URĀNS (PLANĒTA): RAKSTUROJUMS, SASTĀVS, ORBĪTA, KUSTĪBA - ARTE - 2025

Urāns ir septītā planēta Saules sistēmā un pieder ārējo planētu grupai. Aiz Saturna orbītas Urāns ir tik tikko redzams ar neapbruņotu aci ļoti retos apstākļos, un jums jāzina, kur meklēt.

Šī iemesla dēļ senatnēm Urāns bija praktiski neredzams, līdz astronoms Viljams Heršels to atklāja 1781. gadā ar paša uzbūvētu teleskopu. Nelielais zili zaļais punkts nebija tieši tas, ko meklēja astronoms. Heršels gribēja atklāt zvaigžņu parallaksi, ko izraisīja Zemes translatīvā kustība.

1. attēls. Urāna planēta, 14,5 reizes masīvāka par Zemi. Avots: Pixabay.

Lai to izdarītu, viņam bija jāatrod tāla zvaigzne (un blakus esoša) un jānovēro, kā tās izskatās no divām dažādām vietām. Bet vienā pavasara naktī 1781. gadā Heršels pamanīja nelielu plankumu, kas šķita nedaudz spožāks par citiem.

Pēc neilga laika viņš un citi astronomi pārliecinājās, ka tā ir jauna planēta, un Heršels ātri kļuva slavens ar zināmā Visuma lieluma paplašināšanu, planētu skaita palielināšanos.

Jaunā planēta savu vārdu nesaņēma uzreiz, jo Heršels atteicās izmantot grieķu vai romiešu dievību un tā vietā to nosauca par Georgiju Sidu vai “Georga zvaigzni” par godu toreizējam angļu monarham Džordžam III.

Dabiski, ka dažiem no Eiropas kontinentiem šī iespēja patika, bet jautājums tika nokārtots, kad vācu astronoms Johanness Elerts Bode ieteica vārdu Urāns, debesu dievs un Gaea vīrs, māte Zeme.

Saskaņā ar seno grieķu un romiešu mitoloģiju Urāns bija Saturna (Cronus) tēvs, kurš savukārt bija Jupitera (Zeus) tēvs. Zinātniskā sabiedrība beidzot pieņēma šo vārdu, izņemot Angliju, kur planētu vismaz līdz 1850. gadam turpināja saukt par “Džordža zvaigzni”.

Urāna vispārīgās īpašības

Urāns pieder pie Saules sistēmas ārējo planētu grupas, pēc lieluma ir trešā planēta pēc Saturna un Jupitera. Tas kopā ar Neptūnu ir ledus gigants, jo tā sastāvs un daudzās īpašībās to atšķir no pārējiem diviem milžiem Jupitera un Saturna.

Kamēr Jupiterā un Saturnā dominē ūdeņradis un hēlijs, ledaini giganti, piemēram, Urāns, satur smagākus elementus, piemēram, skābekli, oglekli, slāpekli un sēru.

Protams, Urānam ir arī ūdeņradis un hēlijs, bet galvenokārt tā atmosfērā. Un tajā ir arī ledus, kaut arī ne visi ir izgatavoti no ūdens: ir amonjaks, metāns un citi savienojumi.

Bet jebkurā gadījumā Urāna atmosfēra ir viena no aukstākajām no visām Saules sistēmā. Temperatūra tur var sasniegt –224 ºC.

Lai arī attēlos redzams tāls un noslēpumains zils disks, ir arī daudz pārsteidzošu funkciju. Viens no tiem ir tieši zilā krāsa, kas rodas atmosfērā esošā metāna dēļ, kas absorbē sarkano gaismu un atspoguļo zilo krāsu.

Urāns atmosfērā šķiet zils no metāna gāzes, kas absorbē sarkano gaismu un atspoguļo zilo gaismu.

Turklāt Urānam ir:

-Pats magnētiskais lauks ar asimetrisku izkārtojumu.

-Daudzi mēneši.

-Gredzenu sistēma ir sarežģītāka nekā Saturna.

