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.

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 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.

Уран является планетой, которая входит в состав Солнечной системы. Он занимает седьмую позицию от Солнца и имеет третий размер по радиусу среди планет Солнечной системы. По массе этот объект занимает четвертое место.

Впервые зафиксирована планета была в 1781 году астрономом с Англии Уильямом Гершелем. Название получила в честь бога неба в древней Греции Урана, который был сыном Кроноса и внуком самого Зевса.

Нужно отметить, что Уран является первой планетой, которую открыли в новое время с применением телескопа. Это открытие было первым открытием планеты с античных времен, что позволило расширить известные границы Солнечной системы. Несмотря на то что планета имеет достаточно большие размеры, ее ранее видели с Земли, но воспринимали как звезду со слабым свечением.

Сравнивая Уран с такими газовыми гигантами, как Юпитер и Сатурн, которые состоят из гелия и водорода, можно отметить, что в нем отсутствует водород в металлической форме. В составе планеты находится много льда в различных модификациях. В этом Уран очень схож с Нептуном, эти планеты ученые относят в отдельные категории под названием «ледяные гиганты». Все же атмосфера урана состоит из гелия и водорода, не так давно в атмосфере планеты был найден метан и добавки углеводородов. Атмосфера имеет ледяные облака, которые состоят из водорода и аммиака в твердой форме.

Необходимо отметить, что Уран является планетой с самой холодной атмосферой во всей Солнечной системе. Самые низкие зафиксированные данные температуры равны −224 °C. За счет этого ученые полагают, что атмосфера планеты состоит из нескольких слоев облаков, в которых водный горизонт занимает нижние слои, а верхний слой представлен метаном. Что касается недр планеты, то они состоят из горных пород и льда.

Как и все гиганты Солнечной системы, Уран также имеет магнитосферу и систему колец вокруг планеты. Этот объект имеет 27 постоянных спутников, которые отличаются диаметром и орбитами движения. Особенностью планеты является горизонтальное положение оси вращения, за счет этого планета лежит сбоку относительно Солнца.

Первые качественные снимки Урана человечество получило в 1986 году с применением аппарата «Вояжер-2». Снимки были сделаны с достаточно близкого расстояния, на них изображена невыразительная планета, на которой не видно облачных полос или штормов. Современные исследования доводят, что планета имеет сезонные изменения в атмосфере, также часто бывают штормы со скоростью движения ветра до 900 км/ч.

Открытие планеты

Наблюдение за Ураном было начато задолго до открытия У. Гершеля, поскольку наблюдатели думали, что это звезда. Первые документальные данные наблюдения за объектом датируются 1660 годом, их проводил Джон Флемстид. После этого в 1781 году изучением объекта занимался Пьер Моньер, который наблюдал планету более 12 раз.

Гершель является ученым, который впервые сделал вывод, что это планета, а не звезда. Свои наблюдения ученый начинал, изучая параллакс звезд, при этом он использовал телескоп собственного изготовления. Первое наблюдение за ураном Гершель осуществил 13.03.1781 года в саду возле собственного дома в городе Бат, который находится в Великобритании. При этом ученый в журнале сделал такую запись: «рядом со звездой ζ созвездия тельца находится туманная звезда или комета». Через 4 дня ученый сделал еще одну заметку: «при поиске наблюдаемой звезды или кометы оказалось, что объект поменял положение, а этого говорит, что это комета».

Дальнейшие наблюдения объекта при большом увеличении на телескопе показывали комету как размытое пятно, которое было слабо различимо, хотя при этом окружающие звезды были выразительными и яркими. Повторные исследования говорили, что это комета. В апреле этого же года ученый получил исследования коллеги с Королевского сообщества астрономов Н. Маскелайна, который говорил, что им не было найдено ни головы, ни хвоста в этой комете. За счет этого можно сделать вывод, что это либо комета с очень вытянутой орбитой, либо же еще одна планета.

