Уран

Уран — это седьмая по мере удаленности от Солнца планета, названная в честь древнегреческого бога, олицетворявшего небо. Уран поистине огромен — по своим размерам он уступает только Сатурну и Юпитеру. Внутри его можно разместить более 60 планет размером с Землю. Мир Урана невероятно суров: над поверхностью из замерзших газовых частиц с огромной скоростью дуют леденящие ветра. Из этой статьи вы узнаете, как Уран был открыт, а затем и исследован астрономами. Также мы разберем основные характеристики, чтобы поближе познакомиться с этой таинственной голубоватой планетой.

История открытия Урана

Некоторые специалисты по истории астрономии считают, что еще во II веке до нашей эры Уран наблюдал древнегреческий математик Гиппарх Никейский. Не зафиксировав движения, он принял планету за звезду и внес ее в собственный звездный каталог. Первое документально подтвержденное наблюдение Урана состоялось в 1690 году. Британский астроном Джон Флемстид также ошибочно принял его за звезду в созвездии Тельца.

Как первооткрыватель планеты Уран в историю вошел другой британский ученый — Уильям Гершель. В 1781 году с помощью самодельного телескопа он искал двойные звездные системы и вдруг обнаружил слабо светящийся диск. В отличие от предыдущих наблюдателей Гершелю удалось заметить смещение, из-за чего он предположил, что открыл новую комету. Спустя 2 года российский академик Андрей Иванович Лексель вычислил эллиптическую орбиту небесного тела и доказал, что это еще одна планета Солнечной системы.

Гершель признал планетарную природу объекта и на правах первооткрывателя присвоил ему название «Звезда Георгия» в честь короля Великобритании Георга III. Свое решение отойти от мифологических наименований он объяснил тем, что каждая планета должна символизировать ту эпоху, в которую была открыта. Однако представители мирового научного сообщества в большинстве своем скептически относились к такому варианту названия и предложили альтернативные:

• Астрей;
• Кибела;
• Нептун;
• Минерва;
• Гиперкрониус;
• Трансатурнис.

После многолетней дискуссии предпочтение было отдано варианту Иоганна Боде — немецкого астронома, сделавшего значительный вклад в определение формы орбиты новой планеты. Таким образом, в 1850 году за планетой было закреплено название Уран, в честь античного бога, породившего первое поколение титанов.

Интересно то, что в ряде зарубежных культур Уран имеет другие официальные названия:

• Китай, Япония, Корея и Вьетнам — «Звезда небесного царя»;
• Монголия — «Царь неба»;
• Таиланд — «Звезда смерти»;
• Гавайи — Хелеекала (так на местном языке звучит фамилия Гершель).

Исследование Урана: хронология

Открытие Урана стало эпохальным событием, так как все более близкие к Солнцу планеты были известны еще со времен античности. Вполне естественно, что новый объект вызвал у астрономов колоссальный интерес, который не утихает по сей день. Теперь посмотрим, что удалось выяснить ученым об Уране с течением времени:

• 1781–1789. Уильям Гершель открыл планету с двумя ее спутниками. Титания и Оберон были названы в честь героев пьесы Шекспира «Сон в летнюю ночь». Также Гершель выдвинул гипотезу о том, что Уран имеет систему колец.
• 1851. Британский астроном Уильям Лассел открыл спутники Ариэль и Умбриэль, названные в честь феи и гнома из поэмы Александа Поупа «Похищение локона».
• 1948. Голландский и американский астроном Джерард Койпер обнаружил самый маленький спутник Урана. В продолжение традиции он получил название Миранда в честь героини пьесы Шекспира «Буря».
• 1979. Ученые Джеймс Эллиот, Эдвард Данхэм и Джессика Минк, работавшие в воздушной обсерватории NASA, изучали атмосферу звезды SAO 158687 во время ее затмения Ураном. Они заметили, как планета несколько раз кратковременно исчезала из поля зрения до и после самого затмения, случайно подтвердив гипотезу Гершеля о том, что у Урана есть кольца.
• 1985–1986. Космический аппарат «Вояджер-2» пересек орбиту Урана и передал на Землю первые и пока что единственные снимки планеты, сделанные с близкого расстояния (около 80 тысяч километров). Благодаря им были открыты еще 11 спутников, среди которых есть Джульетта, Дездемона, Офелия и Бианка. Кроме того, сканеры «Вояджера» позволили изучить состав атмосферы, магнитное поле и кольца Урана.

