URAN (PLANETA): CHARAKTERYSTYKA, SKŁAD, ORBITA, RUCH - ARTE - 2025

Uran jest siódmą planetą w Układzie Słonecznym i należy do grupy planet zewnętrznych. Poza orbitą Saturna Uran jest ledwo widoczny gołym okiem w bardzo rzadkich warunkach i musisz wiedzieć, gdzie patrzeć.

Z tego powodu dla starożytnych Uran był praktycznie niewidoczny, dopóki astronom William Herschel nie odkrył go w 1781 roku za pomocą zbudowanego przez siebie teleskopu. Mała niebiesko-zielona kropka nie była dokładnie tym, czego szukał astronom. Herschel chciał wykryć paralaksę gwiazd spowodowaną ruchem translacyjnym Ziemi.

Rysunek 1. Planeta Uran, 14,5 razy masywniejsza od Ziemi. Źródło: Pixabay.

Aby to zrobić, musiał zlokalizować odległą gwiazdę (i najbliższą) i obserwować, jak wyglądały z dwóch różnych miejsc. Jednak pewnej wiosennej nocy 1781 roku Herschel zauważył niewielką plamkę, która wydawała się świecić trochę jaśniej niż inne.

Wkrótce on i inni astronomowie przekonali się, że jest to nowa planeta, a Herschel szybko zasłynął z powiększania znanego wszechświata, zwiększając liczbę planet.

Nowa planeta nie otrzymała swojej nazwy od razu, ponieważ Herschel odmówił użycia greckiego lub rzymskiego bóstwa i zamiast tego nazwał ją Georgium Sidu lub „Gwiazdą Jerzego” na cześć ówczesnego angielskiego monarchy Jerzego III.

Oczywiście ta opcja nie przypadła do gustu niektórym mieszkańcom kontynentu europejskiego, ale kwestia została rozstrzygnięta, gdy niemiecki astronom Johannes Elert Bode zasugerował imię Urana, boga nieba i męża Gai, matki Ziemi.

Według mitologii starożytnej Grecji i Rzymu Uran był ojcem Saturna (Kronosa), który z kolei był ojcem Jowisza (Zeusa). Społeczność naukowa ostatecznie zaakceptowała tę nazwę, z wyjątkiem Anglii, gdzie planetę nadal nazywano „gwiazdą Jerzego”, przynajmniej do 1850 roku.

Ogólna charakterystyka Urana

Uran należy do grupy planet zewnętrznych Układu Słonecznego, będąc trzecią co do wielkości planetą, po Saturnie i Jowiszu. Wraz z Neptunem jest lodowym olbrzymem, ponieważ jego skład i wiele cech odróżnia go od pozostałych dwóch gigantów, Jowisza i Saturna.

Podczas gdy Jowisz i Saturn są zdominowane przez wodór i hel, lodowe olbrzymy, takie jak Uran, zawierają cięższe pierwiastki, takie jak tlen, węgiel, azot i siarka.

Oczywiście Uran również zawiera wodór i hel, ale głównie w atmosferze. Zawiera również lód, chociaż nie wszystkie są zrobione z wody: jest amoniak, metan i inne związki.

W każdym razie atmosfera Urana jest jedną z najzimniejszych w Układzie Słonecznym. Temperatury mogą tam dochodzić do -224 ºC.

Chociaż obrazy przedstawiają odległy i tajemniczy niebieski dysk, jest o wiele więcej uderzających cech. Jednym z nich jest właśnie niebieski kolor, który zawdzięczamy metanowi w atmosferze, który pochłania światło czerwone i odbija światło niebieskie.

Uran wydaje się niebieski od metanu w jego atmosferze, który pochłania światło czerwone i odbija światło niebieskie.

Ponadto Uran ma:

-Własne pole magnetyczne o asymetrycznym układzie.

-Liczne księżyce.

-System pierścieni słabszy niż u Saturna.

Ale zdecydowanie najbardziej uderzający jest wsteczny obrót na całkowicie nachylonej osi obrotu, do tego stopnia, że ​​bieguny Urana znajdują się tam, gdzie jest równik pozostałych, jakby obracał się na boki.

Rysunek 2. Pochylenie osi obrotu Urana. Źródło: NASA.

Nawiasem mówiąc, w przeciwieństwie do tego, co sugeruje Rysunek 1, Uran nie jest planetą spokojną ani monotonną. Voyager, sonda, która uzyskała zdjęcia, przeleciała przez rzadki okres łagodnej pogody.