Гершель продолжал описание как кометы, но в то же время большинство исследователей подозревали о другой природе объекта. Таким образом, Российским астрономом А.И. Лекселем было рассчитано расстояние к объекту, которое превышало расстояние от Земли к Солнцу и равно 4 астрономическим единицам. Также немецкий астроном И. Боде предположил, что открытый Гершелем объект может быть звездой, которая двигается далее орбиты Сатурна, кроме того, ученый отметил, что орбита движения очень схожа с планетарными орбитами. Окончательное подтверждение планетарной природы объекта сделал Гершель в 1783 году.

За это открытие Гершель был удостоен пожизненной стипендии от короля Георга III в размере 200 фунтов, с одним условием, что ученый переедет ближе к королю, чтобы он и его семья имели возможность наблюдать космические объекты в телескоп ученого.

Название планеты

За счет того, что Гершель является первооткрывателем планеты, он был удостоен чести от королевского сообщества астрономов назвать планету. Первоначально ученый хотел назвать планету в честь короля Георга III как «Звезда Георга», на латыни это «GeorgiumSidus». Данное название объяснялось тем, что в то время не было актуально называть планету в честь древнего бога, кроме того, это даст ответ на вопрос о том, когда была открыта планета, на который можно было ответить, что открытие выпадает на время правительства короля Георга III.

Также было предложение от французского ученого Ж. Ланда назвать планету в честь открывателя. Поступали предложения назвать в честь мифологической жены Сатурна, а именно Кибелой. Название Уран предложил немецкий астроном Боде, который мотивировал название тем, что этот бог был отцом Сатурна. Уже через год после смерти Гершеля первоначальное название «Георг» практически нигде не встречалось, хотя в Великобритании планету называли так порядка 70 лет.

Окончательно название Уран за планетой закрепилось с 1850 года, когда оно было закреплено в альманахе Его Величества. Нужно отметить, что Уран - единственная планета, название которой взято с римской мифологии, а не с греческой.

Вращение планеты и ее орбита

Планета Уран удалена от Солнца на расстояние в 2,8 миллиардов километров. Планета делает полный оборот вокруг Солнца за 84 земных года. Уран и Землю разделяют от 2,7 и до 2,85 миллиардов лет. Полуось орбиты планеты составляет 19,2 а.е. что равно почти 3 миллиардам километров. На таком расстоянии солнечное излучение равно 1/400 от Земной орбиты. Элементы орбиты Урана впервые были исследованы Пьером Лапласом. Дополнительные уточнения в расчеты внес Джон Адамс в 1841 году, он также уточнил гравитационное воздействие.

Период, за который Уран делает оборот вокруг собственной оси, равен 17 часам и 14 минутам. Как на всех планетах-гигантах, на Уране образуются мощные ветра, которые дуют параллельно вращению планеты. Данные ветра достигают скорости в 240 м/c. В силу этого некоторые детали атмосферы, расположенные в южных широтах, делают полный оборот вокруг планеты за 14 часов.

Наклон оси

Особенностью планеты является наклон оси вращения к плоскости орбиты, этот наклон равен углу в 97,86°. За счет этого планета при вращении лежит на боку и вращается ретроградно. Это положение отличает планету от других, времена года здесь наступают совсем иным образом. Вращение всех планет Солнечной системы можно сравнить с движением волчка, а вращение Урана больше схоже с катящимся шаром. Ученые предполагают, что подобный наклон планеты был за счет столкновения планеты с планетозималью еще во время формирования Урана.

При солнцестоянии на Уране один из полюсов повернут полностью к Солнцу, при этом на экваторе происходит очень быстрая смена дня и ночи, а противоположного полюса не достигают солнечные лучи. Через половину уранского года наступает противоположная ситуация, поскольку планета поворачивается к Солнцу другим полюсом. Интересным фактом является то, что каждый из полюсов Урана по 42 земных года находится в полной темноте, а потом 42 года освещен Солнцем.

Несмотря на то что полюса планеты получают максимальное количество тепла, все же на экваторе температура постоянно выше. Почему так происходит, до сих пор ученым не известно. Также положение оси остается загадкой, учеными выдвинуты только несколько гипотез, которые так и не подтверждены научными фактами. Наиболее популярной гипотезой наклона оси Урана является то, что во время формирования планет Солнечной системы в Уран врезалась так называемая протопланета, которая имела размер приблизительно такой же, как и Земля. Но это не объясняет, почему ни один спутник планеты не имеет такого наклона оси. Также существует теория, по которой планета имела большой спутник, раскачавший ось планеты, а в дальнейшем он был утерян.