Bet noteikti visspilgtākais ir retrogrāda rotācija uz pilnīgi slīpa rotācijas ass, tiktāl, ka Urāna stabi atrodas tur, kur atrodas pārējo ekvators, it kā tas pagrieztos uz sāniem.

2. attēls. Urāna rotācijas ass slīpums. Avots: NASA.

Starp citu, pretēji 1. attēlā minētajam, Urāns nav mierīga vai vienmuļa planēta. Zonde Voyager, kas ieguva attēlus, reti gāja garām mērenu laika apstākļu laikā.

Nākamais attēls parāda Urāna ass slīpumu 98 ° leņķī, salīdzinot visu planētu kopējo vērtību. Urānā tie ir stabi, kas visvairāk saņem siltumu no tālās Saules, nevis ekvatora.

3. attēls. Saules sistēmas planētu rotācijas asis. Avots: NASA.

Planētas galveno fizisko īpašību kopsavilkums

-Mass: 8,69 x 10 ²⁵ kg.

-Radio : 2,5362 x 10 ⁴ km

-Forma: saplacināta.

-Vidējais attālums līdz saulei: 2,87 x 10 ⁹ km

- Orbītas slīpums : 0,77 ° attiecībā pret ekliptikas plakni.

-Temperatūras: starp -220 un -205.2 ° C apmēram.

-Gravitācija: 8,69 m / s ²

-Par magnētisko lauku: Jā.

-Atmosfēra: Jā, ūdeņradis un hēlijs

-Blīvums: 1290 kg / m ³

-Satellīti: 27 ar līdzšinējo apzīmējumu.

-Gredzeni: Jā, apmēram 13 līdz šim atklāti.

Tulkošanas kustība

Urāns, tāpat kā lielās planētas, majestātiski griežas ap Sauli, un vienas orbītas pabeigšanai nepieciešami aptuveni 84 gadi.

4. attēls. Urāna orbīta (sarkanā krāsā) ap Sauli. Avots: Wikimedia Commons. Oriģinālās simulācijas = Tods K. Timberlake vietnes Easy Java Simulation autors = Fransisko Eskembrebs / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Urāna orbīta ir jūtami eliptiska un sākotnēji parādīja dažas neatbilstības orbītā, ko tai aprēķinājis Ņūtona un Keplera likumi. Lielais matemātiķis Pjērs de Laplass 1783. gadā to parādīja.

Pēc kāda laika, 1841. gadā, angļu astronoms Džons Koučs Adams ļoti pareizi ieteica, ka šīs neatbilstības varētu būt saistītas ar traucējumiem, ko izraisījusi kāda vēl joprojām neredzama planēta.

1846. gadā franču matemātiķis Urbains Le Verjers precizēja nezināmās planētas iespējamās orbītas aprēķinus un deva tos vācu astronutam Johannam Gotfrīdam Galle Berlīnē. Neptūns nekavējoties pirmo reizi parādījās savā teleskopā vietā, kuru norādījis franču zinātnieks.

5. attēls. Kreisajā sers Viljams Heršels (1738-1822) un labajā pusē Urbain Le Verrier (1811-1877). Avots: Wikimedia Commons.

Kad un kā novērot Urānu

Urānu ir grūti redzēt ar neapbruņotu aci, jo tas ir tik tālu no Zemes. Tam tik tikko ir 6 stiprums, kad tas ir spilgtākais, un diametrs ir 4 loka sekundes (Jupiters ir aptuveni 47 °, kad to vislabāk var redzēt).

Ar ļoti skaidrām tumšām debesīm, bez mākslīgām gaismām un iepriekš zinot, kur meklēt, iespējams, to var redzēt ar neapbruņotu aci.

Tomēr astronomijas fani to var atrast, izmantojot internetā atrodamas debess kartes un instrumentu, kas pat var būt labas kvalitātes binoklis. Tas joprojām izskatīsies kā zils punkts bez sīkumiem.

6. attēls. Urāns var tikt uzskatīts par nelielu zilu punktu ar teleskopa un debesu diagrammu palīdzību. Avots: Pexels.

