Планета Уран: интересные факты о тайнах "зелёной" планеты. Солнечная система

Уран является планетой, которая входит в состав Солнечной системы. Он занимает седьмую позицию от Солнца и имеет третий размер по радиусу среди планет Солнечной системы. По массе этот объект занимает четвертое место.

Впервые зафиксирована планета была в 1781 году астрономом с Англии Уильямом Гершелем. Название получила в честь бога неба в древней Греции Урана, который был сыном Кроноса и внуком самого Зевса.

Нужно отметить, что Уран является первой планетой, которую открыли в новое время с применением телескопа. Это открытие было первым открытием планеты с античных времен, что позволило расширить известные границы Солнечной системы. Несмотря на то что планета имеет достаточно большие размеры, ее ранее видели с Земли, но воспринимали как звезду со слабым свечением.

Сравнивая Уран с такими газовыми гигантами, как Юпитер и Сатурн, которые состоят из гелия и водорода, можно отметить, что в нем отсутствует водород в металлической форме. В составе планеты находится много льда в различных модификациях. В этом Уран очень схож с Нептуном, эти планеты ученые относят в отдельные категории под названием «ледяные гиганты». Все же атмосфера урана состоит из гелия и водорода, не так давно в атмосфере планеты был найден метан и добавки углеводородов. Атмосфера имеет ледяные облака, которые состоят из водорода и аммиака в твердой форме.

Необходимо отметить, что Уран является планетой с самой холодной атмосферой во всей Солнечной системе. Самые низкие зафиксированные данные температуры равны −224 °C. За счет этого ученые полагают, что атмосфера планеты состоит из нескольких слоев облаков, в которых водный горизонт занимает нижние слои, а верхний слой представлен метаном. Что касается недр планеты, то они состоят из горных пород и льда.

Как и все гиганты Солнечной системы, Уран также имеет магнитосферу и систему колец вокруг планеты. Этот объект имеет 27 постоянных спутников, которые отличаются диаметром и орбитами движения. Особенностью планеты является горизонтальное положение оси вращения, за счет этого планета лежит сбоку относительно Солнца.

Первые качественные снимки Урана человечество получило в 1986 году с применением аппарата «Вояжер-2». Снимки были сделаны с достаточно близкого расстояния, на них изображена невыразительная планета, на которой не видно облачных полос или штормов. Современные исследования доводят, что планета имеет сезонные изменения в атмосфере, также часто бывают штормы со скоростью движения ветра до 900 км/ч.

Открытие планеты

Наблюдение за Ураном было начато задолго до открытия У. Гершеля, поскольку наблюдатели думали, что это звезда. Первые документальные данные наблюдения за объектом датируются 1660 годом, их проводил Джон Флемстид. После этого в 1781 году изучением объекта занимался Пьер Моньер, который наблюдал планету более 12 раз.

Гершель является ученым, который впервые сделал вывод, что это планета, а не звезда. Свои наблюдения ученый начинал, изучая параллакс звезд, при этом он использовал телескоп собственного изготовления. Первое наблюдение за ураном Гершель осуществил 13.03.1781 года в саду возле собственного дома в городе Бат, который находится в Великобритании. При этом ученый в журнале сделал такую запись: «рядом со звездой ζ созвездия тельца находится туманная звезда или комета». Через 4 дня ученый сделал еще одну заметку: «при поиске наблюдаемой звезды или кометы оказалось, что объект поменял положение, а этого говорит, что это комета».

Дальнейшие наблюдения объекта при большом увеличении на телескопе показывали комету как размытое пятно, которое было слабо различимо, хотя при этом окружающие звезды были выразительными и яркими. Повторные исследования говорили, что это комета. В апреле этого же года ученый получил исследования коллеги с Королевского сообщества астрономов Н. Маскелайна, который говорил, что им не было найдено ни головы, ни хвоста в этой комете. За счет этого можно сделать вывод, что это либо комета с очень вытянутой орбитой, либо же еще одна планета.

Гершель продолжал описание как кометы, но в то же время большинство исследователей подозревали о другой природе объекта. Таким образом, Российским астрономом А.И. Лекселем было рассчитано расстояние к объекту, которое превышало расстояние от Земли к Солнцу и равно 4 астрономическим единицам. Также немецкий астроном И. Боде предположил, что открытый Гершелем объект может быть звездой, которая двигается далее орбиты Сатурна, кроме того, ученый отметил, что орбита движения очень схожа с планетарными орбитами. Окончательное подтверждение планетарной природы объекта сделал Гершель в 1783 году.

За это открытие Гершель был удостоен пожизненной стипендии от короля Георга III в размере 200 фунтов, с одним условием, что ученый переедет ближе к королю, чтобы он и его семья имели возможность наблюдать космические объекты в телескоп ученого.