Видимость планеты

На протяжении более десяти лет, с 1995 года по 2006 год, визуальная звездная величина планеты Уран колебалась от +5,6m и до +5,9 m, это позволяло созерцать планету с Земли без применения оптических приборов. В это время угловой радиус планеты колебался от 8 и до 10 угловых секунд. При чистом ночном небе Уран можно обнаружить невооруженным глазом, при использовании бинокля планета видна даже с городских условий. Наблюдая за объектом с применением любительского телескопа, можно рассмотреть диск бледно-голубого цвета, который имеет потемнение по краям. Используя мощные телескопы с объективом в 25 сантиметров, можно разглядеть даже самый большой спутник планеты под названием Титан.

Физические характеристики Урана

Планета в 14,5 раза тяжелее Земли, при этом Уран является наименее массивным среди всех планет-гигантов, которые входят в Солнечную систему. Но плотность планеты незначительна и равна 1,270 г/см³, что позволяет занять второе место среди планет с наименьшей плотностью после Сатурна. Несмотря на то что диаметр планеты больше чем у Нептуна, масса Урана все же меньше. Это в свою очередь подтверждает выдвинутую учеными гипотезу, что Уран состоит изо льдов метана, аммиака и воды. Гелий и водород в составе планеты занимают незначительную часть от основной массы. По гипотезам ученых горные породы составляют ядро планеты.

Говоря о строении Урана, принято разделять его на три основные составляющие части: внутренняя часть (ядро) представлено каменными породами, средняя состоит из нескольких ледяных оболочек, а наружная представлена гелиево-водородной атмосферой. На ядро планеты выпадает приблизительно 20% радиуса Урана, на ледяную мантию – 60%, остальные 20% занимает атмосфера. Наибольшую плотность имеет ядро планеты, где она достигает показателя в 9 г/см³, кроме того, эта область имеет большое давление, доходящее до отметки в 800 Гпа.

Необходимо уточнить, что ледяные оболочки не имеют общепринятой физической формы льда, они состоят из плотной жидкости, которая имеет очень высокую температуру. Это вещество является смесью метана, воды и аммиака, оно обладает отличными электропроводными качествами. Описанная схема строения не является однозначно принятой и доказанной на 100%, в силу этого выдвигаются и другие варианты строения Урана. Современная техника и методы изучения не могут однозначно дать ответ на все интересующие человечество вопросы.

Все же планету принято воспринимать как сфероид сплющенной формы, который имеет радиус у полюсов около 24,55 и 24,97 тысяч километров.

Особенностью Урана также являются значительно меньшие показатели внутреннего тепла, чем у других планет-гигантов. Ученым еще не удалось выяснить причину низкого теплового потока этой планеты. Даже во многом схожий и меньший Нептун излучает в 2,6 раза больше тепла в космическое пространство, чем поступает от Солнца. Тепловое излучение Урана очень слабое и достигает показателя в 0,047 Вт/м², это в 0,075 Вт/м² меньше, чем излучает Земля. Более детальные исследования показали, что планета излучает около 1% тепла, которое получает от Солнца. Самые низкие температуры на Уране были зафиксированы в тропопаузе и равны 49 К, данный показатель делает планету самой холодной во всей Солнечной системе.

В силу отсутствия большого теплового излучения ученым очень сложно высчитать температуру недр планеты. Все же выдвигаются гипотезы о подобности Урана к другим гигантам Солнечной системы, в недрах этой планеты может быть вода в жидком агрегатном состоянии. За счет этого можно делать выводы, что на Уране возможно существование живых организмов.

Атмосфера Урана

Несмотря на то что планета не имеет привычной твердой поверхности, достаточно сложно говорить о распределении на поверхность и атмосферу. Все же наиболее удаленную часть от планеты считают атмосферой. По предварительным подсчетам ученых следует полагать, что атмосфера удалена от основной части планеты на расстояние в 300 километров. Температура данного слоя равна 320 К при давлении в 100 бар.

Корона атмосферы Урана в два раза превышает диаметр планеты от поверхности. Атмосфера планеты разделена на три слоя:

• Тропосфера с давлением около 100 бар, занимает промежуток от -300 и до 50 километров.
• Стратосфера имеет давление от 0,1 до 10−10 бар.
• Термосфера, или корона, удалена от поверхности планеты на 4-50 тысяч километров.

В составе атмосферы Урана находятся такие вещества, как водород в молекулярном состоянии и гелий. Нужно отметить, что гелий находится не в середине планеты, как у других гигантов, а в атмосфере. Третьей основной составляющей атмосферы планеты является метан, который можно увидеть в инфракрасном спектре, но с высотой его доля значительно снижается. Верхние слои также имеют такие вещества, как этан, диацетилен, углекислый и угарный газ, частицы водяной пары.

Кольца Урана

Эта планета имеет целую систему колец, которые слабо выражены. Они состоят из темных частиц очень малого диаметра. Современные технологии позволили ученым более детально ознакомиться с планетой и ее структурой, при этом было зафиксировано 13 колец. Наиболее ярким является кольцо ε. Кольца планеты относительно молоды, данный вывод можно сделать за счет малого расстояния между ними. Формирование колец проходило параллельно с формированием самой планеты. Существуют предположения, что кольца могли быть сформированы из частиц спутников Урана, которые были разрушены при столкновении между собой.

Первые упоминания о кольцах были сделаны Гершелем, но это вызывает сомнения, поскольку на протяжении двух веков никто не видел колец вокруг планеты. Официальное подтверждение присутствия колец в Уране было сделано только 10.03.1977 года.

Спутники Урана

Уран имеет 27 постоянных естественных спутников, которые отличаются меду собой диаметром, составом и орбитами вращения вокруг планеты.

Самые крупные естественные спутники Урана:

• Умбриэль;

Названия спутников планеты были подобраны из произведений А. Поупа и У. Шекспира. Несмотря на большое количество спутников, их общая масса очень мала. Масса всех спутников Урана наполовину меньше массы Тритона - спутника Нептуна. Самый большой спутник Урана под названием Титания имеет радиус всего в 788,9 километров, а это половина радиуса нашей Луны. Большинство спутников имеют низкое альбедо, за счет того, что они состоят изо льдов и горных пород в соотношении 1:1.

Среди всех спутников самым молодым считают Ариэль, поскольку его поверхность имеет наименьшее количество ударных кратеров от метеоритов. А самым старым спутником считают Умбриэль. Интересным спутником является Миранда из-за большого количества каньонов глубиной до 20 километров, которые меняются хаотическими террасами.

Современные технологии не позволяют человечеству обрести ответы на все вопросы, касающиеся Урана, но все же нам уже много известно, и на этом исследования не заканчиваются. В ближайшем будущем планируется запуск космических аппаратов к планете. В планах НАСА существует проект запуска в 2020 году под названием Uranusorbiter.

class="part1">

Подробно:

Основные сведения о планете Уран

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Уран - седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран - крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³ . Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран - очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с) .

В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера и поверхность Урана

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония - в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, - в диапазоне 3-10 бар, метана - в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера - самая нижняя и самая плотная часть атмосферы - характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 - 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

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.

ПЛАНЕТА УРАН
Первооткрыватель	Уильям Гершель
Место открытия	Бат, Великобритания
Дата открытия	13 марта 1781
Способ обнаружения	прямое наблюдени
Орбитальные характеристики:
Перигелий	2 748 938 461 км (18,375 а. е.)
Афелий	3 004 419 704 км (20,083 а. е.)
Большая полуось	2 876 679 082 км (19,229 а. е.)
Эксцентриситет орбиты	0,044 405 586
Сидерический период обращения	30 685,4 дней (84.01 года)
Синодический период обращения	369,66 дней
Орбитальная скорость	6,81 км/с
Средняя аномалия (Mo)	142,955717°
Наклонение	0,772556° (6,48° относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла	73,989821°
Аргумент перицентра	96,541318°
Физические характеристики:
Полярное сжатие	0,02293
Экваториальный радиус	25 559 км
Полярный радиус	24 973 км
Объём	6,833*10 13 км 3
Масса	8,6832*10 25 кг (14,6 земных)
Средняя плотность	1,27 г/см 3
Ускорение свободного падения на экваторе	8,87 м/с 2
Вторая космическая скорость	21,3 км/c
Экваториальная скорость вращения	2,59 км/с (9 324 км/ч)
Период вращения	0,71833 дней (17 ч 14 мин 24 с)
Наклон оси	97,77°
Прямое восхождение северного полюса	17 ч 9 мин 15 с (257,311°)
Склонение северного полюса	-15,175°
Видимая звёздная величина	5,9 - 5,32
Угловой диаметр	3,3" - 4,1"
Температура:
уровень 1 бара	76 K
0,1 бара (тропопауза)	мин. 49 К (-224 °C), сред. 53 К (-220 °C), макс. 57 К (-216 °C)
Атмосфера:
Состав:	83±3% Водород 15±3% Гелий 2,3% Метан Лёд : - аммиачный, - водяной, - гидросульфидно-аммиачный, - метановый
ПЛАНЕТА УРАН

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.

ПЛАНЕТА УРАН
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
ПЛАНЕТА УРАН

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.

Ось вращения Урана Самая необычная черта Урана - это его странное положение. Меркурий и Юпитер вращаются вокруг Солнца строго вертикально, Земля и Марс имеют умеренный наклон относительно своей оси примерно на 20-30°, а Уран, как выяснилось, отклонен на 98° - другими словами, его Северный полюс располагается чуть ниже относительно орбиты планеты. Если другие планеты вращаются, как юла, Уран, видимо, крутится по своей орбите подобно шарику. На планете сформировалась самая странная система сезонов года: в полярных регионах по 40 лет тянется зима вечной ночью, вслед за которой наступает лето бесконечного солнечного света, которое также длится 40 лет, а в экваториальных областях смена дня и ночи происходит в соответствии с ежедневным вращением Урана (планета совершает виток вокруг своей оси за 17 часов 14 минут). В течение года на ледяном гиганте, по-видимому, относительно равномерная температура на всей поверхности, и этот фактор, предположительно, связан с погодой на планете.

ПЛАНЕТА УРАН

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».

Физические характеристики

Внутренняя структура

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.

Строение Урана В его холодной верхней атмосфере доминируют водород и гелий, к которым также подмешано где-то 2,3% метана. Слабая гравитация позволяет Урану формировать огромную корону из водорода, которая простирается на расстояние, вдвое превышающее радиус самой планеты. Над поверхностью лежат слои облаков, состоящие из различных химических элементов, включая воду. Примерно на 5000 км ниже видимой поверхности находится слой «хлюпающей» мантии, богатой водой и аммиаком. Хотя эти слои называют «льдами», они больше похожи на жидкую слякоть, смешанную с неизвестным количеством водорода и гелия. Каменистое ядро Урана размером, вероятно, с Землю.

ПЛАНЕТА УРАН

Несмотря на то, что описанная выше модель наиболее распространена, она не является единственной. На основании наблюдений можно также построить и другие модели - например, в случае если существенное количество водородного и скального материала смешивается в ледяной мантии, то общая масса льдов будет ниже, и соответственно, полная масса водорода и скального материала - выше. В настоящее время доступные данные не позволяют определить, какая модель правильней. Жидкая внутренняя структура означает, что у Урана нет никакой твёрдой поверхности, так как газообразная атмосфера плавно переходит в жидкие слои. Однако, ради удобства за «поверхность» было решено условно принять сплющенный сфероид вращения, где давление равно 1 бару. Экваториальный и полярный радиус этого сплющенного сфероида составляют 25 559 ± 4 и 24 973 ± 20 км. Далее в статье эта величина и будет приниматься за нулевой отсчёт для шкалы высот Урана.
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/м 2 , и эта величина меньше, чем у Земли (примерно 0,075 Вт/м 2). 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.