РЕФЕРАТ
Планета сонячної системи Уран.
Виконала: Ткач Валерія
Маріуполь 2002
Навіть у XVIII ст. планетна система була відома тільки до Сатурна. Але вже тоді припускали, що Сатурном список планет не закінчується, що існують ще більш далекі планети, які неозброєним оком побачити не можна. Цю думку блискуче підтвердилося, коли в 1781 р. знаменитий англійський астроном Гершель, спостерігаючи зірки в телескоп, помітив новий світило, якому, судячи з зоряній карті, бути тут не належало. Спостерігаючи за цим світилом кілька днів, Гершель побачив, що воно переміщається серед зірок і, значить, являє собою планету.
Виявилося, що ця планета обертається навколо Сонця на відстані 2869 млн. км. і здійснює повний оборот за 84 роки. Нової планеті дали ім'я Уран. З часом у неї знайшли п'ять супутників.
Спостерігаючи Уран, вчені виявили в його русі деякі неправильності, які могли відбуватися лише через те, що існує якась більш, віддалена планета. Ця невідома планета своїм притяганням трохи зсувала Уран з того шляху, по якому він звертався б під дією тяжіння Сонця і інших планет.
У той час вже великої досконалості досягла наука небесна механіка. Вона дозволяла за допомогою точного розрахунку знаходити шлях будь-якого небесного світила.
Способи розрахунку, якими користуються вчені в небесній механіці, дозволяють точно визначати обурення, тобто відхилення в русі, який-небудь планети під впливом тяжіння «сусідніми» планетами. Наприклад, рух Марса дещо змінюється збуреннями, які виходять від тяжіння Землі і Юпітера.
Зазвичай в небесній механіці доводиться обчислювати обурення за вже відомим розташуванню інших планет. При вивченні руху Урану потрібно було вирішити зворотну задачу: знаючи обурення, знайти місце викликає їх невідомої планети. Цю важке завдання, як уже раніше було сказано, вирішили французький астроном Левер'є і англійський учений Адамі. Тільки одними розрахунками, зовсім не дивлячись на небо, вони вказали місце на небі, де повинна знаходитися невідома планета. І дійсно, коли на це місце астроном Галлі направив телескоп, то виявив нову планету. Так була відкрита восьма планета сонячної системи - Нептун.
Відстань від Сонця - 19.2 а.о., екваторіальний діаметр - 51,1 тис. км, в 4 рази більший земного, маса: 8 68.1025 кг, 14,5 мас Землі. Період обертання навколо Сонця - 84 роки. Середня температура на Урані - біля 60-ти Кельвінів. Уран - стародавнє Грецьке божество Неба, самий ранній вищий бог, що був батьком Хроноса (Сатурна), Циклопа і Титана (попередників Олімпійських богів)
Уран, перша планета, виявлена в новій історії, була відкрита випадково В. Гершелем, коли він розглядав небо в телескоп 13 березня 1781 року; спочатку він подумав, що це була комета. Як пізніше з'ясувалося, планета неодноразово спостерігалася, але приймалася за звичайну зірку (самий ранній запис про "зірку" була зроблена в 1690-м, коли Джон Флемстид каталогізував її як 34-ю Тельця - одне з прийнятих позначень зірок у сузір'ях)
Гершель назвав планету Georgium Sidus (Планета Георга) на честь його покровителя, короля Англії Георга III; інші називали її планетою Гершеля. Ім'я ж "Уран" було дано тимчасово й узяте за традицією з античної міфології, а утвердилося воно лише в 1850-му році
Уран був відвіданий тільки одним космічним кораблем: недалеко від Урану пролітав "Вояджер 2". Корабель пройшов у 81 500 кілометрах від Урана 24-ого січня 1986-го року. "Вояджер 2" зрадив тисячі зображень і інших наукових даних про планету, супутників, кільця, атмосфері, просторі і магнітному середовищі, що оточують Уран. Різні інструменти вивчали кільцеву систему, відкриваючи дрібні деталі раніше відомих і двох знову виявлених кілець. Дані показали, що планета обертається з періодом 17 годин 14 хвилин. Космічний корабель також знайшов магнітосферу, що велика настільки ж, наскільки і незвичайна