Lai redzētu 5 lielākos Urāna mēnešus, ir nepieciešams liels teleskops. Ziņas par planētu varēja novērot ar vismaz 200 mm teleskopu. Mazāki instrumenti atklāj tikai niecīgu zaļgani zilu disku, tomēr ir vērts mēģināt to redzēt, zinot, ka tur, tik tālu, tas slēpj tik daudz brīnumu.

Urāna gredzeni

1977. gadā Urāns gāja garām zvaigznei un to paslēpa. Šajā laikā zvaigzne pāris reizes mirkšķināja, pirms un pēc slēpšanas. Mirgošanu izraisīja gredzenu pāreja, un šādā veidā trīs astronomi atklāja, ka Urānam ir 9 gredzenu sistēma, kas atrodas ekvatora plaknē.

Visām ārējām planētām ir gredzenu sistēma, kaut arī neviena nepārsniedz Saturna gredzenu skaistumu, tomēr Urāna tās ir ļoti interesantas.

Zonde Voyager 2 atrada vēl vairāk gredzenu un ieguva izcilus attēlus. Habla kosmiskais teleskops 2005. gadā atklāja arī vēl 2 ārējos gredzenus.

Urāna gredzenus veido tumša viela, iespējams, ieži ar augstu oglekļa saturu un tikai visattālākie gredzeni ir bagāti ar putekļiem.

Gredzeni tiek uzturēti formā, pateicoties Urāna ganu pavadoņiem, kuru gravitācijas iedarbība nosaka to formu. Tie ir arī ļoti plāni, tāpēc satelīti, kas tos ganās, ir diezgan mazi pavadoņi.

Gredzenu sistēma ir diezgan trausla un ne pārāk izturīga struktūra, vismaz no astronomisko laiku viedokļa.

Daļiņas, kas veido gredzenus, nepārtraukti saduras, berze ar Urāna atmosfēru tās sasmalcina, un arī pastāvīgais saules starojums tos pasliktina.

Tāpēc gredzenu noturība ir atkarīga no jauna materiāla, kas tos sasniedz, kas rodas no satelītu sadrumstalotības triecieniem ar asteroīdiem un komētām. Tāpat kā Saturna gredzeni, astronomi uzskata, ka tie ir neseni un ka to izcelsme ir tieši šajās sadursmēs.

7. attēls. Starp Urāna gredzeniem un ganu pavadoņiem ir ļoti cieša saistība, tas ir bieži uz planētām ar gredzenu sistēmām. Avots: Wikimedia Commons. Trassiorf / Publiskais īpašums.

Rotējoša kustība

Starp visām Urāna iezīmēm tas ir pārsteidzošākais, jo šai planētai ir retrogrāda rotācija; tas ir, tas strauji griežas pretējā virzienā tam, kā rīkojas citas planētas (izņemot Venēru), un vienas revolūcijas veikšanai vajadzīgas nedaudz vairāk kā 17 stundas. Šāds ātrums ir pretrunā ar Urāna izmēru, jo tas pārvietojas pa savu orbītu.

Turklāt rotācijas ass ir noliekta tā, ka planēta šķietami griežas līdzeni, kā parādīts animācijā 2. attēlā. Planētu zinātnieki uzskata, ka kolosāls trieciens planētas rotācijas asi novirzīja uz pašreizējo stāvokli.

8. attēls. Urāna ass retrogrāda rotācija un slīpums ir radies kolosālas ietekmes dēļ, kas notika pirms miljoniem gadu. Avots: NASA.

Gadalaiki Urānā

Šīs īpatnējās tieksmes dēļ gadalaiki Urānā ir patiešām ekstrēmi un rada lielas klimatiskās atšķirības.

Piemēram, saulgriežu laikā viens no stabiem norāda tieši uz Sauli, bet otrs norāda uz kosmosu. Ceļotājs apgaismotajā pusē novērotu, ka 21 gadu laikā saule nedz uzlec, nedz lec, kamēr pretējais stabs ir iegrimis tumsā.

