Уран
Уран ледь-ледь видно на небі неозброєним оком. Відкрито в
1781 Вільямом Гершелем (одночасно з першими двома супутниками).
Уран відстоїть від Сонця на 19,19 а.е. Від Сонця до
нього в середньому - 2 870 990 000 км.
Рік на Урані триває 84,02 земного року.
Швидкість руху навколо Сонця - 6,81 км/с. У чотири
з гаком рази повільніше Землі.
Орбіта Урана майже кругова (ексцентриситет - 0,047).
Кут нахилу орбіти майже схожий з земним (на відміну
0,8 градуса).
Маса Уран - 14,6 земної маси. Це четверта за
масі планета Сонячної системи.
Діаметр на екваторі - 3,8 земного. Планета сплюснута
не так сильно, як Юпітер і Сатурн: діаметр по екватора - 51 118 км, полярний
діаметр - 49 946 км (останні уточнені дані). Обсяг в 64 рази перевершує
обсяг Землі.
Уран теж у багато разів поступається Землі по щільності.
Середня щільність - 1,29 г/см3. Причини цього - початковий елементний склад
(переважають легкі водень і гелій).
Сила тяжіння на периферії Урана (у верхній частині
хмарного шару) складає всього 0,79 земною, хоча планета майже в 15 разів
масивніший Землі. Це відбувається через віддаленість хмарного шару від центру
планети.
Уран, як і інші планети-гіганти, швидко обертається
навколо своєї осі і робить оборот за 10 годин 42 хвилин.
Вісь обертання нахилена до площини екліптики набагато
більше, ніж у Землі - на 82 градуси. Або навіть на 97,2 градуса, якщо враховувати
знаки магнітного поля. Уран просто лежить на боці! Тому на Урані є зміна
пір року, хоча до недавнього часу ми не знали ніяких її проявів.
Освітленість Сонцем - 1/400 земної. Це все одно в
1000 разів більше, ніж в місячну ніч.
В атмосфері Урана давно був відомий метан.
Температура верхівках хмарність складає на Урані
мінус 210 градусів Цельсія (нові уточнені дані). Про температуру твердої
поверхні говорити не має сенсу, тому що Уран - газовий куля з невеликим
твердим ядром.
Які-небудь подробиці на поверхні Урана до недавнього
часу були не видно, та й зараз ми знаємо про них мало.
У середині XX століття були відомі 5 супутників Урана, з
1986 р. - 15.
Нові відомості
24 січня 1986 Урану досягла станція
"Вояджер-2", запущена ще в 1977 р. [Зустріч "Вояджера-2"
з планетою Уран, 1986]. Вона пройшла в 81 600 км від планети.
У 1977 р. із Землі поблизу Урана відкриті кільця. У 1986
р. вони обстежені станцією "Вояджер-2", виявлено 11 кілець і
приблизно 100 поясів пилу навколо Урана, а кількість відомих супутників цієї планети
досягло 15 [Зустріч "Вояджера-2 "..., 1986].
Що ж стосується самого Урана, то він виявився тихим і
одноманітно хмарним, хоча передбачалося, що це настільки ж штормістая планета,
як інші гіганти. Уран холодний і всередині, і ззовні (мінус 210 градусів
зовні). З'ясувалося, що він віддає в Космос напрочуд мало тепла від ядерних
реакцій в своїх надрах, тому що в далекому минулому всі віддав через
нестабільності [Чому Уран холодний, 1995]. Нестабільність, можливо, пов'язана
з різкою зміною пір року через незвичайну спрямованості осі обертання.
На поверхні Урана були відзначені тільки поодинокі
хмарки з кристалів замерзлого метану (ніяких різному пофарбованих хмарних
поясів, вихорів і т.п.), за якими визначена швидкість вітру - 300 км/год. Для
планет-гігантів це порівняно низька швидкість. Глибинні атмосферні течії
Урану приховані блакитний метанової серпанком. Уран ще більш блакитний, ніж наша
планета.
В атмосфері знайдені ацетилен і метан, а основними її
складовими є водень і гелій в тих же приблизно співвідношеннях, що і у
інших гігантських планет (і у зірок) [Купер, Хенбест, 1998]. Водню - 85%,
гелію - 12%, метану - 3% [Всесвіт, 1999].
З кілець або метеоритних тіл в атмосферу безперервно
падає якась кількість води [Вода в атмосферах планет-гігантів, 1998].