Название планеты

За счет того, что Гершель является первооткрывателем планеты, он был удостоен чести от королевского сообщества астрономов назвать планету. Первоначально ученый хотел назвать планету в честь короля Георга III как «Звезда Георга», на латыни это «GeorgiumSidus». Данное название объяснялось тем, что в то время не было актуально называть планету в честь древнего бога, кроме того, это даст ответ на вопрос о том, когда была открыта планета, на который можно было ответить, что открытие выпадает на время правительства короля Георга III.

Также было предложение от французского ученого Ж. Ланда назвать планету в честь открывателя. Поступали предложения назвать в честь мифологической жены Сатурна, а именно Кибелой. Название Уран предложил немецкий астроном Боде, который мотивировал название тем, что этот бог был отцом Сатурна. Уже через год после смерти Гершеля первоначальное название «Георг» практически нигде не встречалось, хотя в Великобритании планету называли так порядка 70 лет.

Окончательно название Уран за планетой закрепилось с 1850 года, когда оно было закреплено в альманахе Его Величества. Нужно отметить, что Уран - единственная планета, название которой взято с римской мифологии, а не с греческой.

Вращение планеты и ее орбита

Планета Уран удалена от Солнца на расстояние в 2,8 миллиардов километров. Планета делает полный оборот вокруг Солнца за 84 земных года. Уран и Землю разделяют от 2,7 и до 2,85 миллиардов лет. Полуось орбиты планеты составляет 19,2 а.е. что равно почти 3 миллиардам километров. На таком расстоянии солнечное излучение равно 1/400 от Земной орбиты. Элементы орбиты Урана впервые были исследованы Пьером Лапласом. Дополнительные уточнения в расчеты внес Джон Адамс в 1841 году, он также уточнил гравитационное воздействие.

Период, за который Уран делает оборот вокруг собственной оси, равен 17 часам и 14 минутам. Как на всех планетах-гигантах, на Уране образуются мощные ветра, которые дуют параллельно вращению планеты. Данные ветра достигают скорости в 240 м/c. В силу этого некоторые детали атмосферы, расположенные в южных широтах, делают полный оборот вокруг планеты за 14 часов.

Наклон оси

Особенностью планеты является наклон оси вращения к плоскости орбиты, этот наклон равен углу в 97,86°. За счет этого планета при вращении лежит на боку и вращается ретроградно. Это положение отличает планету от других, времена года здесь наступают совсем иным образом. Вращение всех планет Солнечной системы можно сравнить с движением волчка, а вращение Урана больше схоже с катящимся шаром. Ученые предполагают, что подобный наклон планеты был за счет столкновения планеты с планетозималью еще во время формирования Урана.

При солнцестоянии на Уране один из полюсов повернут полностью к Солнцу, при этом на экваторе происходит очень быстрая смена дня и ночи, а противоположного полюса не достигают солнечные лучи. Через половину уранского года наступает противоположная ситуация, поскольку планета поворачивается к Солнцу другим полюсом. Интересным фактом является то, что каждый из полюсов Урана по 42 земных года находится в полной темноте, а потом 42 года освещен Солнцем.

Несмотря на то что полюса планеты получают максимальное количество тепла, все же на экваторе температура постоянно выше. Почему так происходит, до сих пор ученым не известно. Также положение оси остается загадкой, учеными выдвинуты только несколько гипотез, которые так и не подтверждены научными фактами. Наиболее популярной гипотезой наклона оси Урана является то, что во время формирования планет Солнечной системы в Уран врезалась так называемая протопланета, которая имела размер приблизительно такой же, как и Земля. Но это не объясняет, почему ни один спутник планеты не имеет такого наклона оси. Также существует теория, по которой планета имела большой спутник, раскачавший ось планеты, а в дальнейшем он был утерян.

Видимость планеты

На протяжении более десяти лет, с 1995 года по 2006 год, визуальная звездная величина планеты Уран колебалась от +5,6m и до +5,9 m, это позволяло созерцать планету с Земли без применения оптических приборов. В это время угловой радиус планеты колебался от 8 и до 10 угловых секунд. При чистом ночном небе Уран можно обнаружить невооруженным глазом, при использовании бинокля планета видна даже с городских условий. Наблюдая за объектом с применением любительского телескопа, можно рассмотреть диск бледно-голубого цвета, который имеет потемнение по краям. Используя мощные телескопы с объективом в 25 сантиметров, можно разглядеть даже самый большой спутник планеты под названием Титан.

