УРАН (ПЛАНЕТА): ХАРАКТЕРИСТИКИ, СЪСТАВ, ОРБИТА, ДВИЖЕНИЕ - ARTE - 2025

Уран е седмата планета в Слънчевата система и принадлежи към групата на външните планети. Отвъд орбитата на Сатурн, Уран почти не се вижда с просто око при много редки условия и трябва да знаете къде да търсите.

Поради тази причина за древните Уран е бил практически невидим, докато астрономът Уилям Хершел не го е открил през 1781 г. с телескоп, който е построил. Малката синьо-зелена точка не беше точно това, което астрономът търсеше. Това, което Хершел искаше, беше да открие звездния паралакс, причинен от транслационното движение на Земята.

Фигура 1. Планетата Уран, 14,5 пъти по-масивна от Земята. Източник: Pixabay

За да направи това, той трябваше да намери далечна звезда (и наблизо) и да наблюдава как изглеждат от две различни места. Но една пролетна нощ през 1781 г. Хершел забеляза малко петно, което сякаш свети малко по-ярко от останалите.

Преди дълго той и другите астрономи се убедили, че това е нова планета и Хершел бързо се прочу с разширяването на размера на известната вселена, увеличавайки броя на планетите.

Новата планета не получи името си веднага, защото Хершел отказа да използва гръцко или римско божество и вместо това го нарече Георгиум Сиду или „Звезда на Георги“ в чест на тогавашния английски монарх Георги III.

Естествено този вариант не беше допаднал на някои от европейския континент, но въпросът беше решен, когато германският астроном Йоханес Елерт Боде предложи името на Уран, бог на небето и съпруг на Гея, майка Земя.

Според древногръцките и римските митологии Уран е баща на Сатурн (Кронос), който от своя страна е баща на Юпитер (Зевс). Научната общност най-накрая прие това име, освен в Англия, където планетата продължава да се нарича „звездата на Джордж“, поне до 1850 година.

Общи характеристики на Уран

Уран принадлежи към групата на външните планети на Слънчевата система, като е третата планета по размер, след Сатурн и Юпитер. Той, заедно с Нептун, е леден гигант, тъй като неговият състав и много от неговите характеристики го отличават от другите два гиганта Юпитер и Сатурн.

Докато водородът и хелият преобладават върху Юпитер и Сатурн, ледените гиганти като Уран съдържат по-тежки елементи като кислород, въглерод, азот и сяра.

Разбира се, Уран също има водород и хелий, но главно в своята атмосфера. И също така съдържа лед, въпреки че не всички са направени от вода: има амоняк, метан и други съединения.

Но във всеки случай атмосферата на Уран е една от най-студените от всички в Слънчевата система. Температурите там могат да достигнат -224 ºC.

Въпреки че изображенията показват далечен и мистериозен син диск, има много повече поразителни функции. Един от тях е именно синият цвят, който се дължи на метана в атмосферата, който поглъща червената светлина и отразява синята.

Уранът изглежда син от метан в атмосферата си, който поглъща червена светлина и отразява синя светлина.

Освен това Уран има:

-Собствено магнитно поле с асиметрична подредба.

-Брой много луни.

-Пръстенна система, по-издръжлива от тези на Сатурн.

Но определено това, което е най-поразително, е ретроградното въртене на напълно наклонена ос на въртене, дотолкова, че полюсите на Уран са разположени там, където е екватора на останалите, сякаш се върти настрани.

Фигура 2. Наклон на оста на въртене на Уран. Източник: НАСА.

Между другото, противно на това, което Фигура 1 предполага, Уран не е мирна или монотонна планета. Вояджър, сондата, която получи изображенията, се случи при рядък период на меко време.

Следващата фигура показва наклона на оста на Уран при 98 ° в глобално сравнение между всички планети. На Уран именно полюсите получават най-много топлина от далечното Слънце, а не от екватора.

Фигура 3. Осите на въртене на планетите на Слънчевата система. Източник: НАСА.

Обобщение на основните физически характеристики на планетата

-Маса: 8,69 х 10 ²⁵ кг.

-Радио: 2,5362 х 10 ⁴ км

-Форма: сплескана.

-Средно разстояние до Слънцето: 2,87 x 10 ⁹ км

- Наклон на орбитата: 0,77º по отношение на равнината на еклиптиката.

-Температура: между -220 и -205.2 ºC приблизително.

-Гравитация: 8,69 m / s ²

-Собствено магнитно поле: Да.

-Атмосфера: Да, водород и хелий

-Гъстота: 1290 кг / м ³

-Сателити: 27 с обозначението към днешна дата.

-Пръстени: Да, около 13 открити досега.

Движение за превод

Уран, подобно на големите планети, се върти величествено около Слънцето, като отне около 84 години, за да завърши една орбита.