Gluži pretēji, ekvinokcijā Saule atrodas uz planētas ekvatora, un tad tā ceļas un loocējas visas dienas garumā, kas ilgst aptuveni 17 stundas.

Pateicoties zondei Voyager 2, ir zināms, ka Urāna dienvidu puslode šobrīd virzās uz ziemu, bet ziemeļi virzās uz vasaru, kas notiks 2028. gadā.

9. attēls. Hipotētiskā ceļotāja redzamās Urāna sezonālās izmaiņas. Avots: Sēklas, M. Saules sistēma.

Tā kā Urānam ir nepieciešami 84 gadi, lai orbitāli šķērsotu Sauli un atrodoties tik tālu no Zemes, saprotams, ka daudzas no planētas klimatiskajām variācijām joprojām nav zināmas. Lielākā daļa pieejamo datu nāk no iepriekšminētās 1986. gada Voyager misijas un novērojumiem, kas veikti ar Habla kosmisko teleskopu.

Sastāvs

Urāns nav gāzes gigants, bet gan ledus gigants. Raksturlielumiem veltītajā sadaļā bija redzams, ka Urāna blīvums, kaut arī tas ir zemāks nekā akmeņainajām planētām, piemēram, Zemei, ir lielāks nekā Saturnam, kas varētu labi peldēt uz ūdens.

Patiesībā liela daļa Jupitera un Saturna ir šķidri, nevis gāzveida, bet Urāns un Neptūns satur lielu daudzumu ledus, ne tikai ūdeni, bet arī citus savienojumus.

Un tā kā Urāna masa ir mazāka, spiedieni, kas izraisa šķidrā ūdeņraža veidošanos, kas ir tik raksturīgi Jupiteram un Saturnam, tajā netiek ražoti. Kad ūdeņradis atrodas šādā stāvoklī, tas uzvedas kā metāls, kas izraisa šo divu planētu spēcīgos magnētiskos laukus.

Urānam ir arī savs magnētiskais lauks, kura diagramma ir parādīta 12. attēlā, lai gan dīvaini, ka lauka līnijas neiziet cauri tā centram, kā tas ir Zemei, bet šķiet, ka tās rodas citā vietā, kas no turienes ir pārvietots.

Tātad Urāna atmosfērā ir molekulārais ūdeņradis un hēlijs ar nelielu metāna daudzumu, kas ir atbildīgs par tā zilo krāsu, jo šis savienojums absorbē sarkano viļņu garumu.

Planētas ķermeni kā tādu veido ledus, ne tikai ūdens, bet arī amonjaks un metāns.

Šis ir laiks, lai izceltu svarīgu detaļu: kad planētu zinātnieki runā par "ledu", viņi neatsaucas uz sasaldēto ūdeni, ko mēs ieliekam dzērienos, lai tos atdzesētu.

Saldēto milzu planētu "ledus" ir pakļauts lielam spiedienam un augstām temperatūrām, vismaz vairākiem tūkstošiem grādu, tāpēc tam nav nekā kopīga ar to, kas tiek glabāts ledusskapjos, izņemot sastāvu.

Briljanti uz Urāna

Vai ir iespējams izgatavot dimantus no metāna? Laboratorijas pētījumi, kas veikti Vācijā Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf laboratorijā, liecina, ka tas tā ir, ja vien ir atbilstoši spiediena un temperatūras apstākļi.

Un šie nosacījumi pastāv iekšpusē Urāna, tā datorsimulācijas liecina, ka metāns CH ₄ dissociates lai veidotu citiem savienojumiem.

Ogleklis, kas atrodas metāna molekulās, izgulsnējas un pārvēršas ne mazāk kā dimantā. Virzoties uz planētas iekšpusi, kristāli izdala berzes siltumu un uzkrājas planētas kodolā (skat. Nākamo sadaļu).

Tiek lēsts, ka šādi izveidoti dimanti varētu sasniegt pat 200 kg, kaut arī maz ticams, ka tas vismaz tuvākajā laikā to apstiprinās.