Сучасне дослідження планети утруднено через її віддаленості. Однак великі телескопи не залишають її без уваги. За останні роки було відкрито цілих 6 нових супутників планети
У більшості планет вісь обертання майже перпендикулярна площині екліптики, але вісь Урана майже паралельна цій площині. Причини "лежачого" звернення Урана точно невідомі. Зате в дійсності існує суперечка: який з полюсів Урана - північний. Розмова ця аж ніяк не подібний до спору про палиці з двома кінцями та двома началами. Те, як же насправді склалася така ситуація з обертанням Урана, дуже багато що означає в теорії виникнення всієї Сонячної системи. Майже всі гіпотези мають на увазі обертання планет в одну сторону. Якщо Уран утворився, лежачи на боці, то це сильно не стикується з припущеннями про походження нашої планетної системи. Правда, зараз все більше вважають, що такий стан Урана - результат зіткнення з великим небесним тілом на ранніх стадіях формування планети. Подібна ж проблема пов'язана і з Венерою, яка хоч і не лежить на боці, але так само обертається у зворотний бік.
Рух, розміри, маса Уран рухається навколо Сонця по еліптичній орбіті, велика піввісь котрої (середня геліоцентрична відстань) у 19,182 більше, ніж у Землі, і складає 2871 млн. км. Ексцентриситет орбіти дорівнює 0,047, тобто орбіта досить близька до кругової. Площина орбіти нахилена до екліптики під кутом 0,8 °. Один оборот навколо Сонця Уран робить за 84,01 земного року. Період власного обертання Урану складає приблизно 17 годин. Існуючий розкид при визначенні значень цього періоду обумовлений декількома причинами, з яких основними є дві: газові поверхні планети не обертається як єдине ціле і, крім того, на поверхні Урану не виявлено помітних локальних неоднорідностей, що допомогли б уточнити тривалість доби на планеті.
Обертання Урану володіє низкою відмінних рис: вісь обертання майже перпендикулярна (98 °) до площини орбіти, а напрямок обертання протилежна напрямку обертання навколо Сонця, тобто обернене (із всіх інших великих планет обернений напрямок обертання спостерігається тільки у Венери).
Уран відносять до числа планет-гігантів: його екваторіальний радіус (25600 км) майже в чотири рази, а маса (8,7 · 1025 кг) - у 14,6 рази більше, ніж у Землі. При цьому середня густина Урану (1,26 г/см3) у 4,38 рази менше, ніж щільність Землі. Відносно мала густина типова для планет-гігантів: у процесі формування з газово-пилового протопланетного хмари найбільше легкі компоненти (у першу чергу, водень і гелій) стали для них основним "будівельним матеріалом", тоді як планети земної групи включають помітну частку більш важких елементів .
Подібно іншим планетам-гігантам, атмосфера Уран в основному складається з водню, гелію і метану, хоча їхні відносні внески декілька нижче в порівнянні з Юпітером і Сатурном.
Теоретична модель будови Урану така: його поверхневий прошарок являє собою газорідку оболонку, під яким знаходиться крижана (суміш водяного й аміачного льоду) мантія, а ще глибше - ядро з твердих порід. Маса мантії і ядра складає приблизно 85-90% від усієї маси Урану. Зона твердої речовини простирається до 3 / 4 радіуса планети.
Температура в центрі Уран близька до 10000 С при тиску 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера приблизно відповідає одному бару). На межі ядра тиск приблизно на два порядки нижче (близько 100 кілобар).
Ефективна температура, обумовлена по тепловому випромінюванню з поверхні планети, складає близько 55 К.
