Вид траектории урана относительно солнца

Орбита Урана

Перед нами необычная планета. Уран относится к группе ледяных гигантов Солнечной системы, где в составе есть вода и прочие летучие вещества. Они сжаты до такой степени, что становятся твердыми. Кроме того, поражает длительность орбитального периода – 84 года. То есть, один год занимает практически 100 земных лет. А наклон оси приводит к тому, что у планеты наблюдается экстремальная перемена сезонов. Давайте узнаем чему равна большая полуось орбиты Урана.

Орбитальный период Урана

В среднем расстояние от Солнца до Урана достигает 2.875 млрд. км. Причем планета способна приближаться на 2.44 млрд. км или отдаляться на 3 млрд. км. Полюбуйтесь на фото Урана от космического телескопа Хаббл. Здесь особенно четко просматривается наклон оси.

Уран, снятый телескопом Хаббл за 4-летний период

Получаем разницу в 269.3 млн. км, что выступает наибольшим показателем для солнечных планет. Средняя орбитальная скорость – 6.8 км/с, а длительность одного прохода – 84.0205 лет.

Но вращение оси занимает лишь 17 часов, 14 минут и 24 секунды. Причем планета испытывает ретроградное вращение (как Венера).

Осевой наклон

Сильнее всего удивляет осевой наклон планеты, который достигает невероятных 97.7°. То есть, выходит, что Уран буквально повален на бок, а ось вращения почти параллельна плоскости системы. Никто не знает точной причины, но это мог быть удар от крупной протопланеты в начале формирования Солнечной системы.

В итоге в период солнцестояния один полюс повернут к звезде без перерыва, а второй остается в тени. Получается, половина планеты на 42 года погружена в день, а вторая – на 42 года в ночь. Подобное можно отметить в нашей Антарктиде, где один день/ночь может охватывать более 24 часов.

Равноденствие отмечается на экваторе, поэтому именно эта линия переживает привычные для нас смены суток.

Сезонные перемены

Орбита планеты Уран приготовила еще парочку интересных фактов. Большая удаленность от звезды и наклон вызывают экстремальные смены сезонов. Сложно понять цикл полностью, ведь ученые должны без перерыва наблюдать за планетой весь год. Но все же в 20-м веке удалось зафиксировать перемену яркости, температурного показателя и микроволновых лучей между солнцестояниями и равноденствиями.

Есть мнение, что изменения основываются на видимости в атмосферном слое, где прогретое полушарие проходит сквозь локальное утолщение метанового облачного покрова. Перемены касаются количества облаков и ускорения ветра.

Темное пятно, запечатленное телескопом Хаббл

Большое темное пятно и его меньший аналог также полагаются на сезонные перемены. Это масштабный облачный вихрь, сформированный ветрами с ускорением в 900 км/ч. В 2006 году отметили шторм, охвативший территорию 1700 км на 3000 км.

Пока полярные области получают больше энергии в течение года, именно экваториальные прогреваются сильнее. Никто не знает, почему так происходит, но может быть связь с чем-то эндогенным.

Да, жить на планете, где год занимает человеческую жизнь, довольно сложно. И согласитесь, что привыкнуть к метановым облакам и мощным ветрам также проблематично. Но теперь вы больше знаете о том, как выглядит орбита Урана.

Источник

Планета Уран

© Владимир Каланов,
сайт «Знания-сила».

В центре Урана находится каменистое ядро, состоящее преимущественно из силикатов. В пропорциональном отношении ядро Урана более крупное, чем у Юпитера и Сатурна, ведь Уран в 22 раза легче Юпитера. В центре Урана давление достигает 600 тысяч земных атмосфер, а температура составляет 10-12 тысяч градусов. Вокруг ядра располагается слой из смеси камней и льда. Над этим слоем находится тысячекилометровый слой жидкого водорода, постепенно переходящий в газообразный молекулярный водород, а ещё выше начинается плотная атмосфера. Такова одна из гипотетических моделей внутреннего строения Урана.

Внутреннее строение Урана

По другой гипотезе, в недрах планеты нет никакого ядра, а до расстояния около трети радиуса планеты от её центра находится металлический водород. Вращение планеты создаёт потоки этого водорода, рождающие электрический ток и, соответственно, магнитное поле. Есть и ещё одна физическая модель объясняющая причину магнитного поля, согласно которой, магнитное поле Урана вызвано конвекцией в водно-аммиачной мантии планеты. Так это или нет, определённо утверждать пока никто не может.

Магнитное поле Урана

Если об источнике магнитного поля Урана можно спорить и строить гипотезы, то наличие у этой планеты мощного магнитного поля является бесспорным фактом, подтверждённым измерительными приборами «Вояджера-2». При этом магнитное поле Урана очень своеобразно по распределению напряженности и по форме магнитосферы. Магнитная ось планеты отклонена на 60 угловых градусов от оси вращения, поэтому географические полюса́ не совпадают с магнитными. Напряженность магнитного поля одних участков атмосферы от напряженности других участков может сильно отличаться, разница может оказаться 5-10 кратной.

Вращение магнитного поля вместе с планетой в условиях, когда ось магнитного поля имеет большой наклон к оси вращения планеты, приводит к закручиванию магнитных силовых линий, что создаёт сложную структуру магнитосферы. Под действием электромагнитного излучения Солнца, так называемого солнечного ветра, магнитосфера Урана вытягивается за пределы его траектории и простирается по направлению к планете Нептун не менее чем на 10 млн. км. Для сравнения: такой же «хвост» магнитосферы Земли тянется на 5 млн. км. в сторону, противоположную Солнцу.

Особенности движения Урана

Уран обладает такими особенностями движения, каких нет ни у одной другой планеты Солнечной системы. Наклон оси вращения Урана к плоскости его орбиты составляет почти 98 градусов, т.е. планета вращается, почти «лёжа на боку́», и как будто катится по своей околосолнечной орбите. При этом Уран вращается вокруг своей оси в сторону, противоположную направлению движения вокруг Солнца (подобно Венере).

Наклон Урана относительно плоскости орбиты.

Период вращения Урана вокруг своей оси составляет 17 часов 12 минут. Определён этот период вращения был только на основе данных, полученных от космического аппарата «Вояджер-2». С Земли период вращения Урана определить невозможно.

Почему Уран так сильно «наклонился»? На этот вопрос однозначно ответить нельзя. По одной из гипотез, это результат столкновения Урана с другим небесным телом, случившегося когда-то в далёком прошлом. Как объяснить такую странность как ретроградное вращение Урана, т.е. вращение в сторону, противоположную направлению движения планеты по орбите? Астрономы предполагают, что ядро вещества, из которого возник Уран, с самого начала имело такое направление вращения. Но это могло быть последствием какого-то процесса. Но какого? По этому поводу определённых предположений не имеется.

Продолжительность года на Уране равняется 84 земным годам. Расположение оси вращения Урана почти в плоскости его орбиты приводит к необычным для планет Солнечной системы соотношениям между временем суток и временами года на Уране. Период вращения, в течение которого одно полушарие полностью и непрерывно освещено Солнцем, длится 21 земной год. Этот период можно назвать летом, а можно назвать днём, потому что Солнце не заходит весь этот период. Другое полушарие в это же время и в течение такого же периода (21 земной год) пребывает в полной темноте. Этот период можно назвать зимой, а можно назвать полярной ночью, потому что Солнце не показывается из-за горизонта.

Периоды времени, в течение которых полная темнота постепенно сменяется полной освещенностью или, наоборот, свет постепенно сменяется полной темнотой, можно назвать соответственно весной и осенью. Каждый такой период длится двадцать один земной год. В эти переходные периоды Уран большую часть времени повёрнут к Солнцу не полюсом, а экваториальной областью, и на всей планете ежесуточно с периодом в 17 часов 14 минут происходят восходы и закаты.

Понятно, что перечисленные периоды освещённости и темноты, а также периоды перехода между этими экстремальными состояниями временами года можно назвать только с большой до́лей условности. В самом деле, если круглый год (84 земных года) дуют ледяные ветры, а температура поверхности планеты держится в пределах от 200 до 212 градусов мороза вне зависимости от того, освещена данная поверхность Солнцем или она пребывает во мраке ночи, то очень трудно говорить о сезонах или временах года. Что касается освещённости полушарий Урана, то нужно иметь в виду, что яркость освещённости на Уране в сотни раз меньше, чем на Земле: слишком далеко от Солнца вращается эта полная загадок планета.

Таким образом, природа даёт возможность земным наблюдателям рассматривать в телескоп непрерывно в течение почти 21 года одно освещенное полушарие Урана, а затем, через 21 год — другое полушарие также непрерывно в течение почти 21 года. Периоды максимальной освещённости обоих полушарий сменяют друг друга через каждые 42 года. Всё отлично. Одно только плохо: срок в 42 года не очень корели́руется с продолжительностью трудовой деятельности, да и само́й жизни земных исследователей космических объектов.

Источник

Вид траектории урана относительно 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