Фигура 4. Орбита на Уран (в червено) около Слънцето. Източник: Wikimedia Commons. Оригинална симулация = Todd K. Timberlake автор на Easy Java Simulacija = Франсиско Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Орбитата на Уран е значително елиптична и първоначално показва някои несъответствия с изчислената за нея орбита от законите на Нютон и Кеплер от великия математик Пиер дьо Лаплас през 1783 година.

Известно време по-късно, през 1841 г., английският астроном Джон Куш Адамс много правилно предположи, че тези несъответствия могат да се дължат на смущения, причинени от друга все още невидима планета.

През 1846 г. френският математик Урбейн Льо Верьер прецизира изчисленията на възможната орбита на неизвестната планета и ги даде на германския астроном Йохан Готфрид Гале в Берлин. Нептун веднага се появи в своя телескоп за първи път, на мястото, посочено от френския учен.

Фигура 5. Вляво сър Уилям Хершел (1738-1822) и вдясно Урбейн Льо Верьер (1811-1877). Източник: Wikimedia Commons.

Кога и как да наблюдаваме Уран

Уран е трудно да се види с просто око, защото е толкова отдалечен от Земята. Той едва има магнитуд 6, когато е най-ярък и диаметър 4 дъгови секунди (Юпитер е около 47º, когато се вижда най-добре).

С много ясно тъмно небе, без изкуствени светлини и знаейки предварително къде да погледнете, евентуално можете да го видите с просто око.

Въпреки това, феновете на астрономията могат да я намерят с помощта на небесни карти, намерени в интернет, и инструмент, който дори може да бъде бинокъл с добро качество. Все пак ще изглежда като синя точка без много подробности.

Фигура 6. Уран може да се разглежда като малка синя точка с помощта на диаграмите на телескопа и небето. Източник: Pexels

За да видите 5-те големи луни на Уран, наистина е необходим голям телескоп. Детайлите на планетата могат да се наблюдават с телескоп от поне 200 мм. По-малките инструменти разкриват само мъничко зеленикавосин диск, но си струва да опитате да го видите, знаейки, че там, толкова далеч, той крие толкова много чудеса.

Пръстените на Уран

През 1977 г. Уран премина пред звезда и я скри. През това време звездата премигна няколко пъти, преди и след укриването. Трептенето беше причинено от преминаването на пръстените и по този начин трима астрономи откриха, че Уран има система от 9 пръстена, разположени в равнината на екватора.

Всички външни планети имат пръстенова система, въпреки че никоя не надминава красотата на пръстените на Сатурн, въпреки това тези на Уран са много интересни.

Сондата Voyager 2 намери още повече пръстени и получи отлични изображения. През 2005 г. космическият телескоп Хъбъл откри още 2 външни пръстена.

Материята, която изгражда пръстените на Уран, е тъмна, вероятно скали с високо съдържание на въглерод и само най-външните пръстени са богати на прах.

Пръстените се поддържат във форма благодарение на сателитите на овчарите на Уран, чието гравитационно действие определя формата им. Те също са много тънки, така че сателитите, които ги пасат, са доста малки луни.

Пръстеновата система е доста крехка и не много издръжлива структура, поне от гледна точка на астрономическите времена.

Частиците, които съставят пръстените, се сблъскват непрекъснато, триенето с атмосферата на Уран ги смазва, а също така постоянната слънчева радиация ги влошава.

Следователно устойчивостта на пръстените зависи от пристигането на нов материал, идващ от разпокъсаността на спътниците от ударите с астероиди и комети. Както при пръстените на Сатурн, астрономите смятат, че те са наскоро и че техният произход е именно в тези сблъсъци.

Фигура 7. Има много тясна връзка между пръстените на Уран и сателитите на овчарите, това е често срещано на планетите с пръстенови системи. Източник: Wikimedia Commons. Trassiorf / Public domain.

Въртящо движение

Сред всички характеристики на Уран това е най-невероятното, защото тази планета има ретроградно въртене; тоест, той се върти бързо в обратна посока, както правят другите планети (с изключение на Венера), като отнема малко повече от 17 часа, за да направи една революция. Такава скорост контрастира с мярката на Уран, докато той пътува по своята орбита.

Освен това оста на въртене е толкова наклонена, че планетата изглежда се върти плоска, както се вижда от анимацията на фигура 2. Планетарните учени смятат, че колосално въздействие е изместило оста на въртене на планетата до нейното текущо положение.

Фигура 8. Ретроградното въртене и наклона на оста на Уран се дължат на колосално въздействие, възникнало преди милиони години. Източник: НАСА.

Сезоните на Уран

Именно поради този особен наклон сезоните на Уран са наистина екстремни и пораждат големи климатични изменения.

