PLANETA URAN

Send

Uran, który bierze swoją nazwę od greckiego boga nieba, jest gazowym gigantem i siódmą planetą naszego Słońca. Jest to także trzecia co do wielkości planeta w naszym Układzie Słonecznym, plasująca się za Jowiszem i Saturnem. Podobnie jak inni giganci gazowi, ma wiele księżyców, układ pierścieniowy i składa się głównie z gazów, które, jak się uważa, otaczają stały rdzeń.

Chociaż można to zobaczyć gołym okiem, uświadomienie sobie, że Uran jest planetą, było stosunkowo nowe. Chociaż istnieją przesłanki, że w ciągu ostatnich dwóch tysięcy lat został zauważony kilka razy, dopiero w XVIII wieku uznano go za to, czym był. Od tego czasu znana jest pełnia księżyców planety, układu pierścieniowego i tajemniczej przyrody.

Odkrycie i nazewnictwo:

Podobnie jak pięć klasycznych planet - Merkury, Wenus, Mars, Jowisz i Saturn - Uran można zobaczyć bez pomocy teleskopu. Ale ze względu na swoją ciemność i powolną orbitę starożytni astronomowie uważali ją za gwiazdę. Najwcześniejszą znaną obserwację przeprowadził Hipparchos, który zapisał ją jako gwiazdę w swoim katalogu gwiazd w 128 p.n.e. - obserwacje, które zostały później włączone do Ptolemeusza Almagest.

Najwcześniejszy określony widok Urana miał miejsce w 1690 r., Kiedy angielski astronom John Flamsteed - pierwszy Astronom Królewski - zauważył go co najmniej sześć razy i skatalogował jako gwiazdę (34 Tauri). Francuski astronom Pierre Lemonnier zaobserwował to również co najmniej dwanaście razy w latach 1750–1769.

Jednak obserwacja Urana przez Sir Williama Herschela 13 marca 1781 r. Rozpoczęła proces identyfikacji go jako planety. W tym czasie opisał to jako obserwację komety, ale następnie przeprowadził szereg obserwacji za pomocą teleskopu własnego projektu w celu zmierzenia jego położenia względem gwiazd. Kiedy doniósł o tym do The Royal Society, twierdził, że to kometa, ale domyślnie porównał ją do planety.

Następnie kilku astronomów zaczęło badać możliwość, że „kometa” Herschela była w rzeczywistości planetą. Należą do nich rosyjski astronom Anders Johan Lexell, który jako pierwszy obliczył swoją prawie okrągłą orbitę, co doprowadziło go do wniosku, że to w końcu planeta. Berliński astronom Johann Elert Bode, członek „United Astronomical Society”, zgodził się z tym po dokonaniu podobnych obserwacji swojej orbity.

Wkrótce status Urana jako planety stał się naukowym konsensusem i do 1783 r. Sam Herschel potwierdził to Królewskiemu Towarzystwu. W uznaniu jego odkrycia król Anglii Jerzy III przekazał Herschelowi roczną stypendium w wysokości 200 funtów pod warunkiem, że przeprowadzi się do Windsor, aby rodzina królewska mogła przeglądać jego teleskopy.

Na cześć swojego nowego patrona William Herschel postanowił nazwać swojego odkrywcęry Georgium Sidus („Gwiazda George'a” lub „Georges Planet”). Poza Wielką Brytanią ta nazwa nie była popularna i wkrótce zaproponowano alternatywy. Należą do nich francuski astronom Jerome Lalande, który chce to nazwać Herszel na cześć tego odkrycia, a szwedzki astronom Erik Prosperin proponuje nazwę Neptune.

Johann Elert Bode zaproponował nazwę Uran, łacińską wersję greckiego boga nieba, Ouranosa. Ta nazwa wydawała się właściwa, biorąc pod uwagę, że Saturn został nazwany na cześć mitycznego ojca Jowisza, więc ta nowa planeta powinna zostać nazwana na cześć mitycznego ojca Saturna. Ostatecznie sugestia Bode'a stała się najczęściej stosowana i stała się uniwersalna do 1850 roku.

Rozmiar, masa i orbita Urana:

Ze średnim promieniem około 25 360 km, objętość 6,833 × 10¹³ km³oraz o masie 8,68 × 10²⁵ kg, Uran jest około 4 razy większy niż Ziemia i 63 razy większy. Jednak jako gazowy gigant jego gęstość (1,27 g / cm³) jest znacznie niższy; stąd jest tylko 14,5 tak masywna jak Ziemia. Jego niska gęstość oznacza również, że chociaż jest trzecim co do wielkości gazowym gigantem, jest najmniej masywny (pozostając w tyle za Neptunem o 2,6 masy Ziemi).

