Направление вращения урана вокруг солнца

Направление вращения урана вокруг солнца

Уран — седьмая планета Солнечной системы, третья по диаметру и четвёртая по массе. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана, отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и, соответственно, деда Зевса (у римлян — Юпитер).
В отличие от газовых гигантов — Сатурна и Юпитера, состоящих в основном из водорода и гелия, в недрах Урана и схожего с ним Нептуна отсутствует металлический водород, но зато много льда в его высокотемпературных модификациях. По этой причине специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию «ледяных гигантов». Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в ней обнаружены следы метана и других углеводородов, а также облака изо льда, твёрдого аммиака и водорода. Это самая холодная планетарная атмосфера Солнечной системы с минимальной температурой в 49 К (-224 °C). Полагают, что Уран имеет сложную слоистую структуру облаков, где вода составляет нижний слой, а метан — верхний. В отличие от Нептуна, недра Урана состоят в основном изо льдов и горных пород.

Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец, магнитосфера и 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).

Орбита и вращение:

Средняя удалённость планеты от Солнца составляет 19,1914 а. е. (2,8 млрд км). Период полного обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года. Расстояние между Ураном и Землёй меняется от 2,7 до 2,85 млрд км. Большая полуось орбиты равна 19,229 а. е., или около 3 млрд км. Интенсивность солнечного излучения на таком расстоянии составляет 1/400 от значения на орбите Земли. Впервые элементы орбиты Урана были вычислены в 1783 году французским астрономом Пьером-Симоном Лапласом, однако со временем были выявлены несоответствия расчётных и наблюдаемых положений планеты. В 1841 году британец Джон Кауч Адамс первым предположил, что ошибки в расчётах вызваны гравитационным воздействием ещё не открытой планеты. В 1845 году французский математик Урбен Леверье начал независимую работу по вычислению элементов орбиты Урана, а 23 сентября 1846 года Иоганн Готфрид Галле обнаружил новую планету, позже названную Нептуном, почти на том же месте, которое предсказал Леверье. Период вращения Урана вокруг своей оси составляет 17 часов 14 минут. Однако, как и на других планетах-гигантах, в верхних слоях атмосферы Урана дуют очень сильные ветры в направлении вращения, достигающие скорости 240 м/c. Таким образом, вблизи 60 градусов южной широты некоторые видимые атмосферные детали делают оборот вокруг планеты всего за 14 часов.
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.

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».

Уран тяжелее Земли в 14,5 раз, что делает его наименее массивной из планет-гигантов Солнечной системы. Плотность Урана, равная 1,270 г/см 3 , ставит его на второе после Сатурна место среди наименее плотных планет Солнечной системы. Несмотря на то, что радиус Урана немного больше радиуса Нептуна, его масса несколько меньше, что свидетельствует в пользу гипотезы, согласно которой он состоит в основном из различных льдов — водного, аммиачного и метанового. Их масса, по разным оценкам, составляет от 9,3 до 13,5 земных масс. Водород и гелий составляют лишь малую часть от общей массы (между 0,5 и 1,5 земных масс); оставшаяся доля (0,5 — 3,7 земных масс) приходится на горные породы (которые, как полагают, составляют ядро планеты).
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 большую 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/см 3 , 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.

Источник

Направление вращения урана вокруг солнца

Седьмая планета от Солнца — Уран. Это одна из гигантских внешних планет, не имеющих твердой поверхности. Хотя Уран не так велик, как Юпитер или Сатурн, внутри него поместилось бы более 60 планет. Планета больше всего похожа по размеру и составу на Нептун, своего внешнего соседа. Как и Нептун, Уран сине-зеленый из-за небольшого количества метана в его атмосфере или окружающем слое газов.

Планета Уран

Уран не был известен древним астрономам. В самом ярком своём проявлении планета едва видна невооруженным глазом. Её несколько раз видели в первые телескопы, но считали просто еще одной звездой.

В 1781 году в рамках телескопического исследования звезд английский астроном Уильям Гершель обнаружил “любопытную либо туманную звезду, либо, возможно, комету”. Этот необычный объект вскоре оказался планетой, первой идентифицированной в наше время. Позднее он был назван Ураном, олицетворением небес в древнегреческой мифологии.

Даже с помощью более мощных телескопов, доступных в 21 веке, далекую планету трудно наблюдать в мельчайших деталях. Многое из того, что известно о нем, взято из фотографий крупным планом и измерений, сделанных в 1986 году «Вояджером-2», единственным космическим аппаратом, посетившим Уран.

Уран вращается вокруг Солнца между орбитами Сатурна и Нептуна. Эти три планеты плюс Юпитер являются четырьмя внешними планетами, называемыми Юпитерианскими, или Юпитероподобными. Состоящие в основном из жидкостей и газов, они гораздо менее плотны, чем четыре внутренние планеты. Как и другие внешние планеты, Уран имеет систему колец и множество спутников.