Например по време на слънцестоене единият полюс сочи директно към Слънцето, докато другият сочи към пространството. Пътешественик от осветената страна би наблюдавал, че в продължение на 21 години Слънцето нито изгрява, нито залязва, докато противоположният полюс е потопен в тъмнината.

Напротив, на равноденствие Слънцето е на екватора на планетата и след това изгрява и залязва през целия ден, което продължава приблизително 17 часа.

Благодарение на сондата Voyager 2 е известно, че в момента южното полукълбо на Уран се насочва към зимата, докато северното се насочва към лятото, което ще се проведе през 2028 година.

Фигура 9. Сезонно изменение на Уран, наблюдавано от хипотетичен пътник. Източник: Семена, М. Слънчева система.

Тъй като на Уран са необходими 84 години, за да орбитира Слънцето и се намира толкова далеч от Земята, се разбира, че много от климатичните изменения на планетата все още са неизвестни. Повечето от наличните данни идват от гореспоменатата мисия Voyager от 1986 г. и наблюдения, направени чрез космическия телескоп Хъбъл.

композиция

Уран не е газов гигант, а леден гигант. В раздела, посветен на характеристиките, се видя, че плътността на Уран, въпреки че е по-ниска от тази на скалистите планети като Земята, е по-голяма от тази на Сатурн, който може добре да плава по вода.

Всъщност голяма част от Юпитер и Сатурн са течни, а не газообразни, но Уран и Нептун съдържат голямо количество лед, не само вода, но и други съединения.

И тъй като масата на Уран е по-малка, наляганията, които пораждат образуването на течен водород, толкова характерен за Юпитер и Сатурн, не се произвеждат вътре в него. Когато водородът е в това състояние, той се държи като метал, което причинява силните магнитни полета на тези две планети.

Уран също има собствено магнитно поле, за което има диаграма на фигура 12, въпреки че любопитно линиите на полето не минават през центъра му, както в случая на Земята, но изглежда да произхождат в друга точка, изместена оттам.

И така, в атмосферата на Уран има молекулен водород и хелий, с малък процент метан, който е отговорен за синия му цвят, тъй като това съединение абсорбира дължините на вълните в червено.

Тялото на планетата като такава е изградено от лед, не само вода, но и амоняк и метан.

Това е моментът да подчертаем една важна подробност: когато планетарните учени говорят за „лед“, те не се отнасят до замръзналата вода, която влагаме в напитки, за да ги охлаждаме.

"Ледът" на замръзналите гигантски планети е под голямо налягане и високи температури, поне няколко хиляди градуса, така че няма нищо общо с това, което се съхранява в хладилници, освен състав.

Диаманти на Уран

Възможно ли е да се произвеждат диаманти от метан? Лабораторните изследвания, проведени в Германия, в лабораторията Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf, показват, че това е така, стига да има адекватни условия за налягане и температура.

И тези условия съществуват вътре в Уран, така че компютърните симулации показват, че метан СН _{4 се} дисоциира, за да образува други съединения.

Въглеродът, присъстващ в молекулите на метана, се утаява и се превръща в не по-малко от диамант. Докато се движат към вътрешността на планетата, кристалите отделят фрикционна топлина и се натрупват в ядрото на планетата (вижте следващия раздел).

Счита се, че така образуваните диаманти биха могли да достигнат до 200 кг, въпреки че е малко вероятно това да бъде потвърдено, поне в близко бъдеще.

Вътрешна структура

На схемата, показана по-долу, имаме структурата на Уран и неговите слоеве, чийто състав бе споменат накратко в предишния раздел:

-Голяма атмосфера.

-Средният слой, богат на молекулен водород и хелий, като общата дебелина на атмосферата е около 7500 км.

- Ледената мантия (която вече знаем, че не е като лед на Земята), с дебелина 10 500 км.

-Каменисто ядро, изработено от желязо, никел и силикати с радиус от 7 500 км.

"Скалистият" материал в сърцевината също не е като скалите на Земята, защото в сърцето на планетата налягането и температурата са твърде високи, за да могат тези "скали" да приличат на тези, които познаваме, но поне химическия състав не би трябвало да е различно.

Фигура 10. Вътрешна структура на Уран. Източник: Wikimedia Commons.

Естествени спътници на Уран

Досега Уран има 27 определени сателити, кръстени на героите в творбите на Уилям Шекспир и Александър Поуп, благодарение на Джон Хершел, син на Уилям Хершел, откривател на планетата.

Има 5 основни луни, които са открити при наблюдение с телескоп, но нито една няма атмосфера, въпреки че е известно, че има замръзнала вода. Всички те са доста малки, тъй като техните комбинирани маси не достигат половината от тази на Тритон, една от луните на Нептун, планетата близнак на Уран.

Най-голямата от тях е Титания, чийто диаметър е 46% от този на Луната, следван от Оберон. И двата спътника са открити от самия Уилям Хершел през 1787 г. Ариел и Умбриел са открити в средата на 19 век от Уилям Ласел, астроном аматьор, който също е построил свои собствени телескопи.

