptunem i jeszcze ma masę podobną kompozycję. W istocie, jeśli Neptune naświetla 2,61 razy więcej energii w przestrzeni niż otrzymane ze Słońca Uranus prawie promieniuje nadmiaru ciepła: całkowita moc wypromieniowana przez Urana w dalekiej podczerwieni części o częstotliwości 1,06 ± 0,08-krotności energii słonecznej absorbowane w atmosferze . Ta różnica w wewnętrznym cieple między dwiema lodowymi planetami wyjaśnia większą aktywność klimatyczną i szybsze wiatry obecne na Neptunie. W rzeczywistości strumień cieplny Urana wynosi tylko 0,042 ± 0,047 W/m² , czyli mniej niż wewnętrzny strumień cieplny Ziemi, który wynosi około 0,075 W/m 2 . Najniższa temperatura odnotowana w tropopauzie Urana wynosi 49 K (- 224 ° C ), co czyni go najzimniejszą planetą w Układzie Słonecznym.
Jedną z hipotez wyjaśniających tę lukę z Neptunem jest to, że Uran zostałby uderzony przez impaktor ; w rezultacie wyrzuciłaby większość swojego pierwotnego ciepła i ostatecznie miałaby niższą temperaturę głęboką. Ta hipoteza o zderzeniu jest również stosowana w niektórych próbach wyjaśnienia szczególnego nachylenia osi planety. Inna hipoteza głosi, że w górnych warstwach Urana znajduje się jakaś forma bariery, która uniemożliwiałaby dotarcie ciepła jądra do powierzchni. Na przykład konwekcja może zachodzić w zestawie warstw o różnym składzie, co może hamować pionowe przewodnictwo cieplne lub powodować pojawienie się podwójnej konwekcji dyfuzyjnej, co może być czynnikiem ograniczającym.
Trudno jednak jednocześnie wytłumaczyć brak wewnętrznego ciepła Urana, obserwując jego pozorne podobieństwo do Neptuna. Możliwe jest również, że aktywność atmosferyczna dwóch zamarzniętych olbrzymów jest bardziej zależna od napromieniowania słonecznego niż od ilości ciepła uciekającego z ich wnętrza.
Chociaż wewnątrz Urana nie ma określonej stałej powierzchni, najbardziej zewnętrzna część gazowej otoczki Urana nazywana jest atmosferą . Atmosferę Urana można podzielić na trzy warstwy: troposferę od -300 do 50 km z ciśnieniami od 100 do 0,1 bara, stratosferę od 50 do 4000 km i ciśnienia od 0,1 do 10-10 barów, a następnie termosfera rozciągająca się od 4 000 km do 50 000 km od powierzchni - prawie dwa promienie planety od powierzchni przy 1 bar.
KompozycjaUrana ' atmosfera , jak to Neptuna , różni się od tych, które znajdują się na dwóch gazowych olbrzymów , Jowisza i Saturna. Chociaż składa się głównie z wodoru i helu , w rzeczywistości zawiera więcej substancji lotnych , takich jak woda , amoniak i metan . Ponadto ta ostatnia, mająca wyraźne pasma absorpcji w widzialnej i bliskiej podczerwieni (IR), jest przyczyną akwamarynowego lub cyjanowego koloru planety. W stratosferze Urana znajdują się ślady różnych węglowodorów , które mogą być wytwarzane z metanu w wyniku fotolizy indukowanej przez słoneczne promieniowanie ultrafioletowe . Wśród nich, oprócz metanu, znajdziemy w szczególności etan , acetylen , metyloacetylen i diacetylen . Spektroskopii ujawniły również śladów pary wodnej do tlenku węgla i dwutlenku węgla w górnych warstwach atmosfery, co może nastąpić tylko ze źródeł zewnętrznych, takich jak komety .
TroposferaTroposfera to najniższa i najgęstsza część atmosfery, charakteryzująca się spadkiem temperatury wraz z wysokością. Temperatura spada z około 320 K (47 ° C ) na -300 km (podstawa troposfery) do 53 K (-220 ° C) na 50 km . Temperatury w chłodniejszym górnym obszarze troposfery ( tropopauza ) wahają się od 49 do 57 K w zależności od szerokości geograficznej planety. Region tropopauzy jest odpowiedzialne za ogromną większość termicznych Urana dalekiej podczerwieni emisji , wyznaczając w ten sposób jej efektywną temperaturę z 59,1 K (-214 ° C) .
Troposfera to dynamiczna część atmosfery, w której występują silne wiatry, jasne chmury i zmiany pór roku .
StratosferaŚrodkowa warstwa Uranian atmosfery jest stratosferze , w którym temperatura na ogół zwiększa się wraz z wysokością od 53 K w tropopauzy do temperatury od 800 do 850 K (527 i 577 ° C ) przy dnie termosferze.. Ocieplenie stratosfery jest spowodowane absorpcją promieni słonecznych UV i IR przez metan i inne węglowodory . Ciepło jest również przewodzone z gorącej termosfery. Węglowodory zajmują stosunkowo wąską warstwę na wysokości od 100 do 300 km, co odpowiada zakresowi ciśnień od 1000 do 10 Pa iw temperaturach od 75 do 170 K (-198 do -103 ° C ). Etan i acetylen mają tendencję do kondensacji w chłodniejszej dolnej części stratosfery oraz w tropopauzie (poniżej 10 mbar ) tworząc warstwy zamglenia , które mogą być częściowo odpowiedzialne za wygląd otępienia Urana. Stężenie węglowodorów w stratosferze Urana nad mgłą jest znacznie niższe niż w stratosferach innych planet olbrzymów .