Poniższy rysunek przedstawia nachylenie osi Urana pod kątem 98º w globalnym porównaniu wszystkich planet. Na Uranie to bieguny odbierają najwięcej ciepła od odległego Słońca, a nie równik.

Rysunek 3. Osie obrotu planet Układu Słonecznego. Źródło: NASA.

Podsumowanie głównych cech fizycznych planety

-Masa: 8,69 x 10 ²⁵ kg.

-Radio: 2,5362 x 10 ⁴ km

-Kształt: spłaszczony.

-Średnia odległość do Słońca: 2,87 x 10 ⁹ km

- Nachylenie orbity : 0,77 ° w stosunku do płaszczyzny ekliptyki.

-Temperatura: od -220 do -205,2 ºC w przybliżeniu.

-Grawitacja: 8,69 m / s ²

-Własne pole magnetyczne: tak.

-Atmosfera: Tak, wodór i hel

-Gęstość: 1290 kg / m ³

-Satelity: 27 z dotychczasowym oznaczeniem.

-Pierścienie: Tak, do tej pory odkryto około 13.

Ruch tłumaczeniowy

Uran, podobnie jak duże planety, majestatycznie obraca się wokół Słońca, a pokonanie jednej orbity zajmuje około 84 lat.

Rysunek 4. Orbita Urana (na czerwono) wokół Słońca. Źródło: Wikimedia Commons. Oryginalna symulacja = Todd K. Timberlake autor Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Orbita Urana jest znacznie eliptyczna i początkowo wykazywała pewne rozbieżności z orbitą obliczoną dla niej na podstawie praw Newtona i Keplera przez wielkiego matematyka Pierre'a de Laplace'a w 1783 roku.

Jakiś czas później, w 1841 roku, angielski astronom John Couch Adams bardzo słusznie zasugerował, że te rozbieżności mogą wynikać z zakłóceń spowodowanych przez inną, jeszcze niewidzialną planetę.

W 1846 roku francuski matematyk Urbain Le Verrier udoskonalił obliczenia możliwej orbity nieznanej planety i przekazał je niemieckiemu astronomowi Johannowi Gottfriedowi Galle w Berlinie. Neptun od razu pojawił się w jego teleskopie po raz pierwszy, w miejscu wskazanym przez francuskiego naukowca.

Rysunek 5. Po lewej stronie Sir William Herschel (1738-1822), a po prawej Urbain Le Verrier (1811-1877). Źródło: Wikimedia Commons.

Kiedy i jak obserwować Urana

Uran jest trudny do zobaczenia gołym okiem, ponieważ jest tak daleko od Ziemi. Jej jasność wynosi zaledwie 6 mag, gdy jest najjaśniejsza, i ma średnicę 4 sekund łukowych (Jowisz ma około 47º, gdy jest najlepiej widoczny).

Przy bardzo czystym, ciemnym niebie, bez sztucznych świateł i wiedząc z góry, gdzie patrzeć, prawdopodobnie możesz to zobaczyć gołym okiem.

Jednak miłośnicy astronomii mogą ją zlokalizować za pomocą map nieba znalezionych w Internecie i instrumentu, którym może być nawet dobrej jakości lornetka. Nadal będzie wyglądać jak niebieska kropka bez wielu szczegółów.

Rysunek 6. Uran można zobaczyć jako małą niebieską kropkę za pomocą teleskopu i map nieba. Źródło: Pexels.

Aby zobaczyć 5 głównych księżyców Urana, potrzebny jest duży teleskop. Szczegóły planety można było obserwować za pomocą teleskopu co najmniej 200 mm. Mniejsze instrumenty odsłaniają tylko malutki zielonkawo-niebieski krążek, jednak warto spróbować go zobaczyć, wiedząc, że tam, tak daleko, kryje tyle cudów.

Pierścienie Urana

W 1977 Uran przeszedł przed gwiazdą i ukrył ją. W tym czasie gwiazda zamrugała kilka razy, przed i po ukryciu. Migotanie było spowodowane przechodzeniem pierścieni i w ten sposób trzech astronomów odkryło, że Uran ma układ 9 pierścieni umieszczonych w płaszczyźnie równika.

Wszystkie planety zewnętrzne mają układ pierścieni, chociaż żadna z nich nie przewyższa piękna pierścieni Saturna, niemniej jednak te z Urana są bardzo interesujące.

Sonda Voyager 2 znalazła jeszcze więcej pierścieni i uzyskała doskonałe obrazy. W 2005 roku Kosmiczny Teleskop Hubble'a odkrył również 2 kolejne pierścienie zewnętrzne.

Materia tworząca pierścienie Urana jest ciemna, prawdopodobnie skały o wysokiej zawartości węgla, a tylko najbardziej zewnętrzne pierścienie są bogate w pył.