• 1999–2003. Разные группы исследователей открыли еще 10 спутников Урана, доведя их общее количество до 27.
• 2006. На фотографиях Урана с космического телескопа Хаббл было обнаружено темное пятно площадью 3,5 миллиона квадратных километров. По аналогии с красным пятном Юпитера ученые предположили, что это огромный ледяной вихрь, однако точное происхождение структуры до сих пор неизвестно.
• 2023. В ноябре в обсерватории Лас-Кампанас астроном Скотт Шеппард с помощью Магелланова телескопа обнаружил 28-й спутник Урана, временно получивший название S/2023 U 1, который тоже будет назван именем одного из героев произведений Шекспира.

Характеристики Урана

Размеры и масса

Уран является третьей по величине планетой Солнечной системы, уступая лишь Юпитеру и Сатурну. Его экваториальный диаметр составляет более 51 тысячи километров, тогда как длина экватора достигает 160 тысяч километров. По этим показателям Уран больше Земли в 4 раза. При этом объем планеты равен 6,8 * 10¹³ км³, что превышает объем нашей планеты уже в 63 раза. Размеры Урана были достаточно точно определены еще в XVIII веке, а данные с «Вояджера-2» помогли скорректировать значения.

При благоприятной погоде и остром зрении Уран можно увидеть с Земли невооруженным глазом. В зависимости от степени удаленности его размер на ночном небе равен 3,4–3,7 угловым секундам. Для сравнения — угловой размер Венеры может достигать 60 угловых секунд, или 1 угловой минуты.

Принимая во внимание весьма внушительный объем, Уран нельзя назвать тяжелой планетой. Его масса составляет 8,68 *10²⁵ кг, всего в 14 раз больше земной. Это объясняется низкой плотностью планеты, равной 1,27 г/см³. Сравнимую плотность имеют пластмасса и парафин, а средняя плотность Земли составляет 5,5 г/см³.

Температура и климат

Среди планет Солнечной системы Уране наиболее холодная. Самая низкая температура, зафиксированная в атмосфере планеты, равна -224 °C, что всего на 49 °С выше абсолютного нуля (нижнего предела температуры во Вселенной). Средняя температура в облаках планеты чуть выше (-193 °C), но все равно очень далека от комфортной. Ядро Урана, предположительно состоящее из твердых каменных пород, имеет температуру около 5 000 °C, что не так уж много для планеты-гиганта. Например, ядро Юпитера разогрето приблизительно до 24 000 °C.

Климатические условия на Уране также сложно назвать благоприятными. В нижних слоях атмосферы планеты дуют сильные ветра. В разных полушариях и на экваторе их скорость составляет от 200 до 900 км/ч. Во время пролета «Вояджера-2» на Уране были зафиксированы молнии, выделяющие десятки мегаджоулей энергии. В нижних слоях атмосферы давление превышает земное в сотни раз.

Структура и состав Урана

Согласно общепринятому представлению, в центре планеты находится твердое ядро, совсем немного уступающее земному по размерам. По предположениям ученых, оно преимущественно состоит из железа, никеля и содержащих кремний минералов. Важно отметить, что многие компьютерные модели опровергают наличие твердого ядра у Урана, поэтому на сегодняшний день этот вопрос остается открытым.

Большую часть планеты (около 60%) составляет ее мантия, или ледяной слой. Вопреки названию, эта оболочка представлена горячей и плотной жидкостью, состоящей из аммиака, метана и воды. Из-за колоссального давления и высокой температуры вещество переходит в особое вязкое состояние, которое называют «горячим льдом». Именно мантия отвечает за формирование магнитного поля, а кроме того, она придает Урану голубой оттенок.

Пятая часть объема планеты приходится на ее атмосферу. Внешняя оболочка лучше всего поддается зондированию, поэтому ученые смогли очень точно определить ее состав. В большей степени атмосфера Урана состоит из водорода и гелия, а также содержит около 2% метана. Анализ электромагнитного излучения позволил найти следы этана, воды, угарного и углекислого газа.

Атмосфера Урана представлена 3 слоями:

• тропосфера (50 км) — нижняя и наиболее плотная часть. В непосредственной близости к мантии ее температура составляет около 47 °C, а по мере продвижения к верхней части (тропопаузе) падает до -220 °C;
• стратосфера (50-4 000 км) — слой, расположенный над тропопаузой. Здесь атомы активно поглощают ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, из-за чего стратосфера разогревается до 520 °C;
• термосфера и корона (4 000-50 000 км) — наиболее удаленные слои атмосферы Урана. Они отличаются аномально высокой температурой, достигающей 580 °C. Предположительно это происходит из-за низкого содержания углеводородов, оказывающих охлаждающее воздействие.