Różnica odległości Urana od Słońca jest również większa niż na jakiejkolwiek innej planecie (nie licząc planet karłowatych i plutonów). Zasadniczo odległość gazowego giganta od Słońca waha się od 18,28 AU (2 735 118 8100 km) w peryhelium do 20,09 AU (3 006 227 700 km) w aphelium. W odległości 3 miliardów kilometrów od Słońca Uran zajmuje około 84 lat (lub 30 687 dni), aby pokonać jedną orbitę Słońca.

Okres rotacji wnętrza Urana wynosi 17 godzin, 14 minut. Podobnie jak w przypadku wszystkich gigantycznych planet, w jego górnej atmosferze występują silne wiatry w kierunku obrotu. Na niektórych szerokościach geograficznych, takich jak około 60 stopni na południe, widoczne cechy atmosfery poruszają się znacznie szybciej, wykonując pełny obrót w ciągu zaledwie 14 godzin.

Jedną z unikalnych cech Urana jest to, że obraca się on na boku. Podczas gdy wszystkie planety Układu Słonecznego są do pewnego stopnia pochylone na swoich osiach, Uran ma najbardziej ekstremalne pochylenie osiowe wynoszące 98 °. Prowadzi to do radykalnych pór roku, których doświadcza planeta, nie wspominając już o niezwykłym cyklu dzień-noc na biegunach. Na równiku Uran doświadcza normalnych dni i nocy; ale na biegunach każde doświadcza 42 ziemskich lat dnia, a następnie 42 lat nocy.

Skład Urana:

Standardowy model struktury Urana polega na tym, że składa się z trzech warstw: skalistego (krzemian / żelazo-nikiel) rdzenia w środku, lodowatego płaszcza w środku oraz zewnętrznej powłoki gazowego wodoru i helu. Podobnie jak Jowisz i Saturn, wodór i hel stanowią większość atmosfery - około 83% i 15% - ale tylko niewielką część całkowitej masy planety (0,5 do 1,5 masy Ziemi).

Trzecim najliczniejszym pierwiastkiem jest lód metanowy (CH⁴), który stanowi 2,3% jego składu i który odpowiada kolorowi akwamarynu lub cyjanu. Śladowe ilości różnych węglowodorów znajdują się również w stratosferze Urana, które są uważane za wytwarzane z metanu i fotolizy wywołanej promieniowaniem ultrafioletowym. Należą do nich etan (C₂H.₆), acetylen (C₂H.₂), metyloacetylen (CH₃do₂H) i diacetylen (C₂HC₂H).

Ponadto spektroskopia ujawniła tlenek węgla i dwutlenek węgla w górnej atmosferze Urana, a także obecność lodowatych chmur pary wodnej i innych substancji lotnych, takich jak amoniak i siarkowodór. Z tego powodu Uran i Neptun są uważane za odrębną klasę gigantycznych planet - znanych jako „Lodowi Olbrzymy” - ponieważ składają się głównie z cięższych substancji lotnych.

Płaszcz lodowy w rzeczywistości nie składa się z lodu w konwencjonalnym sensie, ale z gorącego i gęstego płynu składającego się z wody, amoniaku i innych substancji lotnych. Ten płyn, który ma wysoką przewodność elektryczną, jest czasami nazywany oceanem wodno-amoniakowym.

Rdzeń Urana jest stosunkowo niewielki, z masą zaledwie 0,55 masy Ziemi i promieniem mniejszym niż 20% ogólnej wielkości planety. Płaszcz składa się ze swojej masy, z około 13,4 masami Ziemi, a górna atmosfera jest stosunkowo nieistotna, waży około 0,5 masy Ziemi i rozciąga się na ostatnie 20% promienia Urana.

Gęstość jądra Urana szacuje się na 9 g / cm³, o ciśnieniu w środku 8 milionów barów (800 GPa) i temperaturze około 5000 K (co jest porównywalne z powierzchnią Słońca).

Atmosfera Urana:

Podobnie jak Ziemia, atmosfera Urana jest podzielona na warstwy, w zależności od temperatury i ciśnienia. Podobnie jak inne gazowe olbrzymy, planeta nie ma twardej powierzchni, a naukowcy definiują powierzchnię jako region, w którym ciśnienie atmosferyczne przekracza jeden bar (ciśnienie występujące na Ziemi na poziomie morza). Cokolwiek dostępne dla możliwości teledetekcji - które rozciąga się do około 300 km poniżej poziomu 1 bara - jest również uważane za atmosferę.