Iekšējā struktūra

Zemāk parādītajā diagrammā mums ir Urāna un tā slāņu struktūra, kuru sastāvs īsumā tika pieminēts iepriekšējā sadaļā:

-Augšējā atmosfēra.

-Vidējais slānis, kas bagāts ar molekulāro ūdeņradi un hēliju, kopumā atmosfēras biezums ir aptuveni 7500 km.

- Uz ledus balstīta mantija (kas mēs jau zinām, ka tā nav kā parastais ledus uz Zemes), kuras biezums ir 10 500 km.

- Akmeņaina serde, kas izgatavota no dzelzs, niķeļa un silikātiem ar rādiusu 7500 km.

"Akmeņainais" materiāls kodolā nav līdzīgs arī iežiem uz Zemes, jo planētas centrā spiediens un temperatūra ir pārāk augsti, lai šie "ieži" atgādinātu tos, kurus mēs zinām, bet vismaz ķīmiskais sastāvs tam nevajadzētu būt atšķirīgam.

10. attēls. Urāna iekšējā struktūra. Avots: Wikimedia Commons.

Dabiski Urāna pavadoņi

Urānam līdz šim ir 27 izraudzīti pavadoņi, kas nosaukti pēc varoņiem Viljama Šekspīra un Aleksandra pāvesta darbos, pateicoties Džona Heršela, Viljama Heršela, planētas atklājēja, dēlam.

Ir 5 galvenie pavadoņi, kas tika atklāti ar teleskopa novērojumu palīdzību, taču nevienā no tiem nav atmosfēras, lai gan ir zināms, ka tiem ir sasalis ūdens. Visi no tiem ir diezgan mazi, jo to apvienotā masa nesasniedz pusi no Tritona, kas ir viens no Neptūna pavadoņiem, Urāna dvīņu planētas.

Lielākais no tiem ir Titānija, kuras diametrs ir 46% no Mēness diametra, kam seko Oberons. Abus satelītus pats Viljams Heršels atklāja 1787. gadā. Arielu un Umbrielu 19. gadsimta vidū atklāja Viljams Lāsels, amatieru astronoms, kurš arī uzbūvēja savus teleskopus.

Mirandu, piekto lielāko Urāna mēness, ar tikai 14% no Mēness diametra, 20. gadsimtā atklāja Džerards Kuipers. Starp citu, ar šī ievērojamā astronoma vārdu Kuipera josta tika kristīta arī Saules sistēmas robežās.

11. attēls. Urāna 5 galvenie mēneši, pati planēta un mazais mēness Ripa. No kreisās un labās puses Urāns zilā krāsā, Ripa, Miranda, Ariels, Umbriela, Titānija lielākais un Oberons. Avots: Wikimedia Commons.

Miranda virsma ir ārkārtīgi nelīdzena iespējamās ietekmes un neparastās ģeoloģiskās aktivitātes dēļ.

Pārējie satelīti ir mazāki un ir zināmi no Voyager 2 un Habla kosmiskā teleskopa. Šie pavadoņi ir ļoti tumši, iespējams, daudzo triecienu dēļ, kas iztvaicēja materiālu uz virsmas un koncentrēja to uz tā. Arī intensīvas radiācijas dēļ, kurai tie tiek pakļauti.

Dažu no tiem vārdi un viņu darbība gredzenu sistēmas uzturēšanai ir parādīti 7. attēlā.

Urāna satelītu kustību regulē plūdmaiņas spēki, tāpat kā Zemes un Mēness sistēma. Tādā veidā satelītu rotācijas un tulkošanas periodi ir vienādi, un tie vienmēr rāda to pašu planētas seju.

Magnētiskais lauks

Saskaņā ar Voyager 2. zondes magnetometriju Urānam ir magnētiskais lauks ar aptuveni 75% no Zemes intensitātes. Tā kā planētas iekšpuse neatbilst nepieciešamajiem nosacījumiem metāliska ūdeņraža ražošanai, zinātnieki uzskata, ka ir vēl viens vadošs šķidrums, kas ģenerē lauku.