Pierścienie zachowują swój kształt dzięki pasterskim satelitom Urana, których działanie grawitacyjne decyduje o ich kształcie. Są również bardzo cienkie, więc satelity, które je pasą, to dość małe księżyce.

Układ pierścieni jest dość delikatną i niezbyt trwałą strukturą, przynajmniej z punktu widzenia czasów astronomicznych.

Cząsteczki tworzące pierścienie nieustannie zderzają się, tarcie z atmosferą Urana je miażdży, a także ciągłe promieniowanie słoneczne je pogarsza.

Dlatego trwałość pierścieni zależy od pojawienia się nowego materiału, pochodzącego z fragmentacji satelitów w wyniku zderzeń z asteroidami i kometami. Podobnie jak w przypadku pierścieni Saturna, astronomowie uważają, że powstały niedawno i że ich początek tkwi właśnie w tych zderzeniach.

Rysunek 7. Istnieje bardzo ścisły związek między pierścieniami Urana i satelitami pasterskimi, jest to powszechne na planetach z układami pierścieni. Źródło: Wikimedia Commons. Trassiorf / domena publiczna.

Ruch obrotowy

Spośród wszystkich cech Urana ta jest najbardziej zdumiewająca, ponieważ ta planeta ma rotację wsteczną; to znaczy, że obraca się szybko w przeciwnym kierunku niż inne planety (z wyjątkiem Wenus), a wykonanie jednego obrotu zajmuje nieco ponad 17 godzin. Taka prędkość kontrastuje z miarą Urana, gdy porusza się on po swojej orbicie.

Co więcej, oś obrotu jest tak nachylona, ​​że ​​planeta wydaje się obracać płasko, co widać na animacji na rysunku 2. Planetolodzy uważają, że kolosalne uderzenie przesunęło oś obrotu planety do jej aktualnego położenia.

Rysunek 8. Wsteczna rotacja i pochylenie osi Urana są spowodowane kolosalnym uderzeniem, które miało miejsce miliony lat temu. Źródło: NASA.

Pory roku na Uranie

To właśnie z powodu tej szczególnej skłonności pory roku na Uranie są naprawdę ekstremalne i powodują duże wahania klimatyczne.

Na przykład podczas przesilenia jeden z biegunów wskazuje bezpośrednio na Słońce, a drugi w kosmos. Podróżnik po oświetlonej stronie zauważyłby, że przez 21 lat Słońce ani nie wschodzi, ani nie zachodzi, podczas gdy przeciwny biegun pogrąża się w ciemności.

Wręcz przeciwnie, w czasie równonocy Słońce znajduje się na równiku planety, a następnie wschodzi i zachodzi w ciągu dnia, który trwa około 17 godzin.

Dzięki sondzie Voyager 2 wiadomo, że południowa półkula Urana zmierza obecnie w kierunku zimy, podczas gdy północ zmierza w kierunku lata, co nastąpi w 2028 roku.

Rysunek 9. Sezonowa zmienność Urana widziana przez hipotetycznego podróżnika. Źródło: nasiona, M. Układ Słoneczny.

Ponieważ Uran potrzebuje 84 lat, by okrążyć Słońce i będąc tak daleko od Ziemi, rozumie się, że wiele zmian klimatycznych planety jest wciąż nieznanych. Większość dostępnych danych pochodzi ze wspomnianej wcześniej misji Voyager z 1986 roku i obserwacji wykonanych przez teleskop kosmiczny Hubble'a.

Kompozycja

Uran nie jest gazowym gigantem, ale gigantem lodowym. W części poświęconej charakterystyce zaobserwowano, że gęstość Urana, chociaż jest mniejsza niż gęstość planet skalistych, takich jak Ziemia, jest większa niż gęstość Saturna, który mógłby z powodzeniem unosić się na wodzie.

W rzeczywistości większość Jowisza i Saturna jest raczej płynna niż gazowa, ale Uran i Neptun zawierają dużą ilość lodu, nie tylko wody, ale także innych związków.

A ponieważ masa Urana jest mniejsza, w jego wnętrzu nie powstają ciśnienia, które powodują tworzenie się ciekłego wodoru, tak charakterystycznego dla Jowisza i Saturna. Kiedy wodór znajduje się w tym stanie, zachowuje się jak metal, który wywołuje silne pola magnetyczne tych dwóch planet.

Uran ma również swoje własne pole magnetyczne, którego schemat przedstawiono na ryc. 12, chociaż co ciekawe linie pola nie przechodzą przez jego środek, jak w przypadku Ziemi, ale wydają się pochodzić z innego punktu przesuniętego stamtąd.

Tak więc w atmosferze Urana występuje wodór cząsteczkowy i hel, z niewielką zawartością metanu, który odpowiada za jego niebieski kolor, ponieważ ten związek absorbuje fale o długościach czerwieni.

Ciało planety jako takie składa się z lodu, nie tylko wody, ale także amoniaku i metanu.

Nadszedł czas, aby zwrócić uwagę na ważny szczegół: kiedy planetolodzy mówią o „lodzie”, nie mają na myśli zamarzniętej wody, którą wkładamy do napojów, aby ich schłodzić.

„Lód” zamarzniętych planet olbrzymów jest pod dużym ciśnieniem i wysoką temperaturą, co najmniej kilka tysięcy stopni, więc nie ma nic wspólnego z tym, co jest przechowywane w lodówkach, poza kompozycją.

Diamenty na Uranie

Czy można produkować diamenty z metanu? Badania laboratoryjne przeprowadzone w Niemczech w laboratorium Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf wskazują, że tak jest, o ile istnieją odpowiednie warunki ciśnieniowe i temperaturowe.

I istnieją te warunki w Urana tak symulacje komputerowe pokazują, że metan CH ₄ dysocjuje z wytworzeniem innych związków.

Węgiel obecny w cząsteczkach metanu wytrąca się i zamienia się w diament. Gdy poruszają się w kierunku wnętrza planety, kryształy uwalniają ciepło w wyniku tarcia i gromadzą się w rdzeniu planety (patrz następna sekcja).

Szacuje się, że powstałe w ten sposób diamenty mogą osiągnąć nawet 200 kg, choć jest mało prawdopodobne, aby to potwierdzić, przynajmniej w najbliższej przyszłości.

Struktura wewnętrzna

Na poniższym diagramie mamy strukturę Urana i jego warstw, których skład został pokrótce wspomniany w poprzednim rozdziale:

-Górna atmosfera.

-Warstwa środkowa bogata w wodór cząsteczkowy i hel, w sumie grubość atmosfery wynosi około 7500 km.

-Płaszcz lodowy (o którym już wiemy, nie przypomina zwykłego lodu na Ziemi), o grubości 10500 km.

- Skalny rdzeń wykonany z żelaza, niklu i krzemianów o promieniu 7500 km.

„Skalny” materiał w jądrze również nie przypomina skał na Ziemi, ponieważ w sercu planety ciśnienie i temperatura są zbyt wysokie, aby te „skały” przypominały te, które znamy, ale przynajmniej skład chemiczny nie powinno być inaczej.

Rysunek 10. Struktura wewnętrzna Urana. Źródło: Wikimedia Commons.

Naturalne satelity Urana

Uran ma dotychczas 27 wyznaczonych satelitów, nazwanych na cześć postaci z dzieł Williama Szekspira i Aleksandra Pope'a, dzięki Johnowi Herschelowi, synowi Williama Herschela, odkrywcy planety.

Istnieje 5 głównych księżyców, które zostały odkryte przez teleskop, ale żaden z nich nie ma atmosfery, chociaż wiadomo, że mają zamarzniętą wodę. Wszystkie są dość małe, ponieważ ich łączna masa nie osiąga połowy Tritona, jednego z księżyców Neptuna, bliźniaczej planety Urana.

Największym z nich jest Tytania, której średnica stanowi 46% średnicy Księżyca, a za nim Oberon. Oba satelity zostały odkryte przez samego Williama Herschela w 1787 roku. Ariel i Umbriel zostały odkryte w połowie XIX wieku przez Williama Lassella, amatora astronomii, który również zbudował własne teleskopy.

Miranda, piąty co do wielkości księżyc Urana, mający zaledwie 14% średnicy Księżyca, został odkryty w XX wieku przez Gerarda Kuipera. Nawiasem mówiąc, imieniem tego niezwykłego astronoma pas Kuipera został również ochrzczony w granicach Układu Słonecznego.

Rysunek 11. 5 głównych księżyców Urana, sama planeta i mały księżyc Puck. Od lewej do prawej Uran na niebiesko, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania największa i Oberon. Źródło: Wikimedia Commons.

Powierzchnia Mirandy jest wyjątkowo chropowata ze względu na potencjalne uderzenia i niezwykłą aktywność geologiczną.

Pozostałe satelity są mniejsze i są znane z sondy Voyager 2 i Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Te księżyce są bardzo ciemne, być może z powodu licznych uderzeń, które odparowały materię na powierzchni i skoncentrowały ją na niej. Również ze względu na intensywne promieniowanie, na które są narażone.

Nazwy niektórych z nich i ich działanie w celu utrzymania układu pierścieni przedstawiono na rycinie 7.

Ruchem satelitów Urana rządzą siły pływowe, podobnie jak układ Ziemia-Księżyc. W ten sposób okresy obrotu i translacji satelitów są takie same i zawsze pokazują planetę tę samą twarz.

Pole magnetyczne

Uran ma pole magnetyczne o natężeniu około 75% natężenia ziemskiego, zgodnie z magnetometrią sondy Voyager 2. Ponieważ wnętrze planety nie spełnia warunków niezbędnych do produkcji metalicznego wodoru, naukowcy uważają, że istnieje inny płyn przewodzący, który generuje pole.

Poniższy rysunek przedstawia pola magnetyczne planet Jowisza. Wszystkie pola przypominają do pewnego stopnia to, które jest wytwarzane przez magnes sztabkowy lub dipol magnetyczny w środku, również ziemskie.

Ale dipol w Uranie nie znajduje się w centrum, podobnie jak Neptuna, ale raczej jest przesunięty w kierunku bieguna południowego i znacznie nachylony względem osi obrotu, w przypadku Urana.

Rysunek 12. Schemat pola magnetycznego dla planet Jowisza. Pole Urana jest przesunięte od środka, a oś tworzy ostry kąt z osią obrotu. Źródło: nasiona, M. The Solar System.

Jeśli Uran wytwarza pole magnetyczne, ruchomy płyn musi wywoływać efekt dynamo. Eksperci uważają, że jest to zbiornik wodny z rozpuszczonym metanem i amoniakiem, dość głęboki.

Przy ciśnieniu i temperaturze wewnątrz Urana płyn ten byłby dobrym przewodnikiem elektryczności. Ta jakość, wraz z szybkim obrotem planety i przenoszeniem ciepła przez konwekcję, są czynnikami zdolnymi do wytworzenia pola magnetycznego.

Misje na Urana

Uran jest niezwykle daleko od Ziemi, więc początkowo eksploracja odbywała się tylko przez teleskop. Na szczęście sonda Voyager zbliżyła się na tyle blisko, aby zebrać bezcenne informacje o tej nieznanej do niedawna planecie.

Uważano, że misja Cassini, która została uruchomiona w celu zbadania Saturna, może dotrzeć do Urana, ale kiedy skończyło się jej paliwo, odpowiedzialni za misję sprawili, że zniknęła w Saturnie w 2017 roku.

Sonda zawierała pierwiastki radioaktywne, które, gdyby uderzyły w Tytana, jeden z księżyców Saturna, mogłyby skazić ten świat, który być może kryje w sobie jakieś prymitywne życie.

Kosmiczny Teleskop Hubble'a również dostarcza ważnych informacji i ujawnił istnienie nowych pierścieni w 2005 roku.

Po misji Voyager zaproponowano misje, których nie można było przeprowadzić, ponieważ eksploracja Marsa, a nawet Jowisza, jest uważana za priorytet dla agencji kosmicznych na całym świecie.

Podróżnik

Misja ta polegała na wystrzeleniu dwóch sond: Voyager 1 i Voyager 2. W zasadzie miały dotrzeć tylko do Jowisza i Saturna, ale po odwiedzeniu tych planet sondy kontynuowały podróż na lodowe planety.

Voyager 2 dotarł do Urana w 1986 roku, a większość danych, które posiadamy do tej pory, pochodzi z tej sondy.

W ten sposób uzyskano informacje o składzie atmosfery i strukturze warstw, odkryto dodatkowe pierścienie, zbadano główne księżyce Urana, odkryto 10 kolejnych księżyców i zmierzyliśmy pole magnetyczne planety.

Wysłał również wiele wysokiej jakości zdjęć, zarówno planety, jak i powierzchni jej księżyców, pełnych kraterów uderzeniowych.

Sonda skierowała się następnie w stronę Neptuna i ostatecznie weszła w przestrzeń międzygwiazdową.

Bibliografia

1. N + 1. 200 kilogramów diamentów spada na Urana i Neptuna. Odzyskany z: nmas1.org.
2. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (i jak je zidentyfikować). Odzyskany z: nakedeyeplanets.com.
3. Nasiona, M. 2011, Układ Słoneczny. Wydanie siódme. Cengage Learning.
4. Wikipedia. Pierścień planetarny. Odzyskane z: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d'Uranus. Odzyskane z: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Eksploracja Urana. Odzyskane z: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Uran (planeta). Odzyskane z: es.wikipedia.org.