Описание урана. История открытия урана

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.

Планета Уран - седьмая планета нашей Солнечной системы открыта она не так давно и изучена очень мало. Люди видели эту планету еще до открывшего ее Уильяма Гершеля. Но принимали ее за звезду. Именно поэтому планета Уран остается до сих пор огромной загадкой для землян. Огромной Уран называют еще и оттого, что это третья по величине планета системы, диаметр ее по экватору в четыре раза превышает земной, а по массе Уран в 14 раз тяжелее. Но при этом он самый легкий из гигантских планет, так как в основном состоит изо льда - аммиачного, метанового и водного. С Земли Уран видится голубым, так как в его атмосфере большое количество метана. По классификации это газообразная планета - гигант.

В отличие от других планет он вращается «лежа на боку», так как ось Урана имеет наклон более 98°.

История открытия

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

Уильям Гершель вообще вначале счел Уран кометой. В 1781 году он проводил наблюдения за созвездием Тельца и заметил: там, где согласно всем астрономическим картам того времени обязана быть пустота, имеется небесное тело. Объект медленно двигался относительно соседних звезд и был вполне отчетливо виден.

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

Изучая открытое небесное тело с разными линзами, Гершель пришел к выводу, что это не звезда, так как при приближении ее размер менялся. Но он не обнаружил ни хвоста, ни головы, что свойственно кометам. Но если кометы оставались в объективе телескопа четкими, то новый объект становился расплывчатым. При этом ученый смог уточнить орбиту движения, эллипсоидную и очень вытянутую.

В это же время астроном из России А. И. Лексель определил расстояние от Земли до объекта. Оно превысило в 18 раз расстояние от Солнца до Земли. Ни одной кометы на таком расстоянии в то время известно не было. Немецкий ученый Боде рекомендовал считать объект скорее планетой. Что и подтвердил окончательно в 1783 году сам Гершель. Это открытие принесло ему пожизненную стипендию в 200 тысяч фунтов и приглашение переехать в Виндзорский дворец. Король Англии желал лично разглядывать звезды в телескопы ученого.

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

Уран - единственная планета нашей системы, чье название имеет корни в греческой, а не в римской мифологии.

Характеристики планеты

Уран имеет следующие характеристики:

• Масса - 8,69×1025 кг
• Уран второй по наименьшей плотности
• Диаметр экватора - 51118 км
• Диаметр на полюсе - 49946 км
• Вращается Уран по орбите со скоростью 6,8 км/сек
• Ускорение свободного падения около 9 м/сек 2
• Орбита наклонена к эклиптике i=0,773°
• Имеется 27 спутников
• Обнаружены кольца

Движение

Прежде всего, планета примечательна необычным движением вокруг Солнца. Ученые называют его «ретроградным». Все остальные планеты вращаются по орбитам волчком, за счет чего происходит смена дня и ночи. А Уран катится как мяч в боулинге, поэтому на нем и времена года, и день - ночь меняются совершенно иначе. Время суток (в понимании землян) там меняется только на экваторе. Солнце там располагается очень низко, как в земных приполярных широтах. Происходит это раз в 17 часов 50 минут по земному времени.

На полюсах Урана смена дня и ночи происходит один раз в 42 года. Ученые предположили, что такой наклон оси и соответствующая смена времен стала последствием столкновения с космическим объектов миллиарды лет назад, еще в период возникновения Урана.

Год на Уране длится 84,5 земных лет. В полярных областях при этом холоднее, чем на экваторе, хотя света от Солнца там больше. Объяснить это ученые пока не могут.

Атмосфера и строение

Выводы о строении планеты и об ее атмосфере делались учеными на основании спектрографических наблюдений и фотографий с зондов. Точно известно, что в недрах Урана нет металлического водорода. Они состоят из горных пород и льда метана, аммиака. Основа атмосферы – гелий и водород. Планету окутывает несколько слоев облаков состоящих из различных газов, молекулярного водорода и льда.

На Уране самая холодная, из всех планет Солнечной системы, атмосфера (-224°С). В этом «заслуга» удаленности от Солнца и почти полном отсутствии внутреннего тепла. При этом это самая беспокойная атмосфера во всей Солнечной системе.