Уран сформувався з первинних твердих тіл і різних льодів (під льодами тут треба розуміти не тільки водяний лід), він лише на 15% складається з водню, а гелію немає майже зовсім (в контраст Юпітера і Сатурну, які, здебільшого, - водень ). Метан, ацетилен і інші вуглеводні існують в значно більших кількостях, ніж на Юпітері і Сатурні. Вітри в середніх широтах на Урані переміщають хмари в тих же напрямках, що і на Землі. Ці вітри дмуть зі швидкістю від 40-а до 160-ти метрів за секунду; на Землі швидкі потоки в атмосфері переміщаються зі швидкістю близько 50-ти метрів за секунду. На цих малюнках Ви бачите темну пляму в верхніх хмарах Урана. Малюнки зроблені після наземних спостережень травні і червні 1993-го року. Ймовірно, це атмосферний вихор (JPL)
Товстий шар (серпанок) - фотохімічний зміг - виявляється навколо освітленого Сонцем полюса. Освітлений Сонцем півкуля також випромінює більше ультрафіолету. На представленому зображенні Урана контраст кольорів штучно посилений для виявлення різниці між ними.
Інструменти "Вояджера" виявили почасти більш холодну смугу між 15 і 40-ка градусами широти, де температура на 2-3 K нижче.
Синій колір Урана є результатом поглинання червоного світла метаном у верхній частині атмосфери. Ймовірно, існують хмари інших квітів, але вони ховаються від спостерігачів перекриває шаром метану. Атмосфера Урана (але не Уран в цілому!) Складається приблизно на 83% з водню, на 15% з гелію і на 2% з метану. Подібно іншим газовим планетам, Уран має смуги хмар, які дуже швидко переміщаються. Але вони занадто погано помітні і видимі лише на знімках з великим дозволом, зроблених "Вояджером 2". Недавні спостереження з HST дозволили розглянути великі хмари. Є припущення про те, що ця можливість з'явилася у зв'язку з сезонними ефектами, адже як не важко збагнути, зима від літа на Урані сильно відрізняються: ціле півкуля взимку на декілька років ховається від Сонця! Однак, Уран одержує в 370 разів менше тепла від Сонця, ніж Земля, так що влітку там теж не буває жарко. До того ж, Уран випромінює тепла не більше, ніж отримує від Сонця, отже і швидше за все, він холодний всередині
Збіднення атмосфери планети легкими газами - наслідок недостатньої маси зародка планети. У ході утворення, Уран не зміг утримати біля себе більшу кількість водню і гелію тільки тому, що до моменту, коли майбутній Уран зібрав досить масивне ядро, вільного водню і гелію в Сонячній системі залишалося мало. Зате Уран містить більше води, метану, ацетилену.
Кільця Урана
Подібно іншим газовим планетам, Уран має кільця. Кільцева система була виявлена в 1977-му році під час покриття Ураном зірки. Спостерігалося, що зірка 5 разів послаблювала на короткий проміжок часу свій блиск перед покриттям і після нього, що і наштовхнуло на думку про кільця. Подальші спостереження c Землі показали, що дійсно є кільця, дев'ять більш-менш яскраво виражених. Якщо перебирати їх, віддаляючись від планети, вони названі 6, 5, 4, Альфа, Бета, Ця, Гама, Дельта і Епсилон. Камери "Вояджера" знайшли кілька додаткових кілець, і також показали, що дев'ять основних кілець занурені в дрібний пил. Подібно кільцям Юпітера, вони дуже неяскраві, але, як і кільця Сатурна, кільця Урана містять багато досить великих часток, розміри їх коливаються від 10 метрів у діаметрі до дрібного пилу. Кільця Урана були відкриті першими після кілець Сатурна. Це мало велике значення, тому що стало можливим припустити, що кільця - загальна характеристика планет, а не доля одного Сатурна. Це ще одне прямо-таки епохальне значення Урана для астрономії
Спостереження показали, що кільця Урана помітно відрізняються від родинних їм систем Юпітера і Сатурна. Неповні кільця з різним показникам прозорості по довжині кожного з кілець сформувалися, схоже, пізніше, ніж сам Уран, можливо, після розриву декількох супутників приливними силами