TermosferaNajbardziej zewnętrzną warstwą atmosfery Urana jest termosfera, która ma jednolitą temperaturę około 800 i 850 K (527 i 577 °C ). Źródła ciepła niezbędne do utrzymania tak wysokiego poziomu nie są w pełni wyjaśnione, ponieważ ani promieniowanie ultrafioletowe słońca, ani aktywność zorzy nie są w stanie dostarczyć energii niezbędnej do osiągnięcia tych temperatur - aktywność ta jest znacznie niższa niż w przypadku Jowisza czy Saturna. Może jednak przyczynić się do tego niska wydajność chłodzenia spowodowana brakiem węglowodorów w stratosferze powyżej 0,1 mbar .
Oprócz wodoru cząsteczkowego termosfera zawiera wiele wolnych atomów wodoru . Ich małe masy i wysokie temperatury tworzą koronę ciągnącą się do 50 000 km , czyli dwóch promieni uranowych z jej powierzchni. Ta wydłużona korona jest unikalną cechą Urana. Jego efekty wywołują ślad na małych cząsteczkach krążących wokół Urana, powodując ogólne ubytek pyłu z pierścieni Urana . Termosfera Urana z górną częścią stratosfery odpowiada jego jonosferze rozciągającej się od 2000 do 10000 km . Jonosfera Urana jest gęstsza niż Saturna czy Neptuna, co może wynikać z niskiego stężenia węglowodorów w stratosferze. Jonosfera jest utrzymywana głównie przez słoneczne promieniowanie UV, a jej gęstość zależy od aktywności słonecznej .
Na działanie światła ultrafioletowego i widzialnych długościach fal , atmosfera Urana pojawia matowa porównaniu pozostałe planety. Kiedy sonda Voyager 2 przeleciała nad Uranem w 1986 roku, sonda zaobserwowała na całej planecie w sumie dziesięć charakterystycznych obłoków . Jednym z wyjaśnień tego braku cech jest to, że ciepło wewnętrzne Urana jest znacznie niższe niż innych planet olbrzymów, w tym Neptuna, który pod innymi względami go przypomina. Najniższa temperatura zarejestrowana w tropopauzie Urana wynosi 49 K (-224 ° C) , co czyni go najzimniejszą planetą w Układzie Słonecznym.
Struktura paskaW 1986 roku Voyager 2 odkrył, że widoczna południowa półkula Urana może być podzielona na dwa obszary: jasną czapę polarną i ciemne pasma równikowe. Ich granica znajduje się na około szerokości geograficznej około -45°. Wąskie pasmo okrakiem równoleżnikowej zakresie od -45 do -50 ° jest najjaśniejszym rys na jej widocznej powierzchni: nazywa się „kołnierz” ( kołnierz ) na południe. Przyjmuje się, że czapeczka i kołnierz są gęstymi obszarami chmur metanowych o ciśnieniu od 1,3 do 2 bar. Oprócz pasiastej struktury na dużą skalę, Voyager 2 obserwuje dziesięć małych, jasnych obłoków, z których większość leży kilka stopni na północ od kołnierza. Pod każdym innym względem Uran wygląda w tym przelocie jak dynamicznie martwa planeta.
Ponadto Voyager 2 dociera do szczytu południowego lata Urana i dlatego nie może obserwować półkuli północnej. Na początku XXI th century , kiedy północne pojawia regionów polarnych teleskop Hubble'a i teleskopu Keck początkowo obserwować ani obroży ani czapkę polarne na półkuli północnej: Uran wydawało się asymetryczne, jasne w pobliżu bieguna południowego i równomiernie ciemności w region na północ od kołnierza południowego. Jednak w 2007 roku, kiedy Uran osiągnął równonoc , południowy kołnierz prawie zniknął, a niewielki północny kołnierz pojawił się około 45° szerokości geograficznej .
ChmuryW latach 90. liczba zaobserwowanych jasnych obiektów chmurowych dramatycznie wzrosła, po części dzięki nowym technikom obrazowania w wysokiej rozdzielczości. Większość z nich znajduje się na półkuli północnej, gdy zaczęła być widoczna. Istnieją różnice między chmurami na każdej półkuli: chmury na północy są mniejsze, ostrzejsze i jaśniejsze. Ponadto wydają się być na większej wysokości.
Żywotność chmur rozciąga się na kilka rzędów wielkości; jeśli jakieś małe chmury żyją przez kilka godzin, przynajmniej jedna chmura na południu wydaje się istnieć od czasu przelotu Voyagera 2 dwadzieścia lat później. Nowsze obserwacje sugerują również, że chmury nad Uranem są pod pewnymi względami podobne do chmur Neptuna. Na przykład, powszechne ciemne plamy na Neptunie nigdy nie były widoczne na Uranie aż do 2006 roku, kiedy schwytano pierwszą tego rodzaju – zwaną Ciemną Plamą Urana. Spekuluje się, że Uran stanie się bardziej podobny do Neptuna w pobliżu równonocy.
Monitorowanie charakterystyk chmur pomaga określić strefowe wiatry wiejące w górnej troposferze Urana. Na równiku wiatry są wsteczne, co oznacza, że wieją w kierunku przeciwnym do obrotu planet. Ich prędkości wahają się od -360 do -180 km/h . Prędkość wiatru wzrasta wraz z odległością od równika, osiągając wartości zerowe w okolicach ±20° szerokości geograficznej, gdzie znajduje się minimalna temperatura troposfery. Bliżej biegunów wiatry poruszają się progresywnie. Prędkość wiatru nadal wzrasta, osiągając szczytową prędkość 238 m/s ( 856 km/h ) na około ±60° szerokości geograficznej, po czym spada do zera na biegunach.