Korzystając z tych punktów odniesienia, atmosferę Urana można podzielić na trzy warstwy. Pierwszą jest troposfera, pomiędzy wysokościami -300 km pod powierzchnią i 50 km nad nią, gdzie ciśnienia mieszczą się w zakresie od 100 do 0,1 bara (10 MPa do 10 kPa). Druga warstwa to stratosfera, która sięga od 50 do 4000 km i doświadcza ciśnień od 0,1 do 10^-10 bar (10 kPa do 10 µPa).

Troposfera jest najgęstszą warstwą w atmosferze Urana. Tutaj temperatura waha się od 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) u podstawy (-300 km) do 53 K (-220 ° C / -364 ° F) przy 50 km, przy czym górny obszar jest najzimniejszy w układzie słonecznym. Region tropopauzy jest odpowiedzialny za znaczną większość termicznej emisji podczerwieni Urana, określając w ten sposób jego efektywną temperaturę 59,1 ± 0,3 K.

W troposferze znajdują się warstwy chmur - chmury wody o najniższym ciśnieniu, a nad nimi chmury wodorosiarczku amonu. Następne są chmury amoniaku i siarkowodoru. Wreszcie cienkie chmury metanu leżały na górze.

W stratosferze temperatura waha się od 53 K (-220 ° C / -364 ° F) na górnym poziomie do między 800 a 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) u podstawy termosfery, głównie dzięki ogrzewaniu spowodowanemu promieniowaniem słonecznym. Stratosfera zawiera etanowy smog, który może przyczynić się do nudnego wyglądu planety. Obecny jest również acetylen i metan, a te mgły pomagają ogrzać stratosferę.

Najbardziej zewnętrzna warstwa, termosfera i korona, rozciągają się od 4000 km do wysokości 50 000 km od powierzchni. Ten region ma jednolitą temperaturę 800–850 (577 ° C / 1070 ° F), chociaż naukowcy nie są pewni, dlaczego. Ponieważ odległość Urana od Słońca jest tak duża, ilość ciepła z niego wychodzącego jest niewystarczająca do wytworzenia tak wysokich temperatur.

Podobnie jak Jowisz i Saturn, pogoda Urana jest podobna, gdy układy są podzielone na pasma, które obracają się wokół planety, napędzane przez wewnętrzne ciepło wznoszące się do górnej atmosfery. W rezultacie wiatry na Uranie mogą osiągać prędkość do 900 km / h (560 mil / h), tworząc ogromne burze, takie jak te wykryte przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w 2012 roku. Podobnie jak Wielka Czerwona Plama Jowisza, ta „Ciemna plama” była gigantyczna wir chmurowy, który mierzył 1700 kilometrów na 3000 kilometrów (1100 mil na 1900 mil).

Księżyce Urana:

Uran ma 27 znanych satelitów, które są podzielone na kategorie większych księżyców, księżyców wewnętrznych i księżyców nieregularnych (podobnych do innych gigantów gazowych). Największe księżyce Urana to, według wielkości, Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon i Titania. Te księżyce mają średnicę i masę od 472 km i 6,7 × 10¹⁹ kg dla Mirandy do 1578 km i 3,5 × 10²¹ kg dla Titania. Każdy z tych księżyców jest szczególnie ciemny, z niskim wiązaniem i geometrycznymi albedo. Ariel jest najjaśniejsza, a Umbriel najciemniejsza.

Uważa się, że wszystkie duże księżyce Urana uformowały się w dysku akrecyjnym, który istniał wokół Urana przez pewien czas po jego powstaniu, lub wynikał z dużego wpływu, jakiego doznał Uran na początku swojej historii. Każdy składa się z mniej więcej równych ilości skał i lodu, z wyjątkiem Mirandy, która składa się głównie z lodu.

Składnik lodu może obejmować amoniak i dwutlenek węgla, podczas gdy uważa się, że materiał skalisty składa się z materiału zawierającego węgiel, w tym związków organicznych (podobnych do asteroid i komet). Uważa się, że ich kompozycje są zróżnicowane, a lodowy płaszcz otacza skaliste jądro.

W przypadku Titanii i Oberona uważa się, że oceany płynnej wody mogą istnieć na granicy rdzenia / płaszcza. Ich powierzchnie są również mocno pokryte kraterami; ale w każdym przypadku endogenna wymiana powierzchni doprowadziła do pewnego stopnia odnowienia ich cech. Wydaje się, że Ariel ma najmłodszą powierzchnię z najmniejszą liczbą kraterów uderzeniowych, podczas gdy Umbriel wydaje się być najstarszą i najbardziej kraterową.