Размер Урана

Уран — третья по величине планета в Солнечной системе после Юпитера и Сатурна. Уран примерно в четыре раза больше Земли. Его диаметр на экваторе составляет около 51 118 километров, если измерять на уровне атмосферы, где давление такое же, как на уровне моря на Земле.

Масса и плотность Урана

Планета немного больше Нептуна, но Нептун примерно в 1,2 раза массивнее. Плотность Урана довольно низкая — всего в 1,3 раза больше, чем у воды, по сравнению с 1,6 для Нептуна и 5,5 для скалистой Земли.

Орбита Урана

Как и все планеты, Уран вращается вокруг Солнца по слегка эллиптической или овальной орбите. При среднем расстоянии от Солнца около 2 870 990 000 километров, Уран примерно в 19 раз дальше от Солнца, чем Земля.

Расстояние от Урана до Земли

Самое близкое расстояние от Земли, составляет около 2,7 миллиарда километров. Урану требуется около 84 земных лет, чтобы совершить всего один оборот вокруг Солнца. Это означает, что год на Уране примерно в 84 раза длиннее, чем год на Земле.

Вращение Урана

Однако день на Уране короче, чем на Земле. Уран совершает один оборот вокруг своей оси примерно за 17 земных часов, по сравнению с примерно 24 часами для Земли. Это быстрое вращение приводит к тому, что его полярные области слегка сглаживаются, а экватор выпячивается. Диаметр его полюсов примерно на 2 процента меньше, чем у экватора.

Планета Уран на боку

Технически, Уран вращается вокруг своей оси в ретроградном движении, или направлении, противоположном большинству других планет. Тем не менее, это немного вводит в заблуждение, чтобы описать его вращение таким образом, так как Уран лежит почти на боку. В отличие от любой другой планеты, его ось вращения наклонена на необычайно большие 97,9 градуса относительно плоскости, в которой он вращается. Ученые полагают, что Уран, возможно, был сбит с этого пути в начале своей истории одним или несколькими сильными столкновениями с другими телами.

Времена года на Уране

Каждый сезон на Уране длится около 21 земного года. Поскольку планета почти накренилась на бок, то, вращаясь по орбите, она указывает сначала один полюс на солнце, затем на его экватор, а затем на другой полюс. В результате, лето и зима являются экстремальными, когда одно полушарие купается в солнечном свете в течение многих лет в течение лета, в то время как другое полушарие погружено в постоянную темноту в течение своей долгой зимы.

Солнечный свет более равномерно распределяется весной и осенью, когда экватор направлен к Солнцу. Однако тепло, по-видимому, довольно равномерно распределяется круглый год. Эти два полушария, вероятно, всегда имеют примерно одинаковую температуру, вероятно, потому, что атмосфера хорошо переносит и накапливает тепло.

Атмосфера Урана

Как и другие внешние планеты, Уран имеет массивную атмосферу с составом, сходным с составом Солнца и других звезд. Ученые считают, что это примерно три четверти водорода и четверть гелия по массе, плюс небольшое количество метана и, вероятно, следовые количества воды, аммиака и других веществ.

Облака Урана

Самые высокие облака очень яркие и состоят из замерзшего метана. Дальше внизу, возможно, есть облака замерзшей воды и гидросульфида аммония. Нижние части атмосферы, в которых образуются облака, довольно холодные, и температура там снижается с увеличением высоты.

Температура на Уране

Самая холодная часть атмосферы составляет около — 221° C. Однако в верхних слоях атмосферы температура заметно повышается, достигая 480° C.

В отличие от Юпитера и Сатурна, Уран в видимом свете выглядит почти безликим. Слабые полосы облаков видны на снимках, сделанных на других длинах волн света или обработаны, чтобы показать крайний контраст. Полосы облаков параллельны экватору.

Ветры на Уране

Как на Земле и Нептуне, ветры движутся на запад в зоне вблизи экватора и на восток в зонах более высоких широт. Ветры здесь в несколько раз сильнее земных, но слабее нептуновых. Атмосфера Урана кажется более спокойной, чем на других внешних планетах. Пятна, наблюдаемые на планете, считаются штормами, но они меньше, чем те, которые наблюдаются на Юпитере, Сатурне и Нептуне.

Внутреннее строение и состав Урана

Давление и температура внутри планеты очень высоки, поэтому её внутренности должны быть жидкими. Ученые считают, что Уран состоит в основном из расплавленных льдов воды, метана и аммиака, с некоторыми расплавленными силикатными породами и металлами, а также меньшим количеством водорода и гелия. В центре планеты могло находиться ядро из камня и металла. Однако ученые считают, что горная порода и металл с большей вероятностью распространятся по всему флюидному интерьеру, чем в отдельном слое.

Внутренности Урана больше похожи на внутренности Нептуна, чем на внутренности Юпитера и Сатурна, которые в основном состоят из водорода и гелия. Как и на Нептуне, расплавленный лед, камень и металл составляют гораздо большую часть массы. По какой-то неизвестной причине Уран не производит столько внутреннего тепла, как три другие внешние планеты. Эти планеты излучают почти в два раза больше тепла, чем получают от Солнца, но Уран излучает лишь немного больше тепла, чем получает.

Как и большинство других планет Солнечной системы, Уран создает собственное магнитное поле. Он похож на стержневой магнит, с Северным полюсом и Южным полюсом. Как и на Земле, компас будет показывать на север. Однако магнитный Северный полюс Урана наклонен на исключительно большие 58,6 градуса от его вращательного Северного полюса, по сравнению с наклоном 11,5 градуса для Земли. Только магнитное поле Нептуна имеет такой же наклон.

Кольцевая система Урана

Уран имеет систему из примерно дюжины узких колец. Подобно кольцам Сатурна, они состоят из бесчисленных частиц, каждая из которых вращается вокруг планеты, как маленькая Луна. Частицы в кольцах Урана намного темнее, чем те, что находятся в ярких ледяных кольцах Сатурна. Кроме того, в кольцах Сатурна гораздо больше пыли и мельчайших частиц.

Большинство объектов, образующих кольца Урана, имеют размеры более 1,4 метра в поперечнике. Небольшое количество пыли в его кольцах, кажется, постоянно пополняется. Пыль может быть сбита с маленьких спутников, когда объекты ударяются о их поверхность.

Спутники Урана

«Вояджер-2» зафиксировал две маленькие луны, Корделию и Офелию, которые вращались по обе стороны одного из колец. Гравитация двух лун ограничивает кольцевые частицы узкой полосой, поэтому они называются пастушьими лунами. Другие маленькие луны, еще не открытые, также могут быть пастухами для других колец.

27 спутников Урана

Уран имеет 27 известных спутников: пять главных и более 20 меньших. Главные спутники, от ближайших до самых дальних от Урана, — это Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Некоторые из малых спутников вращаются вокруг колец, в то время как другие — за крупными лунами.

Крупные спутники Урана

Внешние малые спутники нерегулярны, что означает, что они имеют сильно вытянутые или наклоненные орбиты, или и то, и другое. Внутренние малые спутники и пять больших Лун имеют почти круговые орбиты, лежащие примерно в той же плоскости, что и Орбита Урана.

Пять главных спутников планеты изменяются в размерах от Миранды, с диаметром около 470 километров, до Титании, с диаметром около 1578 километров. Пять спутников, вероятно, в основном состоят из водяного льда и камня. Четыре самых крупных, как полагают, состоят из около 60 процентов льда и 40 процентов камня.

Миранда имеет меньшую плотность, поэтому у неё, вероятно, больше процент льда. Поверхности всех пяти главных лун, по-видимому, содержат грязный водяной лед. Умбриэль и Оберон имеют много кратеров, больших и маленьких, как нагорья земной Луны. Как и у Луны, их большие кратеры, вероятно, датируются более чем 4 миллиардами лет.

У Титании и Ариэля меньше крупных кратеров, но примерно столько же мелких. Это говорит о том, что Титания и Ариэль имеют более молодые поверхности. Узкие каньоны встречаются на всех крупных спутниках. Возможно, они образовались в результате растрескивания коры при расширении лун.

Спутник Урана — Миранда

Миранда имеет самые большие каньоны, некоторые из которых достигают 80 километров в ширину и 15 километров в глубину. Ученые считают, что вся вода в её недрах когда-то могла быть жидкой. Когда вода замерзала, Миранда расширялась, вызывая разрушение земной коры.

У Миранды есть странная мешанина различных типов местности. Она в основном имеет сильно изрытые кратерами, древние поверхности. В других районах кратеры встречаются реже, они представляют собой наборы извилистых канавок, извилистых долин или крутых утесов.

Миранда, возможно, была разбита на части столкновениями с другими объектами, а затем вновь собрана, чтобы сформировать странное лоскутное одеяло ландшафтов, наблюдаемое сейчас. Вместо этого различные ландшафты могли образоваться в результате извержений и другой внутренней геологической активности.

Полёты на Уран

В августе 1977 года НАСА запустило беспилотный зонд Voyager -2 для полета к Юпитеру и Сатурну с надеждой, что позже он может быть отправлен на Уран и Нептун. После того, как космический корабль посетил две ближайшие планеты-гиганта, его курс действительно был изменен, чтобы отправить его на две внешние планеты-гиганта. «Вояджер-2» стал первым и пока единственным космическим аппаратом, который столкнулся с Ураном в январе 1986 года и Нептуном в августе 1989 года.

Пройдя через кольцевую систему Урана, «Вояджер-2» приблизился к центру планеты примерно на 107 000 километров. Он измерил размеры и массу Урана и его главных спутников, обнаружил и измерил магнитное поле, а также определил скорость вращения внутренней части планеты. На Уране было сделано около 8000 снимков, включая первые крупные планы планеты, её колец и спутников. На этих снимках были обнаружены погодные условия в атмосфере Урана и на поверхности крупных спутников, а также впервые было обнаружено много меньших спутников.

Источник