Кількість відомих кілець може, у кінцевому рахунку, зрости, судячи зі спостережень "Вояджер 2". Прилади вказували на наявність багатьох вузьких кілець (чи, можливо, неповних чи кілець кільцевих дуг) близько 50 метрів шириною
Окремі частки в кільцях виявляли низьку відбивну здатність. Наприклад, саме яскраве кільце, Епсилон, сірого кольору. Пропонований знімок кільця зроблений із Землі в ІК-діапазоні
Ключем до розгадки структури кілець Урана може бути і відкриття того, що два невеликих супутники - Корделія і Офелія - знаходяться усередині кільця Епсилон. Це пояснює нерівномірний розподіл часток у кільці: супутники утримують речовину навколо себе. Так, використовуючи цю теорію, припущено, що в цьому кільці можна відшукати ще 16 (!) Супутників
Уран, як багато планет має магнітосферу. Вона незвичайна тим, що вісь симетрії її нахилена майже на 60 градусів осі обертання (у Землі цей кут складає 12 градусів). Якщо б так було на Землі, то орієнтування за допомогою компаса мало б цікаву особливість: стрільця майже зовсім би не попадала покажчиком на північ чи південь, а була б спрямована на дві протилежні точки 30-х паралелей. Ймовірно, магнітне поле навколо планети генерується рухами в порівняно поверхневих областях Урана, а не в його ядрі. Джерело поля - невідомий; існування гіпотетичного електропровідного океану води або аміаку поки не підтверджено дослідженнями. Як на Землі, так і на інших планетах, джерелом магнітного поля вважають течії в розплавлених породах, розташованих недалеко від ядра
Інтенсивність поля на поверхні Урана загалом порівнянна з Земний, хоча воно і сильніше змінюється в різних точках поверхні через великий зсуву осі симетрії поля від центру Урана
Як у Землі, Юпітера і Сатурну, в Урана є магнітний хвіст, що складається з захоплених полем заряджених часток, що розтягнувся на мільйони кілометрів за Уран від Сонця. "Вояждера 2" "відчував" поле, принаймні, в 10-ти мільйонах кілометрів від планети
В околицях Урана побував тільки один космічний апарат "Вояджер-2", що пролетів на відстані 81 200 км від зовнішнього покриву хмар. Траєкторія апарату була майже перпендикулярна площині, в якій перебувають супутники, тому з близької відстані вдалося сфотографувати тільки Міранду, найменший з відомих до цього польоту супутників. Напруженість магнітного поля Урана виявилася більшою, ніж у Сатурна, а інтенсивність поясів радіації така ж, як у поясів Землі. У ультрафіолетової області спектра зареєстровано світіння атмосфери Урана, що тягнеться на 50 тис. кілометрів від планети.
Як і в інших планет-гігантів, в атмосфері Урана виявлені вихори, струменеві течії, плями (але їх набагато менше), а в глибині її зареєстровані метанові хмари. Гелія виявилося в три рази менше, ніж передбачалося раніше: всього 15%. Циркуляція атмосфери відбувається у високих широтах з більшою швидкістю, ніж у екватора.
Дев'ять кілець Урана були відомі ще з наземним спостереженнями покрить зірок планетою. "Вояджер-2" виявив десятий кільце шириною 3 км і кілька неповних кілець темного кольору. Частинки, що складають кільця, мають у поперечнику близько 1 м.
Отримано зображення п'яти раніше відомих супутників і десяти нових, невеликих за розмірами. На Обероні виявлено кілька великих кратерів і гора висотою близько 6000 м, на Титанії - численні кратери і долини. Поверхня Умбріеля дуже гладка, на ній видно кратери і світла пляма. Сильно кратеріро-ванна поверхню Аріеля зі слідами різних геологічних процесів нагадує супутник Сатурна Енцелад. Найбільш складною виявилася поверхню Міранди, поцяткована борознами, хребтами і розломами глибиною кілька кілометрів. Така активна тектонічна діяльність виявилася несподіваною на супутнику, діаметр якого менше 500км.
Під дією поля тяжіння Урана траєкторія "Вояджера-2" знову змінилася, і він попрямував до Нептуна