Główne księżyce Urana nie mają dostrzegalnej atmosfery. Ponadto, ze względu na swoją orbitę wokół Urana, doświadczają ekstremalnych cykli sezonowych. Ponieważ Uran krąży wokół Słońca niemal po swojej stronie, a duże księżyce krążą wokół płaszczyzny równikowej Urana, półkule północna i południowa doświadczają dłuższych okresów w ciągu dnia i nocy (42 lata za jednym razem).

Od 2008 roku Uran posiada 13 wewnętrznych księżyców, których orbity znajdują się wewnątrz orbity Mirandy. Są one w kolejności odległości od planety: Cordelia, Ofelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Julia, Portia, Rosalind, Kupidyn, Belinda, Perdita, Puck i Mab. Zgodnie z nazwami większych księżyców Urana, wszystkie zostały nazwane na cześć postaci z dramatów Szekspira.

Wszystkie księżyce wewnętrzne są ściśle związane z układem pierścieni Urana, co prawdopodobnie wynikało z fragmentacji jednego lub kilku małych księżyców wewnętrznych. Puck, o długości 162 km, jest największym z wewnętrznych księżyców Urana - i jedynym zobrazowanym przez Voyager 2 w każdym szczególe - podczas gdy Puck i Mab są dwoma najbardziej zewnętrznymi satelitami Urana.

Wszystkie księżyce wewnętrzne są ciemnymi obiektami. Wykonane są z lodu wodnego zanieczyszczonego ciemnym materiałem, który prawdopodobnie jest materiałem organicznym przetwarzanym przez promieniowanie Urana. System jest również chaotyczny i pozornie niestabilny. Symulacje komputerowe szacują, że kolizje mogą wystąpić, szczególnie między Desdemoną i Cressidą lub Julią w ciągu najbliższych 100 milionów lat.

Od 2005 roku Uran ma również dziewięć nieregularnych księżyców, które krążą wokół niego w odległości znacznie większej niż odległość Oberona. Wszystkie nieregularne księżyce są prawdopodobnie schwytanymi obiektami, które zostały uwięzione przez Urana wkrótce po jego powstaniu. Są to, w kolejności odległości od Urana: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos i Ferdinard (po raz kolejny nazwane od postaci w sztukach Szekspira).

Nieregularne księżyce Urana mają wielkość od około 150 km (Sycorax) do 18 km (Trinculo). Z wyjątkiem Margaret, wszyscy okrążają Urana na orbitach wstecznych (co oznacza, że krążą wokół planety w przeciwnym kierunku do obrotu).

System pierścieniowy Urana:

Podobnie jak Saturn i Jowisz, Uran ma układ pierścieniowy. Pierścienie te składają się jednak z bardzo ciemnych cząstek, które różnią się wielkością od mikrometrów do ułamka metra - dlatego nie są tak dostrzegalne jak u Saturna. Obecnie znanych jest trzynaście różnych pierścieni, z których najjaśniejszym jest pierścień epsilon. I z wyjątkiem dwóch bardzo wąskich, pierścienie te mają zwykle kilka kilometrów szerokości.

Pierścienie są prawdopodobnie dość młode i nie uważa się, aby tworzyły się z Uranem. Materia w pierścieniach mogła kiedyś być częścią księżyca (lub księżyców), który został rozbity przez uderzenia z dużą prędkością. Z licznych odłamków powstałych w wyniku tych uderzeń przeżyło tylko kilka cząstek, w stabilnych strefach odpowiadających położeniu obecnych pierścieni.

Pierwsze znane obserwacje układu pierścieniowego miały miejsce 10 marca 1977 r. Przez Jamesa L. Elliota, Edwarda W. Dunhama i Jessicę Mink przy użyciu Obserwatorium powietrznego Kuipera. Podczas okultyzmu gwiazdy SAO 158687 (znanej również jako HD 128598), dostrzegli pięć pierścieni istniejących w układzie wokół planety i zaobserwowali kolejne cztery.

Pierścienie zostały bezpośrednio zobrazowane, kiedy Voyager 2 minął Urana w 1986 roku, a sonda była w stanie wykryć dwa dodatkowe słabe pierścienie - zwiększając liczbę obserwowanych pierścieni do 11. W grudniu 2005 r. Kosmiczny Teleskop Hubble'a wykrył parę wcześniej nieznanych pierścieni, zwiększając liczbę do 13. Największy znajduje się dwa razy dalej od Urana niż wcześniej znane pierścienie, dlatego nazywane są „zewnętrznym” układem pierścieni.