Хоча зміна пір року на Урані дуже чітка (день і
ніч на полюсах тривають по 42 роки), літні та зимові температура на планеті
різняться лише на 2 градуси через великій швидкості вітру, перемішують
атмосферу [Зустріч "Вояджера-2 "..., 1986].
На Урані виявлено магнітне поле, яке за
величиною порівнянно із земним. Цікаво, що магнітна вісь відхилена від осі
обертання на 55 градусів (або 60 градусів за іншими даними), а в інших планет --
не більше 20 градусів. Крім того, з'ясовано, що джерело поля знаходиться в 10
000 км від ядра Урану. Мабуть, магнітне поле обумовлене не струмами в шарі
розплавленого заліза, а струмами в шарі води й аміаку (аміак розчиняється в
воді і дисоціюють на іони амонію і гідроксилу: NH3 + H2O -> NH4OH ->
NH4 + + OH-).
У центрі Урана, виходячи з щільності планети та її
магнітного поля, має знаходитись ядро з твердих речовин (діаметром близько 17
000 км і температурою близько 7000 градусів Цельсія), над ним - шар стислих майже
до рідкого стану водяної пари, аміаку та метану, а вище - атмосфера вже
описаного складу. Шар металевого водню відсутній. Є
припущення, що ці верстви повинні бути сильно перемішані, так як вже дуже
швидко Уран обертається навколо своєї осі [Зустріч "Вояджера-2 "...,
1986].
На Урані, як і на інших планетах-гіганти, бувають
полярні сяйва і т.п. явища, пов'язані з наявністю магнітного поля.
Нещодавно розроблена математична модель,
що підтверджує можливість виникнення Урана і Нептуна приблизно там, де
знаходяться Юпітер і Сатурн. Виникло 4 - 5 протопланетних ядер, але два з них
потім були викинуті подалі від Сонця. Виникнути ж в областях, де Уран і
Нептун знаходяться зараз, вони не могли, так як хмара пилу і газу було в цьому
місці розрідженим [Як і де народилися Уран і Нептун? 2000].
Кільця
Урана
Кільця навколо Урана виявилися безумовно самим
цікавим об'єктом у системі Урану, тому що вони дані нам в розвитку, вони багато
розповідають про свою еволюції і взагалі про еволюцію такого освіти як
кільця планет-гігантів. Цим каблучок присвячена спеціальна стаття в журналі
"У світі науки" [Кузі, Еспозіто, 1987].
Кільця Урана були відкриті з Землі в 1977 р. під
час покриття Ураном зірки. Зірка, на яку насувався Уран, повинна була
зникнути за диском планети хоч і не відразу, так як є атмосфера, але дуже
швидко. Зірка ж при наближенні до диска Урана початку "підморгувати"
і міняти яскравість задовго до диска. Тоді стали пильно спостерігати покриття
Ураном всіх і навіть слабких зірок. У результаті цього було відкрито 9 кілець.
"Вояджер-2" відкрив ще кільце (або навіть
два, якщо рахувати з одним менш чітким об'єктом). Цієї станцією були визначені
також ширина і інші параметри всіх кілець.
Виявлені були також приблизно 100 поясів пилу,
які розташовувалися приблизно там же, де й справжні кільця (їх видно на
єдиному знімку з тривалою експозицією, який зроблений на просвіт проти
Сонця).
У кілець Урана виявилися такі особливості:
не всі кільця кругові, деякі мають форму
еліпса;
всі кільця темні, як вугілля (такі ж і 10
супутників Урана);
всі кільця вузькі (від 2 до 100 км, а не 60 000 км,
як у Сатурна);
ширина кілець різна в різних місцях (еліптичні
кільця менш широкі ближче до Урану);
є розімкнені кільця (в якійсь частині
орбіти немає часток).
Саме зовнішнє з кілець (епсилон-кільце) має
рядом специфічних рис. По-перше, воно найяскравіше. По-друге, це кільце з
двох сторін (з внутрішньої і зовнішньої) обмежено
супутниками-"пастухами", яких немає в інших кілець, або ж вони
вкрай малі і не зафіксовані. Супутники утримують частинки кільця за рахунок резонансу
(кратності періодів обертання цих супутників і частинок кільця). Це кільце
еліптичне, не круговий. Поблизу Урана воно має ширину 20 км і непрозоре,
далеко - 96 км і прозоре, розріджений.
