Уран - седьмая планета Солнечной системы. Почти на самом краю Солнечной системы, в темных глубинах Космоса, мчится по своей орбите эта гигантская планета, состоящая главным образом из газообразного и жидкого водорода.
На небосводе Земли люди с древних времен видели 5 планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Наблюдения невооруженным глазом не позволяли различить ни остальные планеты, ни детали на их поверхностях. Лишь с изобретением телескопа удалось разглядеть наших соседей по Солнечной системе поподробнее и обнаружить еще три планеты — Уран, Нептун и Плутон. Первым в этой триаде был открыт Уран. Обнаружение этой планеты было огромным событием, которое можно сравнить с открытием Америки или с первыми полетами людей в космос. Как ни странно, но Уран был обнаружен случайно, в ходе систематического наблюдения звезд. Уран — седьмая по удаленности от Солнца планета. Он входит в четверку планет-гигантов, находящихся во внешней части Солнечной системы. Уран движется вокруг Солнца по орбите, расположенной примерно посередине между орбитами соседних планет — Сатурна, находящегося ближе к Солнцу, и Нептуна.

Уран получает в 400 раз меньше света, чем Земля. Он выглядит голубой планетой потому, что содержащийся в атмосфере метан поглощает красные лучи и отражает голубые и зеленые. Уран окутан метановой дымкой, скрывающей какие-либо детали его атмосферы. Лишь в центре Урана предположительно есть твердое каменное ядро.

В 1977 году – обнаружили, что у Урана как и у Сатурна тоже есть кольца! Эту далекую планету окружают 11 почти абсолютно черных колец и 26 спутников.
Уран окружен системой спутников, орбиты большинства из которых почти совпадают с плоскостью экватора планеты. Таким образом, спутники Урана движутся не в плоскости его орбиты (как это происходит со спутниками всех других планет), а почти перпендикулярно ей. Это уникальный случай в Солнечной системе.

Пожалуй, самая большая загадка Урана — это крайне необычное направление оси его вращения, которая наклонена на 98°, то есть ось вращения Урана лежит почти в плоскости его орбиты. Поэтому движение Урана вокруг Солнца совершенно особенное — он катится вдоль своей орбиты, переворачиваясь с боку на бок, подобно колобку. Такие особенности движения и вращения Урана не согласуются с общей картиной возникновения планет из допланетного облака, все части которого вращались в одном и том же направлении вокруг Солнца. Остается предполагать, что уже сформировавшаяся планета Уран столкнулась с каким-то другим довольно крупным небесным телом, в результате чего ее ось вращения сильно отклонилась от первоначального направления, да так и осталась в этом аномальном положении.

Долгое время об Уране, кроме самого факта его существования, не было известно практически ничего. Подлинное его открытие состоялось лишь в 1986 году, когда ближайшие окрестности этой таинственной планеты посетил автоматический межпланетный зонд «Вояджер-2». Он стал первым и пока единственным космическим аппаратом, совершившим огромный тур по внешней части Солнечной системы с посещением всех 4 планет-гигантов.

Стартовав с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида, США) 20 августа 1977 года, «Вояджер» достиг Урана почти 9 лет спустя. Чтобы добраться в такую даль, станции пришлось по дороге воспользоваться помощью двух крупнейших планет Солнечной системы — Юпитера и Сатурна. Каждая из них своим мощным гравитационным полем оказала сильное воздействие на крошечную станцию. В результате этого ее скорость возрастала, а траектория полета резко изменялась и станция сделала 2 крутых левых поворота, прежде чем вышла в расчетную точку встречи с Ураном 24 января 1986 года. Благодаря таким гравитационным маневрам «Вояджер-2» добрался до Урана намного быстрее, чем если бы он преодолевал весь путь лишь на том силовом импульсе, который был им получен при старте с Земли — это заняло бы около 30 лет, то есть он еще до сих пор был бы на пути к Урану.