Между стратосферой и термосферой, на расстоянии от 2 000 до 10 000 километров, выделяют промежуточный слой — ионосферу. Она имеет нестабильную плотность и температуру, которые меняются в зависимости от активности Солнца. Именно в этом слое образуются яркие полярные сияния.

Спутники Урана

По данным, актуальным на осень 2024 года, открыто 28 естественных спутников Урана. Начиная со времен Уильяма Гершеля им присваивают имена героев произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Спутники отличаются небольшими размерами — самый крупный из них, Титания, имеет диаметр около 1 500 километров (почти в 2,5 раза меньше, чем у нашей Луны).

Спутники Урана разделяют на 3 основные группы:

• 5 крупных спутников — имеют сферическую форму и предположительную геологическую активность;
• 13 внутренних спутников — небольшие объекты, орбиты которых расположены в непосредственной близости к планете и меняются хаотичным образом;
• 10 нерегулярных спутников — луны размером от 10 до 200 километров имеют причудливые формы и движутся по сильно вытянутым ретроградным орбитам (противоположным вращению Урана).

Орбита Урана

Орбита Урана имеет эллиптическую, то есть слегка вытянутую круговую форму. Ближайшая к Солнцу точка (перигелий) составляет 2,75 млрд км (18,38 астрономических единиц), а самая удаленная (афелий) равна 3 млрд км (20 астрономических единиц). Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что орбита Урана лишь незначительно отличается от идеального круга.

Наклон оси вращения и его значение

Уникальная в рамках Солнечной системы особенность Урана заключается в том, что его экватор находится почти под прямым углом по отношению к орбите. Иными словами, планета вращается, «лежа на боку». Причиной столь сильного наклона могло стать столкновение с крупным объектом размером с Землю. Изменение оси привело к ретроградному вращению — как и Венера, Уран вращается в обратную сторону по сравнению с остальными планетами Солнечной системы.

Самым заметным эффектом этих явлений является необычное распределение дня и ночи. Во время солнцестояния и равноденствия один из полюсов планеты длительное время обращен к Солнцу, тогда как обратная сторона Урана полностью погружается во тьму. Если бы на полюсах жили люди, они бы могли наблюдать, как в течение половины «уранского года» Солнце по спирали сначала достигает зенита, а затем опускается к горизонту и скрывается за ним на следующие полгода.

Длительность суток и года на Уране

Так как структура Урана неоднородна, сделать однозначный вывод о продолжительности суток на планете нельзя. Полное обращение планеты вокруг своей оси происходит за 17,2 часов, однако сильные ветры в верхних слоях атмосферы ускоряют этот процесс до 14 часов. Полное обращение планеты вокруг Солнца (год на Уране) длится 84 земных года.

Кольца Урана

Как и все планеты-гиганты, Уран имеет систему колец. По одной из гипотез, они представляют собой остатки карликовых планет, подошедших слишком близко к Урану и уничтоженных приливными силами. Всего насчитывают 13 колец, состоящих преимущественно из мелких кусочков льда с примесями радиоактивных органических веществ. Кольцевую систему Урана почти невозможно разглядеть с Земли — впервые это удалось сделать в 2006 году с помощью мощных телескопов в обсерватории Кека, расположенной в 4 километрах над уровнем моря.

Вопрос-ответ

Какое расстояние от Земли до Урана?

Расстояние от Земли до Урана зависит от положения планет на орбитах и составляет от 2,6 до 3,15 млрд км, что эквивалентно 17,38–21 астрономической единице. Если предположить, что космический корабль будет двигаться на второй космической скорости (11,2 км/с), полет до Урана займет от 7,5 до 9 лет.

Какое расстояние от Урана до Солнца?

Расстояние от Урана до Солнца составляет 2,75 млрд км (18,38 а. е.) в перигелии и 3 млрд км (20 а. е.) в афелии.

Почему Уран считается ледяным гигантом?

Ледяные гиганты считаются особым типом планет-гигантов. Они отличаются высоким содержанием метана и аммиака, формирующих «горячий лед».

Есть ли жизнь на планете Уран?

Ни одна из известных нам форм жизни не сможет существовать на Уране. На это указывают экстремальные перепады давления и температуры, наличие ядовитых веществ в атмосфере и недостаток солнечной энергии. Однако есть популярная гипотеза, что на поверхности крупных спутников Урана могут быть океаны воды. Если внутренние процессы и гравитационное воздействие планеты позволяют выделять достаточно тепловой энергии, условия на спутниках могут быть благоприятными для зарождения жизни.

Изображение на обложке: Freepik