Передбачається, що система Урана дуже
многочленів, і є близько мільйона дрібних супутників, які за розміром
проміжним між відомими супутниками і частками кілець.
Мабуть, кільця Урана - це не тривало
живуть освіти, а фрагмент історії супутників. Кільця розсіюються і знову
виникають при зіткненні супутників. Жити довго кільця не можуть, тому що
атмосфера Урана тягнеться до кілець, і частки повинні гальмувати і падати на
планету.
Супутники
Урана
супутників Урана присвячена спеціальна стаття в
журналі "Світ науки" [Джонсон та ін, 1987].
Усі 15 до недавнього часу відомих супутників
Урану мають крижану поверхню, але, тим не менше, вони темніші і містять більше
скельних порід, ніж супутники Сатурна, тобто це не крижані брили.
Пізніше були відомі 17 супутників, але останні
дві майже не вивчені [Сурдин, 1998в]. Потім повідомлялося про 21 супутнику, але один
з них незабаром був "розжалуваний" [Уран позбувся одного супутника, 2002].
5 супутників були відомі давно. Вони значно
крупніше інших і обертаються далі від планети, підкоряючись принципам Боде і
іншими принципами побудови Сонячної системи: кожен наступний приблизно в
півтора рази далі попереднього, розміри в міру віддалення спочатку зростають, а
потім падають (вірно тільки для останньої пари супутників). Всі ці супутники в
кілька разів менше Місяця (по діаметру в 2-5), але все-таки це значні
небесні тіла. Приблизно така ж закономірність у відносних розмірах
характерна для чотирьох великих супутників Юпітера.
Ще 10 супутників відкриті порівняно недавно. Вони
обертаються ближче до планети і набагато менше ніж попередні. Один з них (самий
зовнішній) має діаметр близько 160 км, а інші дев'ять - 40 - 80 км. Два
ближніх до планети супутника "стережуть" зовнішнє кільце, а решта
звертаються поза пояса кілець. Принципи Боде і т.п. принципи на них не
поширюються, якщо не брати до уваги, що вони, в цілому, не великі і
близькі до планети, як планети земної групи в порівнянні з планетами-гігантами.
В іншому ж вони інші (частина з них "бігає" навколо планети майже
"купою", відносні розміри ближчих і дальших не підкоряються
будь-яким правилам).
Не виключено, що в Урана є і більш далекі
супутники, які аналогічні групам далеких супутників Юпітера й Сатурна, але
вони малі за розміром і тому поки не відкриті ...
Стоп! Попередня фраза вже застаріла, тому що
зовсім недавно відкриті два дальні супутника. Поки пишеться робота, і ця фраза
може застаріти. Їх буде вже не два ... А 5 - 6!
Корделія. Приблизно в 1,8 радіуса планети від її
центру, в 98 градусах до орбіти планети, діаметром близько 30 км. Відкрито
"Вояджером-2" в 1986 р., як і всі інші дрібні супутники Урана.
Рух по орбіті у зворотному напрямку, як і обертання Урана навколо осі.
Найближчий до Урану супутник і єдиний, який обертається усередині пояса
кілець. Внутрішній "пастух" зовнішнього кільця, самого великого і яскравого.
Офелія. У 2,1 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 30 км. Рух по орбіті в зворотному
напрямі, як і обертання Урана навколо осі. Зовнішній "пастух"
зовнішнього кільця.
БЬЯНКА (Біанко). У 2,3 радіуса планети, в 98
градусах до орбіти планети, діаметром близько 40 км.
Крессида. У 2,4 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 70 км.
Дездемона. У 2,45 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 60 км.
ДЖУЛЬЕТТА. У 2,5 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 80 км.
порції. У 2,6 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 110 км.
Розалінда. У 2,7 радіуса планети, в 98 градусах до орбіти
планети, діаметром близько 60 км.
Белінда. У 2,8 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 70 км.
ПУК (ПЕК). В 3,3 радіуса планети, в 98 градусах до
орбіті планети, діаметром близько 150 км. Останній з групи дрібних супутників
(найбільший в цій групі), останній з скупчено що кружляють супутників і
перше, починаючи з якого дотримуються принципи Боде і т.п.
Міранда. Найближчий до планеті великий і давно
відомий супутник. У 5,1 радіуса планети від її центру (в 130 000 км від
поверхні планети), оборот за 1,4 земних діб, в 98 градусах до орбіти
планети, діаметром 472 км (останні дані). Відкрито Койпера (Квіпером) в 1948
м. Рух зворотне, що збігається з напрямком обертання Урану, як і у всіх
його супутників. Щодо світлий супутник. Нагромадження гігантських скель і
кратерів. Ущелини в 10 разів глибше Великого Каньйону на Землі. Мабуть, Міранда
колись розлетілася від зіткнення, а потім оскільки знову з'єдналися під
дією взаємного тяжіння. Видно "шви" на кордонах блоків
[Купер, Хенбест, 1998]. Є стрімкий обрив висотою 15 км [Енциклопедія для
дітей, том 8, 1997]. Кратерів на Міранде відносно мало [Океан ..., 1987].
Аріель. В 7,5 радіусах планети (в 192 000 км),
оборот за 2,5 земних діб, в 98 градусах до орбіти планети, діаметром, як
вважали, близько 800 км (за останніми даними - 1158 км). Відкрито Лассель в 1851
м. Рух протилежне (як і обертання Урану). Найбільш світлий із супутників Урана
(відбиває 40% світла). Вкритий мережею ущелин глибиною до 30 км, але метеоритних
кратерів менше, ніж на наступному супутнику. Видно, що форма і розмір кратерів
змінювалися під час виверження вулканів (тому кратерів і менше - зруйновано).
Великі метеоритні кратери майже відсутні.
Умбріель. У 10,5 радіусу планети (в 267 000 км), оборот
за 4,1 земних діб, в 98 градусах до орбіти планети, діаметром 1169 км
(останні дані). Відкрито Лассель в 1851 р. Рух протилежне (як і обертання
Урану). Самий темний з великих супутників Урану (відображає тільки 19% світла).
Багато метеоритних кратерів, і відсутні сліди недавньої вулканічної і т.п.
активності. Кратер Вунда діаметром 110 км оточений світлим кільцем.
У 17,2 радіусу планети (в 439 000 км),
оборот за 8,7 земних діб, в 98 градусах до орбіти планети, діаметром близько
1600 км (за останніми даними - 1578 км). Відкрито Гершелем в 1787 р. Рух в
зворотному напрямку (як і обертання Урану). Найбільший супутник Урана, але за
діаметру все-таки в 2 рази поступається Місяці. Багато метеоритних кратерів. Є мережа
тектонічних розломів і ознаки давнього вулканізму.
ОБЕРОН. У 23,0 радіусах планети (в 587 000 км),
оборот за 13,5 земної доби, в 98 градусах до орбіти планети, діаметром близько
1450 км. Відкрито Гершелем в 1787 р. Рух в зворотному напрямку (як і
обертання Урану). Другий за величиною супутник Урану, за діаметром приблизно в 2
рази поступається Місяці. Має крижаний і сильно кратерірованной поверхнею без
ознак геологічної активності (тріщин, вулканів).
СУПУТНИК S/1997 U2 (СІКОРАКСА). Відкрито на початку
Вересень 1997 за допомогою п'ятиметрового Паломарской телескопа обсерваторії в
США. Назви цього і наступного супутників придумані тільки що - Сікоракса (з
"Бурі" Шекспіра) [Калібан і Сікоракса ..., 1999]. Велика піввісь
орбіти має радіус в 253 радіуса Урана (6 470 000 км), обіг здійснюється за
495 земних діб, орбіта нахилена на 153 градуси до екліптики [Сурдин, 1998б].
Зоряна величина - 20,4 [Калібан і Сікоракса ..., 1999]. Передбачуваний радіус
- 60 км. Типовий "неправильний" далекий супутник планети-гіганта з витягнутої
орбітою, який через сонячної гравітації тяжіє кутом нахилу орбіти не до
екватора планети, а до площини її орбіти [Сурдин, 1998в].
СУПУТНИК S/1997 U1 (Калібан). Теж відкрито на початку
Вересень 1997 за допомогою того ж телескопа. Велика піввісь орбіти має
радіус в 305 радіусів Урана (7 800 000 км), обіг здійснюється за 654 земних
діб, орбіта нахилена на 146 градусів до екліптики. Зоряна величина - 21,9.
Передбачуваний радіус - 30 км. Такий же типовий "неправильний"
далекий супутник планети-гіганта [Сурдин, 1998; Калібан і Сікоракса ..., 1999].
Список літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.seminarium.narod.ru