Стремительно промчавшись вблизи Урана, «Вояджер-2» собрал много новой информации об этой страннейшей из планет. Большинство сведений, известных сегодня об Уране, получены буквально в течение нескольких часов, пока станция находилась поблизости от планеты, пролетая на расстоянии 81 500 км от поверхности облаков со скоростью около 46 000 км/ч (примерно 13 км/с). Телекамеры, установленные на вращающейся платформе, постоянно вели съемку планеты и спутников, поворачиваясь автоматически по заранее заданной программе. Во время пролета «Вояджера» ось вращения Урана, лежащая почти в плоскости его орбиты, была направлена в сторону Солнца, поэтому на полученных фотографиях изображено только южное, освещенное в тот период полушарие планеты. На снимках были найдены сразу 10 неизвестных ранее малых спутников! А 5 больших спутников сфотографированы так подробно, как их нельзя рассмотреть ни в один телескоп. Обнаружено было станцией и магнитное поле Урана, а также исследовано строение его магнитосферы. Выяснилось, что магнитный шлейф этой планеты устроен совершенно уникально — силовые магнитные линии в нем не вытянуты по прямой, как у других планет, а закручены в двойную спираль.

По наблюдениям с Земли период вращения Урана вокруг своей оси определить было невозможно. Это удалось сделать лишь при пролете вблизи планеты все того же «Вояджера-2». Выяснилось, что оборот вокруг оси занимает у Урана 17 часов 14 минут. Поскольку ось вращения Урана находится практически в плоскости его орбиты, то он перемещается вокруг Солнца, перекатываясь с боку на бок, а не наподобие юлы, как все остальные планеты. Это одна из наиболее примечательных, хотя до сих пор и не объясненных особенностей Урана.

У большинства планет, включая Землю, ось вращения расположена почти вертикально, то есть перпендикулярно к плоскости орбиты планеты. Вращаясь же вокруг вертикальной оси, они еще и передвигаются по кругу — по своей орбите вокруг Солнца. Такой тип вращения создает ежесуточную смену дня и ночи почти на всей поверхности планеты за исключением приполярных областей, где из-за наклона оси планеты смена светлых и темных периодов происходит реже. Полярный день и полярная ночь длятся, к примеру, на полюсах Земли по полгода.

На Уране все обстоит иначе. Его ось вращения не перпендикулярная, а почти параллельная плоскости орбиты, с углом наклона между ними лишь в 8°, что приводит к целому ряду необычных явлений, коих не бывает ни на одной другой планете. Одно из них — исключительно странная и чрезвычайно причудливая картина смены времен года. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84 земных года. За это время на нем происходит смена всех 4 сезонов — весны, лета, осени и зимы, продолжительность каждого из которых равна почти 21 земному году. В «разгар» летнего сезона в северном полушарии Урана непрерывный день длится более 20 земных лет. Все это время южное полушарие погружено в сплошную темноту — там «зима», которую можно назвать и полярной ночью. В весенний и осенний периоды на Уране происходят ежесуточные восходы и закаты Солнца. Далее, по мере смещения планеты вдоль орбиты к области, соответствующей зиме в северном полушарии, экстремальные условия освещенности наступают вновь, но теперь уже постоянно освещенным становится южное полушарие, а северное погружается более чем на 20 земных лет в холодный мрак полярной ночи. На полюсах и на экваторе смена времен года происходит совершенно по-разному. На экваторе урановый год включает 2 лета и 2 зимы, и продолжительность этих сезонов соответствует почти 21 земному году. А вот на полюсах бывает лишь по одному лету и одной зиме. Зато длятся они там в 2 раза дольше, чем на экваторе, — по 42 земных года.

Судить о внутреннем строении Урана возможно лишь по косвенным признакам. Масса планеты была определена с помощью расчетов, основанных на астрономических наблюдениях за гравитационным воздействием, которое оказывает Уран на свои спутники. Хотя по объему Уран в 60 раз больше нашей Земли, масса его лишь в 14 раз превышает земную. Это из-за того, что средняя плотность Урана 1,27 г/см3, то есть чуть больше, чем у воды. Такие низкие плотности типичны для всех четырех планет-гигантов, состоящих преимущественно из легких химических элементов.

Считается, что в самом центре Урана расположено каменное ядро, сложенное главным образом из окислов кремния. Диаметр ядра в 1,5 раза больше всей нашей Земли. Вокруг него — оболочка из смеси водного льда и каменных пород. Еще выше следует глобальный океан жидкого водорода, а затем — очень мощная атмосфера. По другой модели предполагается, что у Урана и вовсе нет каменного ядра. В таком случае Уран должен выглядеть как огромный шар из снеговой «каши», состоящий из смеси жидкости и льда, окутанный газовой оболочкой.

Когда «Вояджер» добрался до Урана, одной из его главных задач стало исследование атмосферы планеты. Космический аппарат уточнил размеры Урана — диаметр планеты (по уровню облачного слоя) оказался равным 51 200 км, что примерно в 4 раза больше, чем у Земли. Верхнюю границу атмосферы, мощность которой достигает около 7 000 км, составляют облака.

Атмосфера содержит 84% молекулярного водорода, 14% гелия, 2% метана, а также незначительное количество ацетилена, цианида водорода и моноксида углерода. Внешняя часть атмосферы очень прозрачна. Зеленовато-голубой цвет газовой оболочки Урана является результатом того, что красные лучи поглощаются имеющимся в атмосфере метаном. Используя различные светофильтры, «Вояджер-2» сфотографировал пояса атмосферной дымки над южным полюсом планеты, который во время съемки был расположен в центре освещенного Солнцем полушария. Эта дымка образовалась при прохождении солнечных ультрафиолетовых лучей через атмосферу Урана. Кое-где в верхнем слое атмосферы видны белые облачные образования, состоящие скорее всего из метанового инея.

Казалось бы, из-за крайне неравномерного распределения солнечного тепла на Уране должна быть колоссальная разница температуры между освещенными и погруженными во мрак областями планеты. Можно было бы ожидать, что полюс, так надолго обращенный к Солнцу, станет существенно теплее того, который находится в потемках, но похоже, что ничего подобного не происходит. Измерения температуры верхних слоев атмосферы Урана были выполнены со станции «Вояджер-2» как раз в то время, когда зима и лето на полюсах достигли своего максимального развития. Оказалось, что температурные значения и на обоих полюсах, и на экваторе практически одинаковы! Это указывает на наличие какого-то механизма переноса тепла в атмосфере Урана от более нагретых районов к менее нагретым, и наоборот.

Не подтвердились и предположения о циркуляции атмосферы Урана. Все расчеты относительно динамики воздушной оболочки планеты исходили из того факта, что когда один из полюсов Урана обращен в сторону Солнца, он непрерывно освещен, независимо от вращения планеты вокруг оси. Следовательно, можно было ожидать, что в районе полюса, длительно обогреваемого Солнцем, теплый воздух будет подниматься и перемещаться к экватору, а затем далее, на неосвещенную сторону планеты, где начнет, остывая, тяжелеть и опускаться в глубь атмосферы в районе затененного полюса.

Уран, как и три другие газовые планеты-гиганты –— Юпитер, Сатурн и Нептун, — расположен во внешней части Солнечной системы, чрезвычайно далеко от Солнца, поэтому даже на дневной стороне этой планеты температура очень низкая. У верхней границы атмосферы Урана над освещенным полушарием она почти одинаковая в различных районах — от полюса до экватора. Разброс составляет всего лишь 4° (от –208 до –212°С). Это обстоятельство стало еще одним из сюрпризов, который преподнес ученым «Вояджер-2» во время исследований Урана. Как и на других планетах-гигантах, в атмосфере Урана наблюдаются признаки сильных ветров, дующих параллельно экватору планеты. В основном это ветры, несущиеся с запада на восток с ураганными скоростями от 140 до 580 км/ч. А вот вдоль экватора ветры дуют в обратном направлении, но тоже очень сильные — 350 км/ч.