W kwietniu 2006 r. Zdjęcia nowych pierścieni z Obserwatorium Kecka nadały kolory pierścieni zewnętrznych: najbardziej zewnętrzny jest niebieski, a drugi czerwony. Natomiast wewnętrzne pierścienie Urana wydają się szare. Jedna z hipotez dotyczących niebieskiego koloru zewnętrznego pierścienia jest taka, że składa się on z drobnych cząstek lodu wodnego z powierzchni Mab, które są wystarczająco małe, aby rozproszyć niebieskie światło.

Badanie:

Uran odwiedził tylko jeden statek kosmiczny: NASA Voyager 2 sonda kosmiczna, która przeleciała obok planety w 1986 roku. 24 stycznia 1986 roku Voyager 2 minęło 81,500 km od powierzchni planety, wysyłając z powrotem jedyne zdjęcia Urana wykonane z bliska. Voyager 2 następnie kontynuował bliskie spotkanie z Neptunem w 1989 roku.

Możliwość wysłania Cassini statek kosmiczny z Saturna na Uran został oceniony podczas fazy planowania przedłużenia misji w 2009 r. Jednak nie doszło do skutku, ponieważ zajęłoby to około dwudziestu lat Cassini dostać się do systemu Urana po wyjściu z Saturna.

Jeśli chodzi o przyszłe misje, złożono wiele propozycji. Na przykład orbitę i sondę Urana zalecono w badaniu dekadalnym Planetary Science 2013–2022 opublikowanym w 2011 r. Propozycja ta przewidywała uruchomienie w latach 2020–2023 i 13-letni rejs do Urana. Nowy orbiter Uran graniczny został oceniony i zalecony w badaniu, Sprawa dla Orbitera Urana. Jednak misję tę uważa się za mniej priorytetową niż przyszłe misje na Marsa i do Systemu Jowińskiego.

Naukowcy z Mullard Space Science Laboratory w Wielkiej Brytanii zaproponowali wspólną misję NASA-ESA na Uran, znaną jako Uranus Pathfinder. Misja ta polegałaby na rozpoczęciu misji średniej klasy do 2022 r., A jej koszt szacuje się na 470 mln EUR (~ 525 mln USD).

Kolejna misja do Urana, o nazwie Herschel Orbital Reconnaissance of the Uranian System (HORUS), został zaprojektowany przez Applied Physics Laboratory z Johns Hopkins University. Propozycja dotyczy orbitera napędzanego energią jądrową zawierającego zestaw instrumentów, w tym kamerę obrazową, spektrometry i magnetometr. Misja rozpocznie się w kwietniu 2021 r. I dotrze do Urana 17 lat później.

W 2009 r. Zespół planetologów z Jet Propulsion Laboratory NASA opracował możliwe projekty orbitera Urana zasilanego energią słoneczną. Najkorzystniejsze okno uruchamiania dla takiej sondy miałoby miejsce w sierpniu 2018 r., A przybycie do Urana we wrześniu 2030 r. Pakiet naukowy może obejmować magnetometry, detektory cząstek i ewentualnie kamerę obrazową.

Wystarczy powiedzieć, że Uran jest trudnym celem, jeśli chodzi o eksplorację, a jego odległość sprawiła, że proces obserwowania go rozpoznał po tym, co było problematyczne w przeszłości. A w przyszłości, gdy większość naszej misji skupi się na eksploracji Marsa, Europy i planetoid bliskich Ziemi, perspektywa misji w tym regionie Układu Słonecznego nie wydaje się bardzo prawdopodobna.

Ale zmieniają się środowiska budżetowe, podobnie jak priorytety naukowe. A z zainteresowaniem eksplodującym Pasem Kuipera dzięki odkryciu wielu obiektów transneptunowych w ostatnich latach, jest całkowicie możliwe, że naukowcy będą wymagać misji na zewnątrz Układu Słonecznego. Jeśli tak się stanie, możliwe będzie, że Uranus będzie mógł wymachiwać sondą, zbierając informacje i zdjęcia, aby pomóc nam lepiej zrozumieć tego „Lodowego Olbrzyma”.

Mamy wiele interesujących artykułów na temat Urana tutaj w Space Magazine. Mamy nadzieję, że znajdziesz to, czego szukasz na poniższej liście: