Как была открыта планета уран

Содержание

Уильям Гершель и открытие планеты Уран

Как была открыта планета Уран

Открытие планеты Уран состоялось 13 марта 1781 года астрономом Уильямом Гершелем, который, рассматривая небосвод в оптический телескоп, первоначально принял эту планету за обычную комету. Именно У. Гершелю принадлежит подход к изучению звездных систем с помощью мощных телескопов путем тщательных и трудоемких наблюдений – подход, положивший по сути начало “научной” астрономии.

Позже было выявлено, что и ранее Уран был неоднократно наблюдаем на небосводе, но принимался за одну из многочисленных звезд. Об этом свидетельствует самая ранняя запись о некой “звезде”, сделанной еще в 1690 году Джоном Флэмстидом, который классифицировал её в виде 34-ой звезды Тельца по одной из принятых в то время системы обозначений звездных величин.

Английский астроном Уильям Гершель – первооткрыватель планеты Уран

В день открытия Урана, во время обычных вечерних наблюдений, Гершель заметил необычную звезду в соседстве со слабыми звездами созвездия Близнецов, которая выглядела крупнее соседних. Объект смещался по эклиптике и имел ярко выраженный диск. Подумав, что это комета, астроном поделился своими наблюдениями с другими астрономами об её открытии.

Спустя несколько месяцев, известным ученым – академику Петербургской академии наук Андрею Ивановичу Лекселю и академику Парижской академии наук Пьеру-Симону Лапласу удалось вычислить орбиту нового небесного тела. Они доказали, что У. Гершель открыл не комету, а новую планету, располагающуюся после Сатурна.

Сам Гершель дал название планете Georgium Sidus (или Планета Георга) в честь короля Англии Георга III, его покровителя. Среди ученых планету назвали в честь имени самого астронома. Устоявшееся же название планеты “Уран” изначально было взято временно, как это было принято традиционно, из античной мифологии. И лишь в 1850 году это название утвердилось окончательно.

Уран – планета газовый гигант. На рисунке можно видеть сравнительный размер Урана относительно нашей планеты

Дальнейшее изучение планеты Уран

Планета Уран удалена от Солнца примерно на 3 миллиарда километров и превышает объем Земли практически в 60 раз. Открытие планеты такого масштаба было первым в истории науки фактом обнаружения планет с помощью мощного телескопа, так как ранее известные пять планет издавна наблюдались лишь на небе.

Новая планета показала, что Солнечная система более чем в два раза шире, и принесла славу своему первооткрывателю.

В современное время Уран лишь один раз был посещен космическим кораблем “Вояджер 2”, пролетавшим мимо на расстоянии 81 500 километрах 24 января 1986 года.

“Вояджеру 2” удалось передать более тысячи снимков поверхности планеты и массу других данных о планете, её спутниках, присутствии колец, составе атмосферы, информации о магнитном поле и околопланетном пространстве.

Снимок планеты Уран сделанный аппаратом «Вояджер-2» на отлете к Нептуну

С помощью различных инструментов корабль изучал состав ранее известного одного кольца, и открыл еще два новых околопланетных кольца Урана. По полученным данным стало известно, что период вращения планеты 17 часов 14 минут.

У Урана было обнаружено наличие магнитосферы, значительной по величине и настолько же необычной.

По сей день исследование Урана затруднено вследствие значительной удаленности планеты. Несмотря на это крупные астрономические обсерватории продолжают наблюдения за планетой. И всего лишь за несколько последних лет у Урана было обнаружено шесть новых спутников.

Источник

Планета Уран

Планета Уран — седьмая планета нашей Солнечной системы. Открыта она не так давно и изучена очень мало. Являясь седьмой планетой по удаленности от Солнца, Уран третий по величине в нашей Солнечной системе, а по своей массе — четвертый.

Люди видели эту планету, но принимали ее за звезду. Именно поэтому планета Уран остается до сих пор огромной загадкой для землян. Огромной Уран называют еще и оттого, что это третья по величине планета системы, диаметр ее по экватору в четыре раза превышает земной, а по массе Уран в 14 раз тяжелее. С Земли Уран видится голубым, так как в его атмосфере большое количество метана.

Основные характеристики

Масса: 8,69*1025 кг (в 14 раз больше Земли)
Диаметр на экваторе: 51118 км (в 4 раз больше Земли);

на полюсе: 49946 км Наклон оси: 98° Плотность: 1,27 г/см³ Температура верхних слоев: около –220 °C Период обращения вокруг оси (сутки): 17 часов 15 минут;

вокруг Солнца по орбите (год): 84,5 года Расстояние от Солнца (среднее): 19 а. е. или 2,87 млрд. км Скорость вращения по орбите:

Наклон орбиты к эклиптике: 6,8 км/с

i = 0,773° Ускорение свободного падения около 9 м/с² Спутники: есть 27 шт.

Планета Уран относится к классу газовых гигантов. Экваториальный радиус примерно составляет 25 560 км, полярный радиус 24973. Планета имеет шарообразную форму, на полюсах сплюснутую.

В чем состоит уникальность Урана, так это в оси вращения, наклон которой составляет практически 98 градусов к орбитальной плоскости и в движении вокруг своей оси, подобно Венере, он двигается по часовой стрелке. К примеру, земная ось имеет наклон 66 градусов к плоскости орбиты и вращается с запада на восток, против часовой стрелки. Получается, что по орбите Уран движется на боку, катясь как шарик, и вращается с востока на запад.

История открытия

Первое упоминание планеты — запись английского ученого Джона Флемстида. В течение 1690 года он несколько раз наблюдал это небесное тело, но зафиксировал его только как звезду 34 созвездия Тельца. Уже в 18-ом веке французский астроном ле Моньер вел наблюдения за планетой почти 20 лет, по — прежнему считая ее звездой.

Уран — первая планета, обнаруженная при помощи телескопа. Модель этого телескопа находится в музее города Бат в Великобритании.

Уильям Гершель вообще вначале счел Уран кометой. Изучая открытое небесное тело с разными линзами, Гершель пришел к выводу, что это не звезда, так как при приближении ее размер менялся. Но он не обнаружил ни хвоста, ни головы, что свойственно кометам.

В это же время астроном из России А. И. Лексель определил расстояние от Земли до объекта. Оно превысило в 18 раз расстояние от Солнца до Земли. Ни одной кометы на таком расстоянии в то время известно не было. Немецкий ученый Боде рекомендовал считать объект скорее планетой. Что и подтвердил окончательно в 1783 году сам Гершель.

Это открытие принесло ему пожизненную стипендию в 200 тысяч фунтов и приглашение переехать в Виндзорский дворец. Король Англии желал лично разглядывать звезды в телескопы ученого.

Встал вопрос о названии новой планеты. Гершель, пользуясь правом первооткрывателя, предложил назвать ее планетой Георга, в честь английского короля, в эпоху правления которого и была обнаружена планета. Его коллеги-астрономы предлагали другие названия: Кибела, Гершель. Потом вспомнили, что новая планета вращается за Сатурном. По греческой мифологии отцом бога Сатурна являлся Уран, бог неба. Это название прижилось, хотя в Англии еще почти 70 лет планету называли Георгом. Окончательно название Уран официально принято в 1860 году Всемирным астрономическим обществом.

Видимость

Вид Урана в телескопе

В большие любительские телескопы с диаметром объектива от 15 до 23 см Уран виден как бледно-голубой диск с явно выраженным потемнением к краю. В более крупные телескопы с диаметром объектива более 25 см можно различить облака и увидеть крупные спутники (Титанию и Оберон).

Строение Урана

Ученые выдвигают несколько версий внутреннего строения планеты от двухярусной модели до классической трехярусной. За основу большинство принимают стандартную модель.

Атмосферой на Уране называют часть газовой оболочки, которая наиболее удаляется от центральной части планеты. Эти данные были получены с помощью космического аппарата “Вояджер 2”, который смог получить снимки атмосферного спектра.

Максимальная скорость ветра, которую удалось зафиксировать, на планете Уран достигает до 240 метров в секунду. Температурный минимум минус 224 градуса, это самая холодная планета в нашей системе.

Ниже атмосферы и находится мантия. За поверхностный слой условно принята поверхность с давление 1 бар. Мантия скорее всего представляет собой океан растворенного в воде аммиака и метана из плотной смеси с высокой электропроводностью. Её называют «океаном водного аммиака». Благодаря этому Уран причисляют к ледяным гигантам. Слой металлического водорода в отличии от Юитера и Стурна уже отсутствует. Ближе к центр как давление так и температура растут.

В центре планеты как всегда находится особенно плотное и с большой температурой раскаленное ядро. Температура ядра предполагается до 7 000 К, а давление до 6 млн атмосфер. Размер ядра составляет д о 20% от R и предположительно из камня и железа. Его плотность до 9 г/см³.

Как и другие планеты, Уран имеет магнитосферу, содержащую заряженные частицы — протоны, электроны, ионы.

Магнитное поле Урна

Магнитное поле нашего Урана имеет ряд своих характерных особенностей по сравнению с остальными планетами и по всей вероятности связано с его особенностями вращения и отсутствию внутреннего источника собственной энергии.

Магнитное поле Урана

Своеобразное магнитное поле Урана формируется не в ядре, как у всех планет, а в более поверхностном слое океана водного аммиака с высокой электропроводностью. Именно здесь и начинают образовываются магнитные силовые линии, выходящие на большие расстояния за пределы планеты. Но со стороны Солнца на магнитный поток Урана давит солнечный ветер и препятствует его широкому движению.

С другой стороны выход для магнитных волн свободен и они, казалось бы должны распространяются на огромное расстояние в космическом пространстве. Но не тут то было. Для Урана это неприемлемо благодаря наклону оси вращения к магнитному полю.

Поэтому когда планета вращается, то получается что его силовые линии накручиваются друг на друга спиралевидным хвостом в длину до 10 млн км в обратную от Солнца сторону.

Кольца Урана

Практически каждый знает, что кольца есть у Сатурна, но мало кто слышал про кольца Урана.
Девять колец у планеты Уран впервые обнаружил американский астроном Джеймс Элиот, в марте 1977 года.

Космический аппарат «Вояджер 2», в 1986 году, прибавил в список известных 2 кольца и, наконец, с помощью мощнейшего телескопа «Хаббл» в 2005 году обнаружились еще два.

На сегодняшний день учеными изучаются 13 колец планеты Уран.

Состав колец разнообразен и состоит из космической пыли и объектов, размерами от 19-20 см до 20-21 метра. Внутренние кольца имеют серый цвет. Самое внешнее — синий, учеными было выдвинуто предположение, что это кольцо состоит из частичек льда и темного вещества.
Ширина колец не превышает нескольких километров, только центральное кольцо имеет внушительную ширину, около 100 км.

Расположение колец начинается, примерно на расстоянии 40000 — 50000 км. И только два внешних кольца расположены на расстояние в два раза большее.
Что именно удерживает кольца в своих границах, пока непонятно, но ученые работают над этой загадкой.

Спутники Урана

На сегодняшний день планета Уран является обладателем 27 спутников, хотя маленьких и незамеченных спутников наверняка гораздо большее количество.

Спутников у планеты много. Хотя некоторая их часть была когда — то захвачена гравитацией Урана и распалась. Самый большой спутник Титания, чуть меньше Оберон. Оба были открыты Гершелем. За ними следуют Умбриэль, Ариэль и Миранда. Из них только Миранда целиком состоит изо льда, остальные — смесь льда и горных пород. Часть спутников движется внутри колец планеты, поэтому называется внутренними.

Всем спутникам Урана достались имена в честь героев произведений Уильяма Шекспира. Это тоже дань первооткрывателю из Англии.

Исследование

После открытия Урана его изучение долгое время оставалось проблематичным из-за его громадной удаленности. Ученые могли наблюдать только самые крупные спутники, строить предположения о кольцах или атмосфере.

Только в двадцатом веке был запущен зонд «Вояджер — 2», который, стартовав в 1977 году, в 1986 году достиг планеты. Он передал первые снимки— невыразительная, тусклая поверхность, едва видная сквозь облака. Миссия «Вояджера — 2» состояла в изучении магнитного поля Урана, наблюдении за атмосферой. Так же аппарат изучал погоду, обнаружил два неизвестных ранее кольца и сделал снимки наиболее крупных спутников. Часть планеты осталась вне поля зрения ученых, так как зонд приблизился к освещенной Солнцем части планеты.

Больше полезных сведений дали наблюдения с помощью радиотелескопа «Хаббл» уже в девяностые годы. Именно он первым зафиксировал атмосферные вихри Урана, обнаружил «темное пятно» в облаках и асимметрию в строении планеты.

Эти открытия позволили группе из 168 ученых начать подготовку к новому проекту. В настоящее время НАСА готовит к запуску аппарат Uranus Pathfinder. Зонд начнет путешествие на Земле и завершит его в районе Урана, где пройдет сквозь атмосферу и возьмет множество проб. Проект предполагает масштабное исследование внешней стороны Солнечной системы. Будут визуально обследованы гигантские области за Ураном. Предполагается, что аппарат стартует в 20-х годах. Миссия может растянуться до 15 лет, из которых почти 10 уйдет на полет к голубой планете.

В культуре

Загадки

Боковое вращение

Это, пожалуй, главная загадка планеты. Почему она лежит на боку? Существует предположение, что в далёкие времена зарождения Солнечной системы Уран столкнулся с протопланетой, положившей его на бок, что изменило направление магнитной оси. Оно же остудило и тепловой поток планеты.

Шеврон

Это загадка Миранды. При обработке снимков со спутника на нём выявилась область правильной формы, почти не атакованная метеоритами. Эта «галочка» размером 140х200 км получила название «шеврон», происхождение его пока неизвестно.

Интересные факты о Уране

Видео

Источник

Открытие Урана, седьмой планеты

Открытие Урана было важным событием, и произошло в 1781 году. Сделал это Уильям Гершель, английский астроном. И случилось это благодаря его старательности, наблюдательности и целеустремленности.

Краткая биография Уильяма Гершеля – первооткрывателя Урана

Уильям Гершель — астроном первооткрыватель планеты Уран.

Уильям Гершель – одна из известнейших персон в астрономии. Ему принадлежит несколько открытий, в том числе и спутников Урана Титании и Оберона. Однако судьба этого человека была очень непростой, ведь изначально он был музыкантом в военном оркестре и им было написано 24 симфонии! Родился он в Германии в 1738 году, и переехал в Англию в 1775 году, во время службы в армии вместе со своим полком, откуда уволился ради музыки.

Путь к астрономии у Гершеля был извилистым. Сначала он увлекся математической теорией музыки, а математика привела его к оптике, а здесь уже заинтересовала и астрономия. А так как был он бедным, и купить готовый телескоп не мог себе позволить, то с 1773 года начал шлифовать зеркала и конструировать телескопы для себя и на продажу. Первым телескопом у него был рефлектор с фокусным расстоянием в 7 футов (примерно 2 метра), с которым он тут же приступил к изучению неба.

Главное правило Гершеля при наблюдениях было простым – не оставлять неизученным ни одного, даже крохотного клочка неба. План, конечно, грандиозный, и до этого никто такого не делал. Помогала ему сестра, Каролина Гершель, которая тоже оставила свой след в истории астрономии благодаря своей самоотверженной работе с братом.

Открытие Урана

Спустя 7 лет упорных наблюдений необъятного неба, 13 марта 1781 года, Уильям направил свой 7-футовый телескоп в область между созвездиями Близнецов и Тельца. И был очень удивлен, когда одна из звезд рядом с ζ Тельца предстала перед ним не в виде яркой точки, а превратилась в диск. Гершель тут же сообразил, что видит вовсе не звезду, так как звезды при любом увеличении выглядят точками, меняется лишь их яркость.

7-футовый телескоп Гершеля, с помощью которого и был открыт Уран

Уильям попробовал наблюдать странный объект с разными окулярами, то есть меняя увеличение телескопа на все большее. Чем больше становилось увеличение, тем больше становился диск неизвестного объекта, хотя соседние звезды выглядели по-прежнему.

Озадаченный увиденным, Уильям продолжил наблюдения, и обнаружил, что неизвестное небесное тело обладает собственным движением относительно других звезд. Поэтому он решил, что обнаружил комету, хотя и странно, что у неё нет хвоста, и 17 марта сделал об этом запись в своем журнале.

В письме Королевскому обществу Гершель писал:

В первый раз я наблюдал эту комету с увеличением в 227 раз. Мой опыт показывает, что диаметр звёзд, в отличие от планет, не изменяется пропорционально при использовании линз с большей силой увеличения; поэтому я использовал линзы с увеличением 460 и 932 и обнаружил, что размер кометы увеличивался пропорционально изменению силы оптического увеличения, давая повод предположить, что это не звезда, так как размеры взятых для сравнения звёзд не изменялись. Более того, при большем увеличении, чем позволяла её яркость, комета становилась размытой, плохо различимой, тогда как звёзды оставались яркими и чёткими — как я и знал на основании проведённых мной тысяч наблюдений. Повторное наблюдение подтвердило мои предположения: это действительно была комета.

Как только о странной комете стало известно в кругу астрономов, она привлекла пристальное внимание. Уже в апреле Королевский астроном Невил Маскелайн предположил, что этот объект может быть как кометой, так и планетой, неизвестной ранее. Дальше последовала рутинная работа – наблюдения, вычисление орбиты. И в 1783 году Гершель признал факт, что открытый им странный объект является планетой и назвал её в честь короля Георгом. 11 января 1787 года в один день он открыл еще и пару спутников Урана – Титанию и Оберон. В следующие 50 лет никто не мог их увидеть – не хватало мощности телескопов. Сейчас у Урана известно 27 спутников. Однако открытие Урана стало одним из крупнейших в жизни этого ученого.

Дальнейшая судьба Уильяма Гершеля

За заслуги король Георг III назначил Уильяму Гершелю пожизненную стипендию в 200 фунтов, что по тем временам было немалыми деньгами. С 1782 года он вплотную занялся совершенствованием конструкции телескопов и в 1789 году построил самый большой телескоп в мире – с диаметром зеркала 126 см и фокусным расстоянием в 12 метров.

Крупнейший телескоп, построенный Уильямом Гершелем.

За свою жизнь Гершель сделал немало открытий. Например, раньше считалось, что двойные звезды на самом деле просто так расположены на небе, что кажутся близкими. Гершель доказал, что некоторые из них представляют собой звездные системы. Он первым сделал вывод, что наша галактика Млечный Путь на самом деле плоский звездный диск, а Солнечная система находится внутри него. Ему принадлежит немало других открытий, но это уже совсем другая история.

Стоит заметить, что по сути Уильям Гершель был астрономом-любителем, посвятившим немалую часть своей жизни этой науке. В его честь назван кратеры на Луне, на Марсе, и на Мимасе, и некоторые проекты.

Фотография Урана. Видны кольца.

А что касается Урана, то о нем долгое время было мало что известно. Эта планета внешне не представляет собой ничего примечательного – на нем даже не заметно никаких деталей, просто голубой диск. Однако 1977 году у нее были открыты кольца (еще в 1789 году Гершель утверждал, что видел кольцо Урана, но ему не поверили), а затем космические исследования дали немало новых данных. И оказалось, что Уран – довольно незаурядный мир, способный удивить своих исследователей. Но это – тема отдельной статьи.

Источник

Журнал «Все о Космосе»

Фотография Урана с аппарата «Вояджер-2»

Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и при помощи телескопа. Его открыл Уильям Гершель 13 марта 1781 года, тем самым впервые со времён античности расширив границы Солнечной системы в глазах человека. Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, более ранние наблюдатели принимали его за тусклую звезду.

Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец и магнитосфера, а кроме того, 27 спутников. Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет Солнечной системы — его ось вращения лежит как бы «на боку» относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца. Вследствие этого планета бывает обращена к Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами.

В 1986 году американский космический аппарат «Вояджер-2» передал на Землю снимки Урана с близкого расстояния. На них видна «невыразительная» в видимом спектре планета без облачных полос и атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов. Однако в настоящее время наземными наблюдениями удалось различить признаки сезонных изменений и увеличения погодной активности на планете, вызванных приближением Урана к точке своего равноденствия. Скорость ветров на Уране может достигать 250 м/с (900 км/ч).

Открытие планеты

Люди наблюдали Уран ещё до Уильяма Гершеля, но обычно принимали его за звезду. Наиболее ранним задокументированным свидетельством этого факта следует считать записи английского астронома Джона Флемстида, который наблюдал его в 1690 году, по крайней мере, 6 раз, и зарегистрировал как звезду 34 в созвездии Тельца. С 1750 по 1769 год французский астроном Пьер Шарль ле Моньер наблюдал Уран 12 раз. Всего Уран до 1781 года наблюдался 21 раз.

Модель телескопа, с помощью которого Гершель открыл Уран. Она находится в музее Уильяма Гершеля, в г. Бат

“В квартиле рядом с ζ Тельца… Или туманная звезда, или, возможно, комета.”

17 марта в журнале появилась другая запись:

“Я искал комету или туманную звезду, и оказалось, что это комета, поскольку она поменяла положение.”

22 марта его письмо к сэру Уильяму Уотсону было впервые прочитано в Королевском обществе. Затем последовало ещё три письма (29 марта, 5 апреля и 26 апреля), в которых он, продолжая упоминать о том, что обнаружил комету, сравнивал вновь открытый объект с планетами:

“В первый раз я наблюдал эту комету с увеличением в 227 раз. Мой опыт показывает, что диаметр звёзд, в отличие от планет, не изменяется пропорционально при использовании линз с большей силой увеличения; поэтому я использовал линзы с увеличением 460 и 932 и обнаружил, что размер кометы увеличивался пропорционально изменению силы оптического увеличения, давая повод предположить, что это не звезда, так как размеры взятых для сравнения звёзд не изменялись. Более того, при большем увеличении, чем позволяла её яркость, комета становилась размытой, плохо различимой, тогда как звёзды оставались яркими и чёткими — как я и знал на основании проведённых мной тысяч наблюдений. Повторное наблюдение подтвердило мои предположения: это действительно была комета.”

23 апреля Гершель получил ответ от Королевского астронома Невила Маскелайна, который звучал следующим образом:

“Я не знаю, как это назвать. Это может быть как обычной планетой, вращающейся вокруг Солнца по почти круговой орбите, так и кометой, движущейся по очень вытянутому эллипсу. Я пока не заметил ни головы, ни кометного хвоста.”

В то время как Гершель ещё продолжал осторожно описывать объект как комету, другие астрономы заподозрили, что это какой-то другой объект. Российский астроном Андрей Иванович Лексель установил, что расстояние от Земли до объекта превышает расстояние от Земли до Солнца (астрономическую единицу) в 18 раз и отметил, что нет ни одной кометы с перигелийным расстоянием более 4 астрономических единиц (в настоящее время такие объекты известны). Берлинский астроном Иоганн Боде описал объект, открытый Гершелем, как «движущуюся звезду, которую можно считать подобной планете, обращающуюся по кругу вне орбиты Сатурна», и сделал вывод, что эта орбита более похожа на планетарную, нежели чем на кометную. Вскоре стало очевидным, что объект действительно является планетой. В 1783 году Гершель сам сообщил о признании этого факта президенту Королевского общества Джозефу Банксу:

“Наблюдения самых выдающихся астрономов Европы доказали, что комета, которую я имел честь указать им в марте 1781 года, является планетой нашей Солнечной системы.”

За свои заслуги Гершель был награждён королём Георгом III пожизненной стипендией в 200 фунтов стерлингов, при условии, что он переедет в Виндзор, дабы у королевской семьи была возможность посмотреть в его телескопы.

Название

Невил Маскелайн написал Гершелю письмо, в котором попросил его сделать одолжение астрономическому сообществу и дать название планете, открытие которой — целиком заслуга этого астронома. В ответ Гершель предложил назвать планету «Georgium Sidus» (с латыни «Звезда Георга»), или планетой Георга в честь короля Георга III. Своё решение он мотивировал в письме к Джозефу Банксу:

В великолепной древности планетам давали имена Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна в честь мифических героев и божеств. В наше просвещённое философское время было бы странно вернуться к этой традиции и назвать недавно открытое небесное тело Юноной, Палладой, Аполлоном или Минервой. При обсуждении любого происшествия или примечательного события первым делом мы рассматриваем, когда именно оно произошло. Если в будущем кто-то задастся вопросом, когда была обнаружена эта планета, хорошим ответом на этот вопрос было бы: «В царствование Георга III».

Французский астроном Жозеф Лаланд предложил назвать планету в честь её первооткрывателя — «Гершелем». Предлагались и другие названия: например, Кибела, по имени, которое в античной мифологии носила жена бога Сатурна. Немецкий астроном Иоганн Боде первым из учёных выдвинул предложение именовать планету Ураном, в честь бога неба из греческого пантеона. Он мотивировал это тем, что «так как Сатурн был отцом Юпитера, то новую планету следует назвать в честь отца Сатурна». Наиболее раннее официальное именование планеты Ураном встречается в научной работе 1823 года, уже через год после смерти Гершеля. Прежнее название «Georgium Sidus» или «Георг» встречалось уже нечасто, хотя в Великобритании оно и использовалось в течение почти 70 лет. Окончательно же Ураном планета стала называться только после того, как издательство Морского альманаха Его Величества «HM Nautical Almanac Office» в 1850 году само закрепило это название в своих списках.

Уран — единственная планета, название которой происходит не из римской, а из греческой мифологии. Прилагательным производным от «Урана» считается слово «уранианский». Астрономический символ, обозначающий Уран, является гибридом символов Марса и Солнца. Причиной этого называется то, что в древнегреческой мифологии Уран-небо находится в объединённой власти Солнца и Марса. Астрологический символ Урана, предложенный Лаландом в 1784 году, сам Лаланд объяснял в письме к Гершелю следующим образом:

Это земной шар, увенчанный первой буквой Вашего имени.

В китайском, японском, вьетнамском и корейском языках название планеты переводится буквально как «Звезда/Планета Небесного Царя».

Орбита и вращение

Уран — его кольца и спутники

Наклон оси вращения

Плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом 97,86° — то есть планета вращается ретроградно, «лёжа на боку слегка вниз головой». Это приводит к тому, что смена времён года происходит совсем не так, как на других планетах Солнечной системы. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Такое аномальное вращение обычно объясняют столкновением Урана с большой планетезималью на раннем этапе его формирования. В моменты солнцестояний один из полюсов планеты оказывается направленным на Солнце. Только узкая полоска около экватора испытывает быструю смену дня и ночи; при этом Солнце там расположено очень низко над горизонтом — как в земных полярных широтах. Через полгода (уранианского) ситуация меняется на противоположную: «полярный день» наступает в другом полушарии. Каждый полюс 42 земных года находится в темноте — и ещё 42 года под светом Солнца. В моменты равноденствия Солнце стоит «перед» экватором Урана, что даёт такую же смену дня и ночи, как на других планетах. Очередное равноденствие на Уране наступило 7 декабря 2007 года.

Северное полушарие Год Южное полушарие
Зимнее солнцестояние 1902, 1986 Летнее солнцестояние
Весеннее равноденствие 1923, 2007 Осеннее равноденствие
Летнее солнцестояние 1944, 2028 Зимнее солнцестояние
Осеннее равноденствие 1965, 2049 Весеннее равноденствие

Благодаря такому наклону оси полярные области Урана получают в течение года больше энергии от Солнца, чем экваториальные. Однако Уран теплее в экваториальных районах, чем в полярных. Механизм, вызывающий такое перераспределение энергии, пока остаётся неизвестным.

Объяснения необычного положения оси вращения Урана также пока остаются в области гипотез, хотя обычно считается, что во время формирования Солнечной системы протопланета размером примерно с Землю врезалась в Уран и изменила его ось вращения. Многие учёные не согласны с данной гипотезой, так как она не может объяснить, почему ни одна из лун Урана не обладает такой же наклонной орбитой. Была предложена гипотеза, что ось вращения планеты за миллионы лет раскачал крупный спутник, впоследствии утерянный.

Во время первого посещения Урана «Вояджером-2» в 1986 году южный полюс Урана был обращён к Солнцу. Этот полюс называется «южным». Согласно определению, одобренному Международным астрономическим союзом южный полюс — тот, который находится с определённой стороны плоскости Солнечной системы (независимо от направления вращения планеты). Иногда используют другое соглашение, согласно которому направление на север определяется исходя из направления вращения по правилу правой руки. По такому определению полюс, который был освещённым в 1986 году, не южный, а северный. Астроном Патрик Мур прокомментировал эту проблему следующим лаконичным образом: «Выбирайте любой».

Видимость

С 1995 по 2006 год видимая звёздная величина Урана колебалась между +5,6m и +5,9m, то есть планета была видна невооружённым глазом на пределе его возможностей (приблизительно +6,0m)). Угловой диаметр планеты был в промежутке между 3,4 и 3,7 угловыми секундами (для сравнения: Сатурн: 16-20 угловых секунд, Юпитер: 32-45 угловых секунд). При чистом тёмном небе Уран в противостоянии виден невооружённым глазом, а с биноклем его можно наблюдать даже в городских условиях. В большие любительские телескопы с диаметром объектива от 15 до 23 см Уран виден как бледно-голубой диск с явно выраженным потемнением к краю. В более крупные телескопы с диаметром объектива более 25 см можно различить облака и увидеть крупные спутники (Титанию и Оберон).

Физические характеристики

Внутренняя структура

Сопоставление размеров Земли и Урана

Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Ядро является относительно маленьким, с массой приблизительно от 0,55 до 3,7 земных масс и с радиусом в 20 % от радиуса всей планеты. Мантия (льды) составляет бо́льшую часть планеты (60 % от общего радиуса, до 13,5 земных масс). Атмосфера при массе, составляющей всего 0,5 земных масс (или, по другим оценкам, 1,5 земной массы), простирается на 20 % радиуса Урана. В центре Урана плотность должна повышаться до 9 г/см³, давление должно достигать 8 млн бар (800 ГПа) при температуре в 5000 К. Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, так как состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды, аммиака и метана. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводностью, иногда называют «океаном водного аммиака». Состав Урана и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна благодаря «льдам», преобладающим над газами, оправдывая помещение Урана и Нептуна в категорию ледяных гигантов.

Внутреннее строение Урана

Внутреннее тепло

Внутреннее тепло Урана значительно меньше, чем у других планет-гигантов Солнечной системы. Тепловой поток планеты очень низкий, и причина этого сейчас неизвестна. Нептун, схожий с Ураном размерами и составом, излучает в космос в 2,61 раза больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. У Урана же избыток теплового излучения очень мал, если вообще есть. Тепловой поток от Урана равен 0,042 — 0,047 Вт/м², и эта величина меньше, чем у Земли (

0,075 Вт/м²). Измерения в дальней инфракрасной части спектра показали, что Уран излучает лишь 1,06 ± 0,08 % энергии от той, что получает от Солнца. Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К, что делает планету самой холодной из всех планет Солнечной системы — даже более холодной, чем Нептун.

Существуют две гипотезы, пытающиеся объяснить этот феномен. Первая из них утверждает, что предположительное столкновение протопланеты с Ураном во время формирования Солнечной системы, которое вызвало большой наклон его оси вращения, привело к рассеянию исходно имевшегося тепла. Вторая гипотеза гласит, что в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая тому, чтобы тепло от ядра достигало верхних слоёв. Например, если соседние слои имеют различный состав, конвективный перенос тепла от ядра вверх может быть затруднён.

Отсутствие избыточного теплового излучения планеты значительно затрудняет определение температуры её недр, однако если предположить, что температурные условия внутри Урана близки к характерным для других планет-гигантов, то там возможно существование жидкой воды и, следовательно, Уран может входить в число планет Солнечной системы, где возможно существование жизни.

Атмосфера

Хотя Уран и не имеет твёрдой поверхности в привычном понимании этого слова, наиболее удалённую часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой. Полагается, что атмосфера Урана начинается на расстоянии в 300 км от внешнего слоя при давлении в 100 бар и температуре в 320 K. «Атмосферная корона» простирается на расстояние, в 2 раза превышающее радиус от «поверхности» с давлением в 1 бар. Атмосферу условно можно разделить на 3 части: тропосфера (-300 км — 50 км; давление составляет 100 — 0,1 бар), стратосфера (50 — 4000 км; давление составляет 0,1 — 10−10 бар) и термосфера/атмосферная корона (4000 — 50000 км от поверхности). Мезосфера у Урана отсутствует.

Состав

Тропосфера

График зависимости давления от температуры на Уране

Верхняя часть атмосферы

После тропопаузы начинается стратосфера, где температура не понижается, а, наоборот, увеличивается с высотой: с 53 К в тропопаузе до 800—850 К в основной части термосферы. Нагревание стратосферы вызвано поглощением солнечной инфракрасной и ультрафиолетовой радиации метаном и другими углеводородами, образующимися благодаря фотолизу метана. Кроме того, стратосфера нагревается также и термосферой. Углеводороды занимают относительно низкий слой от 100 до 280 км в промежутке от 10 до 0,1 миллибар и температурные границы между 75 и 170 К. Наиболее распространённые углеводороды — ацетилен и этан — составляют в этой области 10−7 относительно водорода, концентрация которого здесь близка к концентрации метана и угарного газа. У более тяжёлых углеводородов, углекислого газа и водяного пара это отношение ещё на три порядка ниже. Этан и ацетилен конденсируются в более холодной и низкой части стратосферы и тропопаузе, формируя туманы. Однако концентрация углеводородов выше этих туманов значительно меньше, чем на других планетах-гигантах.

Наиболее удалённые от поверхности части атмосферы — термосфера и корона — имеют температуру в 800—850 К, но причины такой температуры ещё непонятны. Ни солнечная ультрафиолетовая радиация (ни ближняя, ни дальняя часть ультрафиолетового спектра), ни полярные сияния не могут обеспечить нужную энергию (хотя низкая эффективность охлаждения из-за отсутствия углеводородов в верхней части стратосферы может вносить свой вклад). Кроме молекулярного водорода, термосфера содержит большое количество свободных водородных атомов. Их маленькая масса и большая температура могут помочь объяснить, почему термосфера простирается на 50 000 км (на два планетарных радиуса). Эта протяжённая корона — уникальная особенность Урана. Именно она является причиной низкого содержания пыли в его кольцах. Термосфера Урана и верхний слой стратосферы образуют ионосферу, которая находится на высотах от 2000 до 10000 км. Ионосфера Урана более плотная, чем у Сатурна и Нептуна, возможно, по причине низкой концентрации углеводородов в верхней стратосфере. Ионосфера поддерживается главным образом солнечной ультрафиолетовой радиацией и её плотность зависит от солнечной активности. Полярные сияния здесь не настолько часты и существенны, как на Юпитере и Сатурне.

Кольца Урана

Внутренние кольца Урана. Яркое внешнее кольцо — кольцо ε, также видны восемь других колец

В 1789 году Уильям Гершель утверждал, что видел кольца, однако это сообщение выглядит сомнительным, поскольку ещё в течение двух веков после этого другие астрономы не могли их обнаружить. Наличие системы колец у Урана было подтверждено официально лишь 10 марта 1977 года американскими учёными Джеймсом Л. Элиотом (James L. Elliot), Эдвардом В. Данемом (Edward W. Dunham) и Дагласом Дж. Минком (Douglas J. Mink), использовавшими бортовую обсерваторию Койпера. Открытие было сделано случайно — группа первооткрывателей планировала провести наблюдения атмосферы Урана при покрытии Ураном звезды SAO 158687. Однако, анализируя полученную информацию, они обнаружили ослабление звезды ещё до её покрытия Ураном, причём произошло это несколько раз подряд. В результате было открыто 9 колец Урана. Когда в окрестности Урана прибыл АМС «Вояджер-2», при помощи бортовой оптики удалось обнаружить ещё 2 кольца, тем самым увеличив общее число известных колец до 11. В декабре 2005 года космический телескоп «Хаббл» позволил открыть ещё 2 ранее неизвестных кольца. Они удалены на расстояние в два раза большее, чем ранее открытые кольца, и поэтому их ещё часто называют «внешней системой колец Урана». Кроме колец, «Хаббл» также помог открыть два ранее неизвестных небольших спутника, орбита одного из которых (Маб) совпадает с самым дальним кольцом. С учётом последних двух колец общее количество колец Урана составляет 13. В апреле 2006 года изображения новых колец, полученные обсерваторией Кека на Гавайских островах, позволили различить цвета внешних колец. Одно из них было красным, а другое (самое внешнее) — синим. Предполагают, что синий цвет внешнего кольца обусловлен тем, что оно состоит из мелких частиц водяного льда с поверхности Маб. Внутренние кольца планеты выглядят серыми.

Когда Земля пересекает плоскость колец Урана, они видны с ребра. Такое было, например, в 2007—2008 годах.

Магнитосфера Урана

Магнитосфера Урана, исследованная Вояджером-2 в 1986 году.

Тем не менее, по общему строению магнитосферы Уран схож с другими планетами Солнечной системы. Есть головная ударная волна, которая расположена на расстоянии от Урана в 23 его радиуса, и магнитопауза (на расстоянии 18 радиусов Урана). Имеются развитые магнитный хвост и радиационные пояса. В целом Уран по структуре магнитосферы отличается от Юпитера и больше напоминает Сатурн. Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и вращением планеты искривлён «в штопор». Магнитосфера Урана содержит заряженные частицы: протоны, электроны и небольшое количество ионов H2+. Никаких более тяжёлых ионов в ходе исследований обнаружено не было. Многие из этих частиц наверняка берутся из горячей термосферы Урана. Энергии ионов и электронов могут достигать 4 и 1,2 мегаэлектронвольт (МэВ) соответственно. Плотность низкоэнергетических ионов (то есть ионов с энергией менее 0,001 МэВ) во внутренней магнитосфере — около 2 ионов на кубический сантиметр. Важную роль в магнитосфере Урана играют его спутники, образующие большие полости в магнитном поле. Поток частиц достаточно высок, чтобы вызвать затемнение поверхности лун за время порядка 100 000 лет. Это может быть причиной тёмной окраски спутников и частиц колец Урана. На Уране хорошо развиты полярные сияния, которые видны как яркие дуги вокруг обоих полярных полюсов. Однако, в отличие от Юпитера, на Уране полярные сияния не значимы для энергетического баланса термосферы.

Климат

Изображение в естественных цветах (слева) и на более коротких волнах (справа), позволяющие различить облачные полосы и атмосферный «капюшон» (снимок «Вояджера-2»)

Атмосферные образования, облака и ветра

Снимки, сделанные «Вояджером-2» в 1986 году, показали, что видимое южное полушарие Урана можно поделить на две области: яркий «полярный капюшон» и менее яркие экваториальные зоны. Эти зоны граничат на широте −45°. Узкая полоса в промежутке между −45° и −50°, именуемая южным «кольцом», является самой заметной особенностью полушария и видимой поверхности вообще. «Капюшон» и кольцо, как полагают, расположены в интервале давления от 1,3 до 2 бар и являются плотными облаками метана.

Зональные скорости облаков на Уране

Помимо крупномасштабной полосчатой структуры атмосферы, «Вояджер-2» отметил 10 маленьких ярких облачков, большая часть которых была отмечена в области нескольких градусов севернее «южного кольца»; во всех иных отношениях Уран выглядел «динамически мёртвой» планетой. Однако в 1990-х годах число зарегистрированных ярких облаков значительно выросло, причём бо́льшая их часть была обнаружена в северном полушарии планеты, которое в это время стало видимым. Первое объяснение этого (светлые облака легче заметить в северном полушарии, нежели в более ярком южном) не подтвердилось. В структуре облаков двух полушарий имеются различия: северные облака меньшие, более яркие и более чёткие. Судя по всему, они расположены на большей высоте. Время жизни облаков бывает самое разное — некоторые из замеченных облаков не просуществовали и нескольких часов, в то время как минимум одно из южных сохранилось с момента пролёта около Урана «Вояджера-2». Недавние наблюдения Нептуна и Урана показали, что между облаками этих планет есть и много схожего. Хотя погода на Уране более спокойная, на нём, так же как и на Нептуне, были отмечены «тёмные пятна» (атмосферные вихри) — в 2006 году впервые в его атмосфере был замечен и сфотографирован вихрь.

Первый атмосферный вихрь, замеченный на Уране. Снимок получен «Хабблом»

Сезонные изменения

Уран. 2005 год. Видно «южное кольцо» и яркое облачко на севере

Тем не менее, как показывают исследования, сезонные изменения на Уране не всегда зависят от факторов, указанных выше. В период своего предыдущего «северного солнцестояния» в 1944 году у Урана поднялся уровень яркости в области северного полушария — это показало, что оно не всегда было тусклым. Видимый, обращённый к Солнцу полюс во время солнцестояния набирает яркость и после равноденствия стремительно темнеет. Детальный анализ визуальных и микроволновых измерений показал, что увеличение яркости не всегда происходит во время солнцестояния. Также происходят изменения в меридианном альбедо. Наконец, в 1990-е годы, когда Уран покинул точку солнцестояния, благодаря космическому телескопу «Хаббл» удалось заметить, что южное полушарие начало заметно темнеть, а северное — становиться ярче, в нём увеличивалась скорость ветров и становилось больше облаков, но прослеживалась тенденция к прояснению. Механизм, управляющий сезонными изменениями, всё ещё недостаточно изучен. Около летних и зимних солнцестояний оба полушария Урана находятся либо под солнечным светом, либо под тьмой открытого космоса. Прояснения освещённых солнцем участков, как предполагают, происходят из-за локального утолщения тумана и облаков метана в слоях тропосферы. Яркое кольцо на широте в −45° также связано с облаками метана. Другие изменения в южной полярной области могут объясняться изменениями в более низких слоях. Вариации изменения интенсивности микроволнового излучения с планеты, по всей видимости, вызваны изменениями в глубинной тропосферной циркуляции, потому что толстые полярные облака и туманы могут помешать конвекции. Когда близится день осеннего равноденствия, движущие силы меняются, и конвекция может протекать снова.

Формирование Урана

Имеется много аргументов в пользу того, что отличия между ледяными и газовыми гигантами зародились ещё при формировании Солнечной системы. Как полагают, Солнечная система сформировалась из гигантского вращающегося шара, состоящего из газа и пыли и известного как Протосолнечная туманность. Потом шар уплотнился, и сформировался диск с Солнцем в центре. Бо́льшая часть водорода с гелием пошла на формирование Солнца. А частицы пыли стали собираться вместе, чтобы впоследствии сформировать протопланеты. По мере роста планет некоторые из них обзавелись достаточно сильным гравитационным полем, чтобы сконцентрировать вокруг себя остаточный газ. Они продолжали набирать газ до тех пор, пока не достигали предела, и росли по экспоненте. Ледяным же гигантам удалось набрать значительно меньше газа — всего несколько масс Земли. Таким образом, их масса не достигала этого предела. Современные теории формирования Солнечной системы имеют некоторые трудности в объяснениях формирования Урана и Нептуна. Эти планеты слишком крупные для расстояния, на котором они находятся от Солнца. Возможно, ранее они были ближе к Солнцу, но потом каким-то образом поменяли орбиты. Впрочем, новые методы планетарного моделирования показывают, что Уран и Нептун действительно могли сформироваться на своём теперешнем месте, и, таким образом, их настоящие размеры согласно этим моделям не являются помехой в теории происхождения Солнечной системы.

Спутники Урана

Наиболее крупные спутники Урана. Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон.

Исследование Урана

Хронология открытий

Дата Открытие Первооткрыватель(и)
13 марта 1781 Уран Уильям Гершель
11 января 1787 Титания и Оберон Уильям Гершель
22 февраля 1789 Гершель упоминает о кольцах Урана Уильям Гершель
24 октября 1851 Ариэль и Умбриэль Уильям Лассел
16 февраля 1948 Миранда Койпер
10 марта 1979 Система колец Урана открыта группой исследователей
30 декабря 1985 Синнот и станция «Вояджер-2»
3 января 1986 Джульетта и Порция Синнот и станция «Вояджер-2»
9 января 1986 Крессида Синнот и станция «Вояджер-2»
13 января 1986 Дездемона, Розалинда и Белинда Синнот и станция «Вояджер-2»
18 января 1986 Пердита Каркошка и станция «Вояджер-2»
20 января 1986 Корделия и Офелия Террил и Вояджер-2
23 января 1986 Бианка Смит и станция «Вояджер-2»
6 сентября 1997 Калибан и Сикоракса открыты группой исследователей
18 июля 1999 Сетебос, Стефано и Просперо открыты группой исследователей
13 августа 2001 Тринкуло, Фердинанд и Франциско открыты группой исследователей
25 августа 2003 Маб и Купидон Шоуолтер и Лизёр
29 августа 2003 Маргарита Шеппард и Джуитт
23 августа 2006 Тёмное пятно Урана Космический телескоп им. Хаббла и группа исследователей

Исследование автоматическими межпланетными станциями

Фото Урана, сделанное «Вояджером-2» во время «отбытия» к Нептуну

В предложении, представленном Европейскому космическому агентству группой из 168 учёных, описывается путешествие к внешней части Солнечной системы, в котором конечной целью является планета Уран. Миссия названа Uranus Pathfinder. Она позволит изучить уникальный химический состав планеты, её кольца и спутники, а также раскрыть несколько самых важных тайн планеты. Эта миссия, в свою очередь, будет способствовать увеличению наших знаний о Солнечной системе. Руководитель проекта рассказал, что мотивацией к этой миссии является исследование гигантских внешних областей Солнечной системы, о которых мы очень мало знаем. В зависимости от размеров корабля, миссия может занять от 8 до 15 лет, чтобы достичь места назначения. Команда надеется, что миссия Uranus Pathfinder может быть запущена в 2021 году.

Источник

Читайте также:  Как будет по английски ахегао
Имя, Названия, Аббревиатуры, Сокращения
Добавить комментарий