Миранда, петата по големина луна на Уран, с едва 14% от лунния диаметър, е открита през 20-ти век от Джерард Куйпер. Между другото, с името на този забележителен астроном, Койперският пояс също беше кръстен в границите на Слънчевата система.

Фигура 11. 5-те основни луни на Уран, самата планета и малката лунна шайба. Отляво надясно Уран в синьо, Пък, Миранда, Ариел, Умбриел, Титания най-великият и Оберон. Източник: Wikimedia Commons.

Повърхността на Миранда е изключително здрава поради потенциални въздействия и необичайна геоложка активност.

Останалите сателити са по-малки и са известни от Voyager 2 и космическия телескоп Хъбъл. Тези луни са много тъмни, може би поради многобройните въздействия, които изпаряват материал върху повърхността и го концентрират върху него. Също поради интензивното излъчване, на което са подложени.

Имената на някои от тях и действието им за поддържане на пръстеновата система се появяват на фигура 7.

Движението на спътниците на Уран се управлява от приливни сили, както и системата Земя-Луна. По този начин периодите на въртене и превод на сателитите са еднакви и те винаги показват едно и също лице към планетата.

Магнитно поле

Уран има магнитно поле с приблизително 75% от интензитета на Земята, според магнитометрията на сондата Вояджър 2. Тъй като вътрешността на планетата не отговаря на необходимите условия за производство на метален водород, учените смятат, че има друга проводима течност, която генерира полето.

Следващата фигура представя магнитните полета на планетите Джовиан. Всички полета наподобяват до известна степен тези, получени от бар магнит или магнитен дипол в центъра, също и този на Земята.

Но диполът в Уран не е в центъра и нито един от тези на Нептун, а по-скоро е изместен към южния полюс и забележително наклонен по отношение на оста на въртене, в случая на Уран.

Фигура 12. Схематично магнитно поле за планетите Джовиан. Полето на Уран се измества от центъра и оста прави остър ъгъл с оста на въртене. Източник: Семена, М. Слънчевата система.

Ако Уран произведе магнитно поле, трябва да има ефект на динамо благодарение на движеща се течност. Експертите смятат, че това е водно тяло с разтворен метан и амоняк, доста дълбоко.

С налягането и температурата вътре в Уран тази течност би била добър проводник на електричество. Това качество, заедно с бързото въртене на планетата и предаването на топлина чрез конвекция, са фактори, способни да генерират магнитно поле.

Мисии до Уран

Уран е изключително далеч от Земята, така че в началото изследването е било само чрез телескопа. За щастие сондата Вояджър се приближи достатъчно, за да събере безценна информация за тази неизвестна доскоро планета.

Смяташе се, че мисията Касини, която беше стартирана за изучаване на Сатурн, може да достигне Уран, но когато горивото му изчерпа, отговорните за мисията го накараха да изчезне вътре в Сатурн през 2017 година.

Сондата съдържа радиоактивни елементи, които, ако се блъсне в Титан, една от луните на Сатурн, биха могли да замърсят този свят, който може би носи някакъв примитивен живот.

Космическият телескоп Хъбъл също предлага важна информация и разкри съществуването на нови пръстени през 2005 г.

След мисията Voyager бяха предложени някои мисии, които не можаха да бъдат извършени, тъй като проучването на Марс и дори Юпитер се счита за приоритет за космическите агенции по света.

пътник

Тази мисия се състоеше в пускането на две сонди: Вояджър 1 и Вояджър 2. По принцип те щяха да стигнат само до Юпитер и Сатурн, но след като посетиха тези планети, сондите продължиха да се насочват към ледените планети.

Voyager 2 достигна Уран през 1986 г. и голяма част от данните, които имаме досега, идват от тази сонда.

По този начин беше получена информация за състава на атмосферата и структурата на слоевете, откриха се допълнителни пръстени, проучиха основните луни на Уран, откриха още 10 луни и измериха магнитното поле на планетата.

Той изпрати и множество висококачествени изображения, както на планетата, така и на повърхностите на луните й, пълни с кратери за удар.

След това сондата се насочи към Нептун и накрая влезе в междузвездното пространство.

Препратки

1. N + 1. 200-килограмови диаманти валят по Уран и Нептун. Възстановена от: nmas1.org.
2. Пауъл, М. Планетите с голи очи в нощното небе (и как да ги идентифицираме). Възстановени от: nudeeyeplanets.com.
3. Семена, М. 2011. Слънчевата система. Седмо издание. Учене в Cengage.
4. Wikipedia. Планетен пръстен. Възстановено от: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Ано д'Уран. Възстановено от: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Изследване на Уран. Възстановено от: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Уран (планета). Възстановено от: es.wikipedia.org.