Сколь ни короток был промежуток времени, отведенный «Вояджеру» на исследование Урана, сюрпризы просто не иссякали. Особенно поразительными показались ученым данные о его магнитосфере. Еще бы, ведь Уран, опять же выказав свою исключительность, обзавелся сразу четырьмя магнитными полюсами — двумя главными и двумя второстепенными.

Структура магнитных полей у разных планет в целом сходная — силовые линии выходят из одного магнитного полюса, огибают планету на определенном расстоянии и входят в нее на другом магнитном полюсе. Таким образом, планета заключена в своего рода магнитный кокон. Вид его несимметричен, поскольку солнечный ветер — постоянно идущий от Солнца поток заряженных частиц, — сталкиваясь с магнитосферой, искажает ее, «сдавливая» со стороны, обращенной к Солнцу, и, вытягивая на очень большое расстояние с противоположной стороны, образует так называемый магнитный хвост, или шлейф. У Земли, например, такой невидимый шлейф тянется на 5 млн. км. Отличия же между магнитосферами различных планет касаются главным образом геометрических размеров, которые определяются разницей в силе (напряженности) магнитных полей.

Но вот у Урана магнитосфера совершенно уникальна, причем сразу по двум обстоятельствам. Мало того, что ее ось очень сильно (на 60°) отклонена от оси вращения планеты, ее центр не совпадает с центром планеты, а сдвинут от него в сторону на 1/3 радиуса Урана. Таким образом, стрелка компаса на Уране будет указывать не на север, а на магнитный полюс, расположенный примерно на 30° широты (на Земле на этой широте находятся Канарские острова, Дели, Сидней). При этом напряженность магнитного поля на Уране сильно варьируется, изменяясь от района к району. Кроме того, на планете имеются еще и значительные магнитные аномалии — своего рода менее сильные магнитные полюса, что еще больше усложняет картину строения магнитосферы.

Это странное расположение магнитного поля Урана в сочетании с очень сильным наклоном оси вращения самой планеты приводит к тому, что хвост магнитосферы, протягивающийся от планеты в направлении внешних границ Солнечной системы, имеет вид длинного штопора. Вращение вместе с планетой ее магнитного поля, сильно наклоненного к оси вращения Урана, закручивает магнитные силовые линии вдоль магнитосферного хвоста, как нити внутри каната.

Измерения со станции «Вояджер-2» показали, что вытянутый под действием солнечного ветра хвост магнитосферы Урана протягивается не менее чем на 10 млн. км по направлению к орбите следующей планеты Солнечной системы — Нептуна. Если бы мы обладали «магнитным зрением», то без труда смогли бы наблюдать такой гигантский объект на ночном небе просто невооруженным глазом, тем более что он был бы размером почти в половину Луны…

Развитие методов астрономических наблюдений с Земли привело к тому, что за последние годы найдено еще 11 малых спутников диаметром от 10 до 190 км. Общая картина системы сателлитов Урана такова: между кольцами и главными спутниками расположена внутренняя группа из 12 малых спутников, затем следуют 5 главных спутников, а еще дальше — внешняя группа из 9 малых спутников. Все малые спутники довольно темные, они отражают лишь 7% падающего на них света — как самые темные участки Луны. 17 ближайших к планете спутников, в том числе и 5 больших, движутся внутри магнитосферы Урана, никогда не выходя за ее пределы. Это делает картину строения магнитосферы еще более сложной, так как спутники оказывают на нее определенное влияние.

Ни у одного из спутников Урана атмосферы нет. Все они слишком малы, чтобы удержать вокруг себя газовую оболочку. 5 больших спутников состоят на 50% из водного льда, на 30% — из льдов метана и аммиака и на 20% — из обычных горных пород — силикатов (соединений кремния с другими химическими элементами).

Использованы материалы http://www.o8ode.ru

Вверх

МОУ СОШ №91© 2013

91mousosh@list.ru