Odmiany sezonoweNa krótki okres od marca do maj 2004, w atmosferze Urana pojawiają się duże chmury, nadając jej wygląd podobny do Neptuna. Obserwacje zawarte prędkości wiatru 229 m / s ( 824 km / h ) i uporczywego burzy nazwany " 4th of July pokaz sztucznych ogni . " W 2006 roku zaobserwowano pierwszą ciemną plamę. Nie do końca wiadomo, dlaczego nastąpił ten nagły wzrost aktywności, ale wydaje się, że nachylenie osi Urana powoduje ekstremalne sezonowe wahania w jego klimacie.
Trudno jest określić naturę tej sezonowej zmienności, ponieważ dokładne dane dotyczące atmosfery Urana istnieją od mniej niż 84 lat, czyli od pełnego roku uranu. Fotometrii podczas Uran pół roku (od 1950 roku) pokazuje regularną zmianę jasności w dwóch zakresach widmowych , maksima i minima występującej przesileń na równonocy. Podobną zmienność okresowy z maksimami przy solstices, zauważa się w środkach według mikrofalowym głębokości rozpoczęła się w troposferze 1960 pomiary temperatury w stratosferze z 1970 roku wskazują także w pobliżu maksymalnej wartości Przesilenie 1986. Uważa się, że większość tego powodu występuje zmienność zmiany w geometrii widoku.
Istnieją pewne oznaki fizycznych zmian sezonowych zachodzących na Uranie. Rzeczywiście, jeśli wiadomo, że ma jasny region bieguna południowego i matowy biegun północny, co byłoby niezgodne z opisanym powyżej modelem zmian sezonowych, mimo to planeta wykazywała wysoki poziom jasności podczas poprzedniego przesilenia na półkuli północnej około 1946 roku. Biegun północny nie zawsze byłby tak ciemny, a widoczny biegun mógł więc rozjaśnić się jakiś czas przed przesileniem i ciemnieć po równonocy. Szczegółowa analiza danych w zakresie widzialnym i mikrofalowym ujawnia, że okresowe zmiany jasności nie są całkowicie symetryczne wokół przesileń, co również wskazuje na zmianę wzorców albedo południków . W latach 90., gdy Uran oddala się od przesilenia, teleskopy Hubble'a i naziemne wykazały, że południowa czapa polarna wyraźnie ciemnieje (z wyjątkiem południowego kołnierza, który pozostaje jasny), a na początku XXI wieku półkula północna zaczyna się rosnąca aktywność, taka jak formowanie się chmur i silniejsze wiatry do 238 m / s , podnosząc oczekiwania, że ta półkula wkrótce się rozjaśni. Stało się to w 2007 roku, kiedy planeta przekroczyła równonoc: podniósł się lekki północny kołnierz biegunowy, a południowy kołnierz stał się prawie niewidoczny, chociaż profil wiatrów strefowych pozostał nieco asymetryczny, a wiatry północne były nieco wolniejsze niż te na południu.
Przed przegląd z Voyagera 2 , żadne pomiary magnetosfery Urana zostały przeprowadzone, a jego natura była tak znana. Przed 1986 rokiem astronomowie zakładali, że pole magnetyczne Urana jest zrównane z wiatrem słonecznym , ponieważ wtedy będzie ono zrównane z biegunami, które znajdują się na płaszczyźnie ekliptyki .
Jednak obserwacje Voyagera 2 ujawniają, że pole magnetyczne Urana jest szczególne, z jednej strony dlatego, że nie pochodzi z geometrycznego środka planety, ale jest przesunięte o prawie 8000 km od niego.ci (jedna trzecia promienia planety), a po drugie dlatego, że pochyla się o 59° względem osi obrotu. Konsekwencją tej niezwykłej geometrii jest indukowanie silnie asymetrycznej magnetosfery, siła pola magnetycznego na powierzchni bieguna południowego może wynosić nawet 0,1 gausa (10 µT ), podczas gdy na biegunie północnym może osiągnąć 1,1 gausa. (110 uT ). Średnie pole magnetyczne na powierzchni wynosi 0,23 gausa (23 µT ).
W 2017 roku badania danych z sondy Voyager 2 sugerowały, że ta asymetria powoduje, że magnetosfera Urana ponownie łączy się magnetycznie z wiatrem słonecznym raz na dzień Urana, otwierając planetę na cząstki pochodzące ze Słońca. Dla porównania, pole magnetyczne Ziemi jest mniej więcej tak silne na obu biegunach, a jej „równik magnetyczny” jest mniej więcej równoległy do równika geograficznego. Magnetyczny chwila biegun Urana jest około 50 razy większa od Ziemi.
Neptun posiada również podobnie nachylone i niezrównoważone pole magnetyczne, co sugeruje, że może to być powszechna cecha lodowych olbrzymów . Jedna z hipotez głosi, że w przeciwieństwie do pól magnetycznych planet olbrzymów tellurycznych i gazowych , które są generowane w ich jądrach , pola magnetyczne gigantów lodowych byłyby generowane przez ruchy przewodników na stosunkowo płytkich głębokościach, na przykład w oceanie. amoniak. Innym możliwym wyjaśnieniem szczególnego ustawienia magnetosfery jest to, że oceany płynnego diamentu wewnątrz Urana miałyby wpływ na pole magnetyczne.
Pomimo dziwnego ustawienia, magnetosfera Urana jest pod wieloma względami podobna do magnetosfery innych planet: ma łuk uderzeniowy z około 23 promieniami planet przed sobą, magnetopauzę 18 promieni uranowych , dobrze rozwiniętą magnetoceę i pasy promieniowanie. Ogólnie rzecz biorąc, struktura magnetosfery Urana jest podobna do struktury Saturna. Magnetosferyczny ogon Urana jest inaczej skręcony z powodu bocznej rotacji w długi korkociąg rozciągający się miliony mil za nim.