Поверхность планеты трехслойная: скалистое ядро, мантия изо льда и газообразная оболочка из гелия и водорода. Почти 3% составляет метан, придающий планете голубую окраску. В верхних слоях обнаружены окись и двуокись водорода.

Это только гипотетическая модель. Существует как минимум еще три, одна из которых вообще не признает твердых пород на Уране. До сих пор ученые не смогли дать однозначной картины строения седьмой планеты. Многое зависит от точного процентного состава, геофизики и геологии планеты. Такие исследования планируются только в 20-х или 30-х годах нашего века. Ожидается, что будут впервые получены химические пробы прямиком из всех слоев атмосферы.

Спутники

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

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

Кольца

Пусть они не такие яркие, как у Сатурна, но они тоже имеются вокруг Урана. Такие кольца характерны для газовых планет. Они темные и тусклые, состоят из крошечных темных частиц размером не более метра. Зато эти кольца были обнаружены вторыми, после аналогичных колец Сатурна.

Еще Гершель утверждал, что видел их, но так как телескопы того времени были слабыми, ему не поверили. Подтвердили его правоту уже в восьмидесятых годах двадцатого века американские астрономы. Они увидели эти кольца с помощью бортовой обсерватории, причем совершенно случайно - по плану должно было проводится наблюдение за атмосферой Урана. На сегодняшний день подтверждено наличие 13 колец. Они значительно моложе планеты, образовались уже после ее возникновения, по предположениям это остатки захваченных спутников. Самое яркое – кольцо эпсилон. Его можно увидеть с Земли в любительском телескопе.

Исследования

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

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

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

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

• Уран на 80% состоит из различных жидкостей. Есть и вода, в виде сверхзамороженного льда.
• Эту планету вполне можно разглядеть даже невооруженным взглядом с Земли, необходимо только точно знать ее координаты и находиться подальше от города.
• Магнитное поле северного полушария Урана в десять раз сильнее, чем южного.
• Бури на поверхности планеты охватывают огромные площади, сопоставимые с размерами континентов на Земле.
• Это единственная планета системы, которая выделяет меньше тепла, чем ей дается Солнцем. Этот феномен до сих пор не нашел однозначного объяснения.
• Размер самого крупного спутника - Титании - вполовину меньше диаметра Луны.
• Уран составляет пару Венере, они вдвоем вращаются иначе, чем остальные планеты – с востока на запад относительно своей оси.
• Свет Солнца достигает поверхности Урана только спустя три часа.
• Это самая малоизученная планета нашей системы.
• Уран регулярно попадает в различные произведения культуры. Уже через три года после открытия на него перенесли действие сатирических памфлетов. Его включали в романы ведущие писатели-фантасты. Именно на Уране развивается сюжет фильма «Путешествие к седьмой планете», там оказываются герои сериалов «Космический патруль» и «Доктор Кто». Загадочный Уран дает полную свободу фантастическим комиксам, ярким аниме и популярным компьютерным играм.

УРАН

Вика Воробьева

Уран - седьмая планета Солнечной системы. Он движется вокруг Солнца по почти круговой орбите на расстоянии около 19,2 а.е. и делает один оборот за 84 года. Освещенность, создаваемая Солнцем на таком расстоянии, в 390 раз меньше освещенности, создаваемой Солнцем на орбите Земли (на глаз это примерно соответствует ранним сумеркам после захода Солнца). Масса Урана составляет 14,37 масс Земли, его диаметр почти в 4 раза превышает диаметр нашей планеты, а средняя плотность (1,30 г/куб.см) всего на 30% больше плотности воды.
Уран входит в группу планет-гигантов Солнечной системы, куда кроме него входят также Юпитер , Сатурн и Нептун . Однако, в отличие от Юпитера и Сатурна, сложенных в основном водородом и гелием, масса водорода и гелия в составе Урана и Нептуна составляет не более 15-20% от их полной массы. Уран и Нептун еще называют малыми, или ледяными гигантами Солнечной системы.
Уникальная особенность Урана среди "настоящих" планет Солнечной системы заключается в необычно большом наклоне оси вращения к плоскости его орбиты. Этот наклон составляет почти 98 градусов. Уран вращается, как говорится, "лежа на боку".