Šis attēls parāda Jovian planētu magnētiskos laukus. Visi lauki zināmā mērā atgādina tos, ko rada stieņa magnēts vai magnētiskais dipols, arī Zemes centrā.

Bet Urāna dipols neatrodas centrā un nav arī Neptūna, bet drīzāk ir nobīdīts pret dienvidu polu un Urāna gadījumā ir ievērojami slīps attiecībā pret rotācijas asi.

12. attēls. Jovijas planētu magnētiskā lauka shēma. Urāna lauks ir nobīdīts no centra, un ass veido asu leņķi ar rotācijas asi. Avots: Sēklas, M. Saules sistēma.

Ja Urāns rada magnētisko lauku, ir jābūt dinamo efektam, pateicoties kustīgam šķidrumam. Eksperti uzskata, ka tā ir diezgan dziļa ūdenstilpe ar izšķīdušu metānu un amonjaku.

Ar spiedienu un temperatūru urāna iekšienē šis šķidrums būtu labs elektroenerģijas vadītājs. Šī kvalitāte, kā arī strauja planētas rotācija un siltuma pārvade ar konvekciju ir faktori, kas spēj radīt magnētisko lauku.

Misijas uz Urānu

Urāns ir ārkārtīgi tālu no Zemes, tāpēc sākumā izpēte notika tikai caur teleskopu. Par laimi zonde Voyager bija pietiekami tuvu, lai apkopotu nenovērtējamu informāciju par šo planētu, kas līdz šim nebija zināma.

Tika uzskatīts, ka Cassini misija, kas tika uzsākta, lai pētītu Saturnu, varētu sasniegt Urānu, taču, kad beidzās tā degviela, atbildīgie par misiju lika tai pazust Saturna iekšienē 2017. gadā.

Zondi saturēja radioaktīvie elementi, kas, ja tā ietriecās Titānā, vienā no Saturna pavadoņiem, varēja būt piesārņojuši šo pasauli, kurai varbūt ir sava veida primitīvā dzīve.

Habla kosmiskais teleskops piedāvā arī svarīgu informāciju un atklāja jaunu gredzenu esamību 2005. gadā.

Pēc Voyager misijas tika ierosinātas dažas misijas, kuras nevarēja veikt, jo Marsa un pat Jupitera izpēte tiek uzskatīta par kosmosa aģentūru prioritāti visā pasaulē.

Voyager

Šī misija sastāvēja no divu zondu palaišanas: Voyager 1 un Voyager 2. Principā viņi gatavojās sasniegt tikai Jupiteru un Saturnu, bet pēc šo planētu apmeklēšanas zondes turpināja virzīties uz ledainajām planētām.

Voyager 2 sasniedza Urānu 1986. gadā, un liela daļa datu, kas mums līdz šim ir, nāk no šīs zondes.

Tādā veidā tika iegūta informācija par atmosfēras sastāvu un slāņu struktūru, tika atklāti papildu gredzeni, izpētīti galvenie Urāna pavadoņi, atklāti vēl 10 mēneši un izmērīts planētas magnētiskais lauks.

Tas arī nosūtīja daudzus augstas kvalitātes attēlus - gan planētas, gan tās pavadoņu virsmas, kas bija pilni ar trieciena krāteriem.

Pēc tam zonde devās Neptūna virzienā un beidzot nonāca starpzvaigžņu telpā.

Atsauces

1. N + 1. Urānā un Neptūnā līst 200 kilogramu dimantu. Atgūts no: nmas1.org.
2. Pauels, M. Ar neapbruņotu aci planētas nakts debesīs (un kā tās identificēt). Atgūts no: nakedeyeplanets.com.
3. Sēklas, M. 2011.Saules sistēma. Septītais izdevums. Cengage mācīšanās.
4. Wikipedia. Planētu gredzens. Atgūts no: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d'Uranus. Atgūts no: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Urāna izpēte. Atgūts no: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Urāns (planēta). Atgūts no: es.wikipedia.org.