Magnetosfera Urana zawiera naładowane cząstki, głównie protony i elektrony oraz niewielką ilość jonów H 2 + , ale nie wykryto cięższych jonów . Wiele z tych cząstek pochodziłoby z termosfery. Na populację cząstek duży wpływ mają księżyce Urana, które przedzierają się przez magnetosferę, pozostawiając duże luki. Strumień tych cząstek jest wystarczająco duży, aby spowodować erozję przestrzenną ich powierzchni w astronomicznie szybkiej skali czasu wynoszącej 100 000 lat. Może to być przyczyną jednolicie ciemnego zabarwienia satelitów i pierścieni Urana.
Uran wykazuje stosunkowo rozwinięte polarne zorze polarne , które wyglądają jak świecące łuki wokół dwóch biegunów magnetycznych. W przeciwieństwie do Jowisza, zorze polarne Urana wydają się nie mieć znaczenia dla bilansu energetycznego termosfery planety.
W marzec 2020astronomowie NASA donoszą o wykryciu dużego atmosferycznego bąbla magnetycznego, znanego również jako plazmoid . Podobno został wypuszczony w kosmos przez planetę Uran podczas lotu nad planetą w 1986 roku, odkrycia tego dokonano po ponownej ocenie starych danych zarejestrowanych przez sondę kosmiczną Voyager 2 .
Okres rewolucji Urana wokół Słońca wynosi około 84 lat o Ziemi (30,685 ziemskich dni), drugi co do wielkości planet w Układzie Słonecznym po Neptuna . Intensywność strumienia słonecznego na Uranie wynosi około1400 z tego otrzymanego przez Ziemię.
Semi- główną oś Urana wynosi 19.218 jednostek astronomicznych , czyli około 2.871 milionów kilometrów. Jego ekscentryczność orbity 0,046381 oznacza, że różnica między jego odległością od Słońca w aphelium i peryhelium wynosi 1,8 AU – jest to największa ze wszystkich planet Układu Słonecznego.
W 1821 r. Alexis Bouvard opublikował tablice astronomiczne orbity Urana. Jednak z czasem zaczynają pojawiać się rozbieżności między planowanymi i obserwowanymi orbitami, a francuski astronom, zauważając te niewyjaśnione zaburzenia grawitacyjne , przypuszcza, że przyczyną może być ósma planeta, bardziej odległa. Brytyjscy astronomowie John Couch Adams w 1843 i francuski Urbain Le Verrier w 1846 niezależnie obliczyli przewidywaną pozycję tej hipotetycznej planety. Dzięki obliczeniom tego ostatniego wreszcie po raz pierwszy obserwuje się23 września 1846 r.przez pruskiego astronoma Johanna Gottfrieda Galle , jeden stopień od przewidywanej pozycji.
Okres obrotu wewnętrznych warstw Uran 17 godzin i 14 minut. Jednak, jak wszystkie planety olbrzymy , górna atmosfera Urana doświadcza bardzo silnych wiatrów w kierunku rotacji. Wiatr na powierzchni Urana może osiągać prędkości rzędu 700 lub 800 km/h w kierunku +60° szerokości geograficznej iw rezultacie widoczne części jego atmosfery poruszają się znacznie szybciej i wykonują pełny obrót w ciągu około 14 godzin.
Jej promień równikowy wynosi 25 559 km, a promień biegunowy 24 973 km , przy czym ten ostatni jest mniejszy ze względu na spłaszczenie spowodowane obrotem planety.
W przeciwieństwie do wszystkich innych planet Układu Słonecznego , Uran wykazuje bardzo silne nachylenie swojej osi w stosunku do normalnej - prostopadłej - ekliptyki . Tak więc przy nachyleniu osiowym 97,77 ° - dla porównania nachylenie osi Ziemi wynosi około 23 ° - oś ta jest prawie równoległa do płaszczyzny orbity. Planeta „toczy się”, że tak powiem, po swojej orbicie i na przemian przedstawia Słońcu swój biegun północny , a następnie biegun południowy .
Powoduje to zmiany sezonowe, które są zupełnie inne niż na innych planetach. W pobliżu przesilenia jeden biegun jest stale zwrócony w stronę Słońca, a drugi na zewnątrz. W ten sposób każdy biegun otrzymuje około 42 lata nieprzerwanego nasłonecznienia, po których następuje tyle samo lat ciemności. Tylko wąski pas wokół równika doświadcza szybkiego cyklu dzień-noc, ale słońce znajduje się bardzo nisko nad horyzontem. Po drugiej stronie orbity Urana orientacja biegunów względem Słońca jest odwrócona. Jednym z wyników tej orientacji osi jest to, że średnio przez rok urański, polarne regiony Urana otrzymują więcej energii słonecznej niż jego regiony równikowe. Niemniej jednak Uran jest gorętszy na swoim równiku niż na biegunach; mechanizm stojący za tym sprzecznym z intuicją wynikiem jest nieznany, ale może wynikać z procesu dystrybucji ciepła przez klimat.
W pobliżu równonocy Słońce mierzy się z równikiem Urana, przez pewien czas dając mu okres cykli dzień-noc zbliżony do tych obserwowanych na większości innych planet. Uran osiągnął ostatnią równonoc w dniu7 grudnia 2007 r..
Rok | Półkula północna | Półkula południowa |
---|---|---|
1901, 1985 | Przesilenie zimowe | przesilenie letnie |
1923, 2007 | Równonoc wiosenna | Równonoc jesienna |
1946, 2030 | przesilenie letnie | Przesilenie zimowe |
1966, 2050 | Równonoc jesienna | Równonoc wiosenna |
Kilka hipotez może wyjaśnić tę konkretną konfigurację osi obrotu planety. Jedna z nich opisuje obecność satelity, który stopniowo powodował przechylenie Urana w wyniku zjawiska rezonansu, zanim został wyrzucony z orbity. Inna teza twierdzi, że przechylenie byłoby spowodowane co najmniej dwoma zderzeniami z impaktorami, które miałyby miejsce przed uformowaniem się satelitów Urana. Na poparcie tej tezy, in2018, ponad pięćdziesiąt symulacji zderzeń przeprowadzonych za pomocą superkomputerów kończy się poważnym zderzeniem młodej protoplanety z Uranem na poziomie bieguna północnego z prędkością 20 km/s . Protoplaneta skalno-lodowa przechyliłaby Urana, zanim rozpadłaby się i utworzyła warstwę lodu na płaszczu. Ta kolizja uwolniłaby część wewnętrznego ciepła planety, wyjaśniając, że jest najzimniej w Układzie Słonecznym.
Kiedy Voyager 2 przeleciał nad planetą w 1986 roku , południowy biegun Urana był zorientowany niemal bezpośrednio w kierunku Słońca. Możemy powiedzieć, że Uran ma nachylenie nieco większe niż 90 ° lub że jego oś ma nachylenie nieco mniejsze niż 90 ° i że następnie obraca się w kierunku wstecznym . Oznaczenie tego bieguna jako „południowego” wykorzystuje definicję obecnie zatwierdzoną przez Międzynarodową Unię Astronomiczną , a mianowicie, że biegun północny planety lub satelity jest biegunem, który wskazuje ponad niezmienną płaszczyznę Układu Słonecznego, niezależnie od kierunku, w którym obraca się planeta. Tak więc, zgodnie z konwencją, Uran ma nachylenie większe niż 90 ° i dlatego ma rotację wsteczną , jak Wenus .
Formacja lodowych olbrzymów Urana i Neptuna jest trudna do precyzyjnego odwzorowania. Aktualne modele sugerują, że gęstość materii w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego jest zbyt niska, aby rachunek za powstawanie takich dużych zbiorników z tradycyjnie przyjętej metody z jądra akrecji , znany również jako model serce akrecji. . W związku z tym stawia się różne hipotezy wyjaśniające ich wygląd.
Pierwsza hipoteza jest olbrzymi lodu nie tworzy jądro przyrost, lecz z niestabilności w pierwotnym protoplanetarnym płyty , które następnie wyznaczone zostały atmosfery wydmuchiwane przez promieniowanie z związku OB. Masywny pobliżu.
Inna hipoteza głosi, że uformowały się bliżej Słońca, gdzie gęstość materii była wyższa, a następnie dokonały migracji planet na swoje obecne orbity po wycofaniu się gazowego dysku protoplanetarnego. Ta hipoteza migracji po uformowaniu jest obecnie preferowana ze względu na jej zdolność do lepszego wyjaśnienia zajmowania populacji małych obiektów obserwowanych w regionie transneptuńskim. Najszerzej akceptowany strumień wyjaśnień szczegółów tej hipotezy znany jest jako Model Nicejski , który bada wpływ migracji Urana i innych planet olbrzymów na strukturę Pasa Kuipera.
Uran posiada 27 znanych naturalnych satelitów . Ich łączna masa – podobnie jak masa pierścieni, która jest pomijalna – stanowi mniej niż 0,02% masy planety. Nazwy tych satelitów zostały wybrane spośród postaci z dzieł Szekspira i Aleksandra Pope'a .
William Herschel odkrył pierwsze dwa księżyce, Titanię i Oberon , w 1787 roku, sześć lat po odkryciu planety. Tak nazwał je 65 lat później jego syn John Herschel . Ponadto William Herschel uważa, że w kolejnych latach odkrył cztery inne, ale ich powiązanie z istniejącymi księżycami nie zostało zweryfikowane. Obserwacje te mają wówczas ogromne znaczenie, ponieważ pozwalają w szczególności oszacować masę i objętość planety.
William Lassell oficjalnie ogłasza odkrycie Ariela i Umbriela w 1851 roku , rezultat wspólnej pracy z Williamem Dawesem . Prawie sto lat później (w 1948 r. ) Gerard Kuiper odkrył Mirandę . Pozostałe dwadzieścia księżyców odkryto po 1985 roku , niektóre podczas przelotu sondy Voyager 2, a inne z teleskopami na ziemi.
Satelity Urana dzielą się na trzy grupy: trzynaście satelitów wewnętrznych, pięć satelitów głównych i dziewięć satelitów nieregularnych.
Wewnętrzne satelity to małe ciemne ciała, które mają wspólne cechy i pochodzenie z pierścieniami planety . Ich orbita znajduje się wewnątrz orbity Mirandy i są silnie powiązane z pierścieniami Urana , przy czym niektóre księżyce prawdopodobnie spowodowały fragmentację pierścieni. Puck to największy wewnętrzny satelita Urana, o średnicy 162 km i jedyny, dla którego zdjęcia zrobione przez Voyager 2 pokazują szczegóły. Inne satelity wewnętrzne to, w kolejności odległości od planety Cordelia , Ofelia , Bianca , Cressida , Desdemona , Juliette , Portia , Rosalinde , Cupid , Belinda , Perdita i Mab .
Pięć głównych satelitów - Miranda, Ariel, Umbriel, Titania i Oberon - ma wystarczającą masę, aby znaleźć się w równowadze hydrostatycznej . Wszystkie z wyjątkiem Umbriel wykazują oznaki wewnętrznej aktywności na powierzchni, takie jak tworzenie kanionów lub wulkanizm. Największy satelita Urana, Titania , jest ósmym co do wielkości w Układzie Słonecznym , ma średnicę 1578 km , czyli nieco mniej niż połowę Księżyca przy masie dwadzieścia razy mniejszej. Łączna masa pięciu głównych satelitów jest mniejsza niż połowa masy samego Trytona (największego naturalnego satelity Neptuna ). Mają stosunkowo niskie albedo geometryczne , od 0,21 dla Umbriel do 0,39 dla Ariel - które poza tym mają odpowiednio najstarszą i najmłodszą powierzchnię głównych satelitów. Są to konglomeraty lodu i skał składające się w około 50% z lodu (amoniak i dwutlenek węgla) iw 50% ze skał, podobnie jak lodowe satelity Saturna . Tylko Miranda wydaje się być głównie z lodu i ma głębokie na 20 km kaniony , płaskowyże i chaotyczne zmiany na powierzchni, charakterystyczne dla Układu Słonecznego. Uważa się, że dawna aktywność geologiczna Mirandy była napędzana przez ocieplenie pływowe w czasie, gdy jej orbita była bardziej ekscentryczna niż obecnie, prawdopodobnie z powodu starożytnego rezonansu orbitalnego 3:1 z Umbrielem.
Nieregularne satelity Urana mają eliptyczne i stromo nachylone (przeważnie wsteczne ) orbity i krążą w dużych odległościach od planety. Ich orbita wykracza poza orbitę Oberona, najdalszego dużego księżyca od Urana. Prawdopodobnie wszystkie zostały schwytane przez Urana wkrótce po jego utworzeniu. Ich średnica wynosi od 18 km dla Trinculo do 150 km dla Sycorax . Margaret jest jedynym nieregularnym satelitą Urana, o którym wiadomo, że ma progresywną orbitę. Jest również jednym z satelitów Układu Słonecznego o najbardziej ekscentrycznej orbicie z 0,661, chociaż Nereid , księżyc Neptuna , ma wyższą średnią ekscentryczność z 0,751. Inne nieregularne satelity to Francisco , Caliban , Stephano , Prospero , Setebos i Ferdinand .
Uran posiada system trzynastu znanych pierścieni planetarnych , przy czym system pierścieni Urana jest mniej złożony niż układ Saturna , ale bardziej rozbudowany niż układy Jowisza czy Neptuna .
William Herschel opisuje możliwą obecność pierścieni wokół Urana w latach 1787 i 1789. Ta obserwacja jest ogólnie uważana za wątpliwą, ponieważ pierścienie są ciemne i cienkie, aw ciągu następnych dwóch stuleci żaden nie został zauważony przez innych obserwatorów. Jednak Herschel dokładnie opisuje rozmiar pierścienia epsilon, jego kąt względem Ziemi, jego czerwony kolor i widoczne zmiany, gdy Uran krąży wokół Słońca. System pierścieni został wyraźnie odkryty na10 marca 1977autorstwa Jamesa L. Elliota , Edwarda W. Dunhama i Jessiki Mink przy użyciu Obserwatorium Powietrznodesantowego Kuipera . Odkrycie jest przypadkowe, ponieważ planowano wykorzystać zasłoniętą przez Urana gwiazdę SAO 158687 do zbadania jej atmosfery . Analizując swoje obserwacje, odkrywają, że gwiazda na krótko zniknęła pięć razy przed i po swoim zniknięciu za Uranem, co prowadzi ich do wniosku o istnieniu systemu pierścieni wokół Urana. Jest to więc drugi, po Saturnie, układ pierścieni planetarnych odkryty. Dwa inne pierścienie zostały odkryte przez sondę Voyager 2 między 1985 i 1986 przez bezpośrednią obserwację.
Nazwisko | Odległość (km) | Szerokość (km) |
---|---|---|
ζ | 39 600 | 3500 |
6 | 41 840 | 1 do 3 |
5 | 42 230 | 2 do 3 |
4 | 42 580 | 2 do 3 |
α | 44 720 | 7 do 12 |
β | 45 670 | 7 do 12 |
η | 47 190 | 0 do 2 |
γ | 47 630 | 1 do 4 |
δ | 48,290 | 3 do 9 |
λ | 50 024 | 2 do 3 |
ε | 51 140 | 20 do 100 |
ν | 67300 | 3800 |
μ | 97 700 | 17 800 |
W grudniu 2005 roku Kosmiczny Teleskop Hubble'a wykrył parę wcześniej nieznanych pierścieni. Większy znajduje się dwa razy dalej od Urana niż znane wcześniej pierścienie. Te nowe pierścienie są tak daleko od Urana, że nazywane są „zewnętrznym” systemem pierścieni . Hubble dostrzega również dwa małe satelity, z których jeden, Mab , dzieli swoją orbitę z nowo odkrytym zewnętrznym pierścieniem. W kwietniu 2006 roku zdjęcia nowych pierścieni wykonane przez Obserwatorium Kecka ujawniają ich kolory: najbardziej na zewnątrz jest niebieski, a drugi czerwony. Jedna z hipotez dotyczących niebieskiego koloru zewnętrznego pierścienia mówi, że składa się on z maleńkich cząsteczek lodu wodnego z powierzchni Mab, które są wystarczająco małe, aby rozpraszać niebieskie światło.
Ich odległości od centrum Urana wahają się od 39 600 km dla pierścienia ζ do około 98 000 km dla pierścienia μ . Podczas gdy pierwsze dziesięć pierścieni Urana jest cienkich i okrągłych, jedenasty, pierścień ε , jest jaśniejszy, ekscentryczny i szerszy, od 20 km w najbliższym punkcie planety do 98 km dalej. Jest otoczona przez dwa księżyce „pasterki” , zapewniające jej stabilność, Cordelia i Desdemona . Ostatnie dwa pierścienie są znacznie dalej od siebie, pierścień μ jest dwa razy dalej niż pierścień ε. Prawdopodobnie między głównymi pierścieniami znajdują się słabe pasma pyłu i niepełne łuki. Pierścienie te są bardzo ciemne: albedo Bonda tworzących je cząstek nie przekracza 2%, przez co są ledwo widoczne. Składają się one prawdopodobnie z lodu i pierwiastków organicznych poczerniałych promieniowaniem magnetosfery . Biorąc pod uwagę wiek Układu Słonecznego , pierścienie Urana byłyby dość młode: czas ich istnienia nie przekraczałby 600 milionów lat, a zatem nie powstały z Urana. Materiał tworzący pierścienie był prawdopodobnie kiedyś częścią księżyca - lub księżyców - które zostałyby roztrzaskane przez uderzenia z dużą prędkością. Spośród wielu szczątków powstałych w wyniku tych wstrząsów przetrwało tylko kilka cząstek w stabilnych strefach odpowiadających położeniu pierścieni prądowych.
Uran asteroida Szkodnik jest asteroida się wokół jednej z dwóch stałych punktach Lagrange'a (L 4 lub L 5 ) z Sun- Uranus systemu , to znaczy znajduje się w temperaturze 60 ° do przodu lub do tyłu w orbity Urana. Centrum Minor Planet (CPM) identyfikuje tylko jednego trojana Urana: 2011 QF 99 , zlokalizowanego wokół punktu L 4 . 2014 YX 49 jest proponowany jako drugi trojan Urana, ale nadal nie został zatwierdzony przez CPM.
Ponadto inne obiekty są koorbitorami Urana, ale nie są klasyfikowane jako trojany. Tak więc (83982) Crantor jest niewielką planetą o orbicie podkowiastej vis-à-vis Urana. Odkryto również inne przykłady potencjalnych koorbitorów, takie jak (472651) 2015 DB 216 lub 2010 EU 65 .
Badania pokazują, że byłoby możliwe, aby teoretyczny quasi-satelita Urana lub Neptuna pozostał taki przez całe życie Układu Słonecznego , przy określonych warunkach ekscentryczności i nachylenia . Takie obiekty nie zostały jednak jeszcze odkryte.
Średnia pozorna wielkość Urana jest 5,68, z odchyleniem standardowym 0,17, podczas gdy skrajne są +5.38 i +6.03. Ten zakres jasności jest zbliżony do granicy nieuzbrojonego oka znajdującej się na +6, dzięki czemu jest możliwe przy idealnie ciemnym niebie - z oczami przyzwyczajonymi do ciemności - i jasnym, aby zobaczyć ją jako bardzo ciemną gwiazdę, zwłaszcza gdy jest w opozycji . Ta zmienność jest w dużej mierze wyjaśniona tym, jak duża szerokość planetarna Urana jest jednocześnie oświetlona przez Słońce i widziana z Ziemi. Jego widoczny rozmiar wynosi od 3,3 do 4,1 sekundy kątowej , w zależności od tego, czy jego odległość od Ziemi waha się od 3,16 do 2,58 miliarda kilometrów, dzięki czemu można go łatwo odróżnić przez lornetkę . W teleskopie mającym obiektyw o średnicy od 15 do 23 cm Uran wygląda jak blady cyjanowy dysk z pociemnieniem na środku krawędzi . Z teleskopem mającym większy cel, staje się możliwe rozróżnienie jego chmur, a także niektórych jego większych satelitów, takich jak Titania i Oberon .
Od 1997 roku za pomocą naziemnych teleskopów zidentyfikowano dziewięć nieregularnych satelitów zewnętrznych. Dwa kolejne księżyce wewnętrzne, Kupidyn i Mab , zostały odkryte za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a w 2003 roku . Satelita Margaret jest najnowszym odkryciem, którego odkrycie zostało opublikowane w publishedPaździernik 2003. Hubble Space Telescope pozwala również podjąć godnej zdjęcia Urana od Ziemi, choć są one w niższej rozdzielczości względnej niż obrazy z Voyagera 2 . W latach 2003 i 2005 , dzięki obserwacji w ten sposób wykonane, nową parę pierścieni odkryto, później zwany układ pierścieniowy zewnętrzny, który przyniósł liczbę pierścieni Urana do 13.
Do 2007 r. Uran zbliżał się do równonocy i rozwijała się tam aktywność zachmurzenia. Wiele z tych działań można zobaczyć jedynie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a lub dużych teleskopów z optyką adaptacyjną .
Planetę odwiedziła i zbadała z bliskiej odległości tylko jedna sonda kosmiczna : Voyager 2 ( NASA ) w 1986 roku, która jest zatem źródłem większości informacji znanych na planecie. Głównym celem misji Voyager jest badanie systemów Jowisza i Saturna, lot nad Uranem jest możliwy tylko dlatego, że wcześniej przebiegały one idealnie.
Wystrzelony w 1977 roku, Voyager 2 zbliżył się do Urana na24 stycznia 1986, 81 500 km od szczytu chmur planety przed kontynuowaniem podróży w kierunku Neptuna. Sonda bada strukturę i skład chemiczny atmosfery Urana, w tym jej unikalny klimat, spowodowany nachyleniem osi wynoszącym 97,77 °. Dokonuje pierwszych szczegółowych przeglądów swoich pięciu największych księżyców i odkrywa 10 nowych. Bada dziewięć pierścieni znanych systemowi , odkrywa dwa kolejne i ustala, że ich wygląd jest stosunkowo nowy . Na koniec bada jego pole magnetyczne, nieregularną strukturę, nachylenie i unikalny magnetyzm korkociągu spowodowany jego orientacją.
Voyager 1 nie był w stanie odwiedzić Urana, ponieważ badanie księżyca Saturna , Tytana , było postrzegane jako priorytet. Trajektoria ta następnie wyprowadziła sondę z płaszczyzny ekliptyki , kończąc jej misję planetologiczną .
Możliwość wysłania orbitera Cassini-Huygens z Saturna na Urana została oceniona podczas fazy planowania rozszerzenia misji w 2009 roku, ale ostatecznie została odrzucona ze względu na jego zniszczenie w atmosferze Saturna, ponieważ dotarcie do Saturna zajęłoby około 20 lat. System Urania po opuszczeniu Saturna. Ponadto New Horizons 2 – który później został wycofany – mógł również wykonać bliski przelot systemu Uranian.
Orbiter o nazwie Uranus orbiter and probe jest rekomendowany przez Planetary Science Decadal Survey 2013-2022 jako część programu New Frontiers opublikowanego w 2011 roku. Propozycja ta przewidywała start w latach 2020-2023 i 13-letni rejs na Urana. Sonda mogłaby być zainspirowana wielosondową sondą Pioneer Venus i zejść w atmosferę Urana.
Europejska Agencja Kosmiczna jest oceniania „klasy średniej” misję o nazwie Uranus Pathfinder . Badane są inne misje, takie jak OCEANUS , ODINUS czy MUSE .
Pierwiastek chemiczny uran został odkryty w 1789 roku przez niemieckiego chemika Martina Heinricha Klaprotha , nazwany na cześć odkrytego osiem lat wcześniej Urana. Następnie został wyizolowany przez francuskiego chemika Eugène-Melchiora Péligota w 1841 roku i pozostał najcięższym znanym pierwiastkiem do 1940 roku, kiedy to odkryto pierwszy pierwiastek transuranowy : neptun , nazwany na cześć planety Neptun .
Operacja Uran to nazwa nadana do operacji wojskowej pomyślnego z II wojny światowej przez Armię Czerwoną do podjęcia Stalingradu . Prowadzi to do Operacji Saturn . Ta sama wojna pozna wtedy operację Neptun , kryptonim nadany lądowaniu w Normandii wojsk alianckich wCzerwiec 1944.
„Uran, mag” jest 6 th ruch dużego orkiestrowej pracy Les Planetes , skomponowane i napisane przez Gustav Holst między 1914 i 1916. Ponadto, księżyce Urana Oberon , Miranda i Titania są wymienione w piosence Astronomy Domine przez Różowy Floyd .
W wierszu Johna Keatsa On First Looking into Chapman's Homer , obaj mówili: " Wtedy poczułem się jak jakiś obserwator nieba / Kiedy nowa planeta wpłynęła do jego ken " (po francusku : "Więc czułem się jak obserwator nieba / Kiedy Nowa planeta płynie w jej horyzoncie”), są nawiązaniem do odkrycia Urana przez Williama Herschela .
Od momentu odkrycia Uran pojawił się w wielu dziełach science fiction . Na przykład była to scena z odcinka The Daleks Master Plan of Doctor Who lub niektórych poziomów z serii gier wideo Mass Effect , a także temat powieści fabularnej Uranus z Ben Bova .
Jednak nie tylko inspirowała science fiction. Tak więc Uran jest powieścią Marcela Aymé wydaną w 1948 roku i zaadaptowaną na ekran przez Claude'a Berri w 1990 roku . Tytuł powieści pochodzi z anegdoty opowiedzianej przez bohatera, profesora Watrina: bombardowanie zabiło jego żonę pewnego wieczorusierpień 1944 gdy czytał w dziele astronomicznym rozdział poświęcony Uranowi i nazwa planety przypomina mu o tym wspomnieniu.
W kulturze popularnej w języku angielskim , wiele kalambury pochodzą od wspólnego wymowie nazwy Urana z wyrażeniem „odbytu” (w języku francuskim : „ton / votre odbyt”) i są przede wszystkim wykorzystywane jako nagłówek w wyrobach naciśnij opisując planeta, a od końca XIX -tego wieku . Ta gra słów odpowiednio wpłynęła na zalecaną wymowę planety, aby uniknąć ujednoznacznienia .
Zostało to również wykorzystane w utworach beletrystycznych, na przykład w serialu animowanym Futurama, w którym zmieniono nazwę planety, aby „raz na zawsze położyć kres temu głupiemu żartowi” w „Urectum” .
Uran ma dwa symbole astronomiczne . Pierwszy zaproponowany, ♅, zaproponował Jérôme Lalande w 1784 roku. W liście do Williama Herschela , odkrywcy planety, Lalande opisuje ją jako „globus zwieńczony pierwszą literą twojego imienia” . Późniejsza propozycja, ⛢, jest hybrydą symboli Marsa i Słońca, ponieważ Uran reprezentuje niebo w mitologii greckiej, nad którym wierzono, że jest zdominowane przez połączone moce Słońca i Marsa. W czasach nowożytnych jest nadal używany jako astronomiczny symbol planety, chociaż odradza się jego używanie przez Międzynarodową Unię Astronomiczną na rzecz początkowego „U” .