Если бы мы могли посмотреть на Солнечную систему "сверху", со стороны северного полюса Солнца, мы увидели бы, что все планеты вращаются вокруг Солнца против часовой стрелки примерно в одной плоскости. Большинство планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону (против часовой стрелки). Такое вращение называется проградным, или прямым. Однако Уран и Венера вращаются в другую сторону, по часовой стрелке. Такое вращение называют ретроградным, или обратным.
Все это приводит к очень необычной смене сезонов на Уране. Находясь вблизи его полюса, мы бы видели, как Солнце в течение 21 года по спирали поднимается почти в зенит, потом так же по спирали опускается за горизонт, и после 42-летнего полярного лета наступает 42-летняя полярная ночь. За полярным кругом оказывается почти все полушарие планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Только весной и осенью, вблизи равноденствий, Уран освещается Солнцем "как полагается" - с восходами, закатами и сменой дня и ночи. Сутки на Уране длятся 17 часов 14 минут.

АТМОСФЕРА УРАНА

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ УРАНА

КОЛЬЦА УРАНА

СПУТНИКИ УРАНА

Атмосфера Урана состоит из водорода (примерно 72%), гелия (26%) и метана (около 2%). Кроме этих основных компонентов, она содержит также малые примеси веществ, являющихся результатом фотолиза метана: ацетилен C2 H2 , диацетилен C4 H2 , этилен C2 H4 и этан C2 H6 , а также более сложные углеводороды, образующие тонкую надоблачную дымку. Молекулы метана активно поглощают красные лучи, что придает диску Урана голубовато-бирюзовый цвет.
"Вояджер-2", пролетев мимо Урана в 1986 году, не нашел на его диске никаких контрастных деталей, атмосфера планеты была очень чистой и прозрачной.

Этот снимок Урана был сделан "Вояджером-2" 10 января 1986 года с расстояния 18 млн.км. В это время Уран был повернут к Солнцу южным полушарием, там стояло полярное лето. "Вояджер-2" подлетал к Урану со стороны южного полюса (он находится чуть левее центра этого изображения)

Эффективная температура Урана составляет всего около 60К (-213С). При такой температуре на уровне давления около 1,2 атмосферы мог бы сконденсироваться метан, образуя яркие белые облака подобно метановым облакам в атмосфере Нептуна. Однако в тот момент в южном полушарии Урана стояло полярное лето, и давление паров метана в тропосфере ("метановая влажность") составило лишь около 50% от необходимого для образования метановых облаков. Более поздние снимки , сделанные космическим телескопом им. Хаббла (в 1994 и 1997 годах), показали наличие отдельных ярких облаков в низких широтах. По всей видимости, "Вояджеру-2" просто "не повезло", и он пролетел мимо Урана не в самое удачное для изучения атмосферной динамики время.

Основной слой облаков на Уране расположен на уровне давления 2,4-3,4 атмосферы и состоит из замерзшего сероводорода H2 S.Температура в этой области составляет около 100К (-173С). Ниже первого слоя облаков, на уровне давления 20-30 атмосфер, расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH4 SH. Еще глубже (на уровне давления около 50 атмосфер) находятся облака из водяного льда.
Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Урана составляет 52К (-221С) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.), образуя тонкую надоблачную дымку. Ранее считалось, что именно оптически толстая дымка скрывает разнообразные облачные детали на диске Урана, однако, согласно данным "Вояджера-2", оптическая толщина надоблачного воздуха составляет всего от 0,3 до 0,9, а поглощение солнечного света в основном обусловлено поглощением в линиях метана и молекулярного водорода, уширенных из-за частых взаимных столкновений молекул. Надоблачная атмосфера Урана чиста и прозрачна.
Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10-8 атмосфер температура составляет около 800К и дальше с высотой уже не меняется.

Температурные профили атмосферы Урана. На верхнем графике отражен температурный профиль верхней атмосферы Урана: стратосфера, область мезопаузы и термосфера. На нижнем графике отражены более глубокие слои атмосферы Урана: тропосфера и стратосфера. Видна тропопауза на уровне 0,1 атмосферы и устойчивый рост температуры с глубиной. На уровне около 1 атм. могут конденсироваться облака из замерзшего метана. Основной облачный слой расположен на уровне около 3 атмосфер и состоит из замерзшего сероводорода. Эти данные были получены путем радиопросвечивания атмосферы Урана Вояджером-2, когда космический аппарат с точки зрения земного наблюдателя проходил за планетой. График, помеченный словом "вход", отражает температурный профиль при заходе Вояджера-2 за Уран, график, помеченный словом "выход", отражает данные при выходе аппарата из-за Урана.

Атмосфера Урана вращается в ту же сторону, что и планета в целом. В средних широтах ветер дует в направлении движения планеты со скоростью около 150 м/сек, в экваториальной зоне ветер дует в обратном направлении со скоростью около 100 м/сек. Температура атмосферы максимальна около экватора, понижается на несколько градусов к средним широтам и снова растет к полюсу.

Уран - единственная планета-гигант Солнечной системы, которая не имеет мощного внутреннего источника тепла и излучает практически столько же, сколько получает от Солнца. Причина этого пока не известна.

Магнитное поле Нептуна и Урана заметно отличается от магнитного поля Земли, Юпитера и Сатурна. Если магнитное поле Земли и ближайших планет-гигантов вызвано конвекцией в жидком ядре планеты и является дипольным по своей структуре (имеет один северный и один южный полюс), то магнитное поле Урана вызвано конвекцией в водно-амимиачной мантии планеты. Если описывать реальное магнитное поле Урана как дипольное, то окажется, что магнитная ось диполя смещена от центра планеты на треть радиуса и наклонена на 60 градусов к оси вращения.
Еще лучше магнитное поле Урана описывается как квадрупольное (т.е. имеющее два южных и два северных полюса).
Напряженность магнитного поля на поверхности планеты составляет примерно 0,25 Гаусс.

Как и все газовые гиганты в Солнечной системе, Уран имеет систему колец. Они были открыты в 1977 году во время покрытия Ураном далекой звезды (т.е. когда Уран прошел точно между звездой и земными наблюдателями). Сначала были открыты 5 колец, потом еще 4. Во время пролета "Вояджера-2" в 1986 году было обнаружено еще 2 кольца. И, наконец, совсем недавно, в 2003 году, по снимкам с космического телескопа им. Хаббла было открыто 2 новых кольца Урана.
Кольца Урана очень темные и узкие. Альбедо частиц, составляющих кольца, лишь около 1,5%, они чернее каменного угля! Этим они разительно отличаются от колец Сатурна, сложенных в основном водяным льдом и оттого очень ярких.
Всего известно 13 колец Урана. Их свойства приведены в данной таблице.

название кольца	расстояние от центра Урана, км	эксцентриситет	наклон к экватору Урана, * 0,001 градуса	ширина, км	толщина, км	средняя оптическая глубина	альбедо
1986U2R	38 000			2,5	0,1	0,001-0,0001	0,015
	41 840	0,0010		1-3	0,1	0,2-0,3	0,015
	42 230	0,0019		2-3	0,1	0,5-0,6	0,015
	42 580	0,0010		2-3	0,1	0,3	0,015
альфа	44 720	0,0008		7-12	0,1	0,3-0,4	0,015
бета	45 670	0,0004		7-12	0,1	0,2	0,015
эта	47 190			0-2	0,1	0,1-0,4	0,015
гамма	47 630	0,0001		1-4	0,1	1,3-2,3	0,015
дельта	48 290			3-9	0,1	0,3-0,4	0,015
1986U1R	50 020			1-2	0,1	0,1	0,015
эпсилон	51 140	0,0079		20-100	0,5-2,1	0,5-2,3	0,018
R/2003 U2	66 100
R/2003 U1	97 730

Судя по заметному эксцентриситету и не равному нулю наклону нескольких колец (максимальная высота колец 4, 5, 6 над плоскостью экватора Урана достигает 24-46 км), кольца Урана - молодые образования. Они тесно связаны с внутренними спутниками и быстро эволюционируют. Возможно, в сравнительно недалеком будущем (миллионы и десятки миллионов лет) часть внутренних спутников будет разрушена взаимными столкновениями, и кольца Урана станут плотнее, шире и массивнее.
В отличие от колец Нептуна , сложенных мелкими пылевыми частицами, кольца Урана состоят из крупных глыб размером приблизительно от 10 см до 10 м.

На данный момент известно 27 спутников Урана . Как и спутники Нептуна, их можно разделить на три явно выраженных группы. Первая - это внутренние спутники: Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Купидон, Белинда, Пердита, Пак и Маб. Вторая - относительно крупные спутники Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Наконец, в третью группу входят внешние спутники: Франциско, Калибан, Стефано, Тринкуло, Сикоракса, Маргарита, Просперо, Сетебос и Фердинанд.
Все внутренние спутники Урана - темные (альбедо около 7%) глыбы неправильной формы размером 50-150 км, вращающиеся в прямом направлении (т.е. в направлении вращения Урана) по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты. Часть из них (возможно, все) связаны с кольцами Урана и являются источником материала колец. Каждый из внутренних спутников облетает планету всего за несколько часов.
Недавние наблюдения Урана не только привели к открытию двух новых спутников (Купидона и Маб) и двух новых колец, но и обнаружили значительные изменения в параметрах орбит внутренних спутников со времени первых наблюдений Урана на космическом телескопе им. Хаббла в 1994 году. Судя по всему, система внутренних спутников Урана отличается молодостью и динамичностью, их орбиты быстро эволюционируют. В ближайшие несколько десятков миллионов лет часть из них столкнется друг с другом, рассыплется на множество осколков и даст начало новым кольцам, часть упадет на Уран или его крупные спутники, а часть может покинуть систему Урана и перейти на гелиоцентрические орбиты.

Ни один из главных спутников Урана не достигает размеров Плутона. Ни один из них не имеет атмосферы. Самый крупный спутник Урана - Титания - имеет диаметр 1578 км, что примерно вдвое меньше диаметра Луны. Оберон лишь немного меньше Титании, его диаметр 1522 км. Ариэль и Умбриэль, соответственно, имеют размеры 1158 км и 1170 км. Вместе с тем именно Ариэль демонстрирует наиболее молодую поверхность. На его изображениях видны многочисленные разломы, напоминающие разломы на поверхности Дионы, спутника Сатурна, а кратеров сравнительно немного. Некоторые детали его поверхности напоминают застывшие потоки криовулканической лавы. Его альбедо 0,39, это самый яркий спутник Урана.
Умбриэль, напротив, имеет самую темную поверхность из крупных спутников Урана, его альбедо 0,21. На темной, покрытой многочисленными кратерами поверхности выделяется яркое белое пятно вблизи лимба - по всей видимости, крупный молодой кратер с яркими ледяными стенками.
Титания покрыта многочисленными кратерами, ее поверхность заметно старше поверхности Ариэля. Вместе с тем на ней тоже присутствуют явные следы геологической активности, например, крупный разлом вблизи терминатора.
Миранда - самый необычный спутник Урана. Будучи всего 472 км в диаметре, она демонстрирует сложную молодую поверхность. Возможно, она является аналогом Энцелада, спутника Сатурна, который также при небольших размерах демонстрирует молодую поверхность и современный вулканизм.
Средняя плотность главных спутников Урана близка и составляет 1,52-1,70 г/куб.см. Это говорит о том, что в их составе кроме льда присутствует значительное количество скальных пород.

Девять внешних спутников вращаются на самом краю системы Урана на расстоянии в миллионы и десятки миллионов километров от планеты. Судя по эксцентричным орбитам, сильному наклону к плоскости экватора Урана и обратному движению эти небольшие очень темные глыбы являются захваченными объектами аналогично внешним спутникам Нептуна

Общие сведения о Уране

Уран – это седьмая по удаленности от Солнца планета (седьмая планета Солнечной системы).

Уран относится к ледяным гигантам и назван в честь греческого бога неба Урана.

У Урана на данный моменты обнаружены 27 естественных спутников.

Соседями Урана являются Юпитер и Нептун, за которым начинается пояс Койпера.

Так же, как у газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется магнитосфера.

Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет Солнечной системы. Его ось вращения лежит «на боку» под углом 97,86˚ относительно плоскости орбиты этой планеты.

Стандартная модель Урана предполагает, что он состоит из трех частей: в центре – каменное ядро, в середине – ледяная оболочка, снаружи – водородно-гелиевая атмосфера.

У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из очень темных частиц диаметром от микрометров до долей метра.

Орбита Урана

Среднее расстояние от Урана до Солнца 2,8 миллиарда километров (19,1914 астрономической единицы).

Перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты): 2,749 миллиарда километров (18,38 астрономической единицы).

Афелий (самая далекая от Солнца точка орбиты): 3,004 миллиарда километров (20,08 астрономической единицы).

Средняя скорость движения Урана по орбите составляет около 6,81 километра в секунду.

Один оборот вокруг Солнца планета совершает приблизительно за 84 земных года.

Год на планете составляет 369,66 уранианских суток.

Расстояние от Урана до Земли варьируется в пределах от 2,6 до 3,15 миллиарда километров.

3D-модель Урана

Физические характеристики Урана

Уран – третья по размеру планета в Солнечной системе и четвертая по массе.

Уран – самая холодная планета Солнечной системы с минимальной температурой -224 °C.

Средний радиус Урана составляет 25 362 ± 7 километров, то есть около 4 радиусов Земли.

Площадь поверхности Урана составляет 8,1156 миллиарда квадратных километров.

Средняя плотность Урана составляет 1,27 грамм на кубический сантиметр.

Ускорение свободного падения на Уране равно 8,87 метра на секунду в квадрате (0,886 g).

Масса Урана равна 8,6832 х 10 25 килограмм, что составляет около 14,6 масс Земли.

«Voyager 2» обнаружил у Урана специфическое магнитное поле, которое на 1/3 радиуса планеты смещено от ее геометрического центра и наклонено на 59˚ относительно оси вращения.

Сравнительные размеры Урана и Земли

Атмосфера Урана

Атмосфера Урана условно делится на 3 части: тропосфера, стратосфера и термосфера/атмосферная корона. Мезосфера отсутствует.

Основными компонентами атмосферы Урана являются водород (около 83 ± 3%), гелий (15 ± 3%) и метан (2,3%).

Скорость ветров на Уране может достигать 900 километров в час.

Благодаря наклону оси (97,86˚) полярные области Урана получают в течение года больше солнечной энергии, чем экваториальные. Однако Уран теплее в экваториальных районах, чем в полярных. Механизм, вызывающий такое перераспределение энергии, пока остается неизвестным.

Уран показывает признаки сезонных изменений и погодной активности, вызванные приближением планеты к точке равноденствия.

Исследование Урана

Уран открыт 13 марта 1781 года английским астрономом Уильямом Гершелем, до этого момента он наблюдался 21 раз, но астрономы принимали его за звезду.

В 1789 году Уильям Гершель утверждал, что видел у Урана кольца, однако кольцевая система была однозначно подтверждена лишь в 1977 году, а их красноватый оттенок – только в 2006 году.

Единственное в истории космонавтики посещение окрестностей Урана в 1986 году совершил американский космический аппарат «Voyager 2». Он передал на Землю снимки Урана в видимом спектре с близкого расстояния, показав «невыразительную» планету без облачных полос и атмосферных штормов.

Уран – наименее массивный из всех планет-гигантов Солнечной системы.

Каждый полюс Урана 42 земных года находится в темноте, а следующие 42 года купается в солнечных лучах.

При чистом темном небе Уран в противостоянии виден невооруженным глазом, а с биноклем его можно наблюдать даже в условиях города.

Уран стал первой планетой, открытой с помощью телескопа.

Уран – единственная большая планета Солнечной системы, название которой происходит не из римской, а из греческой мифологии.

Спутниковая система Урана наименее массивна среди спутниковых систем газовых гигантов. Даже суммарная масса крупнейших пяти спутников не составит и половины массы Тритона, спутника Нептуна.

Названия спутников Урана выбраны по именам персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа.

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.