Физические характеристики Урана

Планета в 14,5 раза тяжелее Земли, при этом Уран является наименее массивным среди всех планет-гигантов, которые входят в Солнечную систему. Но плотность планеты незначительна и равна 1,270 г/см³, что позволяет занять второе место среди планет с наименьшей плотностью после Сатурна. Несмотря на то что диаметр планеты больше чем у Нептуна, масса Урана все же меньше. Это в свою очередь подтверждает выдвинутую учеными гипотезу, что Уран состоит изо льдов метана, аммиака и воды. Гелий и водород в составе планеты занимают незначительную часть от основной массы. По гипотезам ученых горные породы составляют ядро планеты.

Говоря о строении Урана, принято разделять его на три основные составляющие части: внутренняя часть (ядро) представлено каменными породами, средняя состоит из нескольких ледяных оболочек, а наружная представлена гелиево-водородной атмосферой. На ядро планеты выпадает приблизительно 20% радиуса Урана, на ледяную мантию – 60%, остальные 20% занимает атмосфера. Наибольшую плотность имеет ядро планеты, где она достигает показателя в 9 г/см³, кроме того, эта область имеет большое давление, доходящее до отметки в 800 Гпа.

Необходимо уточнить, что ледяные оболочки не имеют общепринятой физической формы льда, они состоят из плотной жидкости, которая имеет очень высокую температуру. Это вещество является смесью метана, воды и аммиака, оно обладает отличными электропроводными качествами. Описанная схема строения не является однозначно принятой и доказанной на 100%, в силу этого выдвигаются и другие варианты строения Урана. Современная техника и методы изучения не могут однозначно дать ответ на все интересующие человечество вопросы.

Все же планету принято воспринимать как сфероид сплющенной формы, который имеет радиус у полюсов около 24,55 и 24,97 тысяч километров.

Особенностью Урана также являются значительно меньшие показатели внутреннего тепла, чем у других планет-гигантов. Ученым еще не удалось выяснить причину низкого теплового потока этой планеты. Даже во многом схожий и меньший Нептун излучает в 2,6 раза больше тепла в космическое пространство, чем поступает от Солнца. Тепловое излучение Урана очень слабое и достигает показателя в 0,047 Вт/м², это в 0,075 Вт/м² меньше, чем излучает Земля. Более детальные исследования показали, что планета излучает около 1% тепла, которое получает от Солнца. Самые низкие температуры на Уране были зафиксированы в тропопаузе и равны 49 К, данный показатель делает планету самой холодной во всей Солнечной системе.

В силу отсутствия большого теплового излучения ученым очень сложно высчитать температуру недр планеты. Все же выдвигаются гипотезы о подобности Урана к другим гигантам Солнечной системы, в недрах этой планеты может быть вода в жидком агрегатном состоянии. За счет этого можно делать выводы, что на Уране возможно существование живых организмов.

Атмосфера Урана

Несмотря на то что планета не имеет привычной твердой поверхности, достаточно сложно говорить о распределении на поверхность и атмосферу. Все же наиболее удаленную часть от планеты считают атмосферой. По предварительным подсчетам ученых следует полагать, что атмосфера удалена от основной части планеты на расстояние в 300 километров. Температура данного слоя равна 320 К при давлении в 100 бар.

Корона атмосферы Урана в два раза превышает диаметр планеты от поверхности. Атмосфера планеты разделена на три слоя:

• Тропосфера с давлением около 100 бар, занимает промежуток от -300 и до 50 километров.
• Стратосфера имеет давление от 0,1 до 10−10 бар.
• Термосфера, или корона, удалена от поверхности планеты на 4-50 тысяч километров.

В составе атмосферы Урана находятся такие вещества, как водород в молекулярном состоянии и гелий. Нужно отметить, что гелий находится не в середине планеты, как у других гигантов, а в атмосфере. Третьей основной составляющей атмосферы планеты является метан, который можно увидеть в инфракрасном спектре, но с высотой его доля значительно снижается. Верхние слои также имеют такие вещества, как этан, диацетилен, углекислый и угарный газ, частицы водяной пары.

Кольца Урана

Эта планета имеет целую систему колец, которые слабо выражены. Они состоят из темных частиц очень малого диаметра. Современные технологии позволили ученым более детально ознакомиться с планетой и ее структурой, при этом было зафиксировано 13 колец. Наиболее ярким является кольцо ε. Кольца планеты относительно молоды, данный вывод можно сделать за счет малого расстояния между ними. Формирование колец проходило параллельно с формированием самой планеты. Существуют предположения, что кольца могли быть сформированы из частиц спутников Урана, которые были разрушены при столкновении между собой.

Первые упоминания о кольцах были сделаны Гершелем, но это вызывает сомнения, поскольку на протяжении двух веков никто не видел колец вокруг планеты. Официальное подтверждение присутствия колец в Уране было сделано только 10.03.1977 года.

Спутники Урана

Уран имеет 27 постоянных естественных спутников, которые отличаются меду собой диаметром, составом и орбитами вращения вокруг планеты.

Самые крупные естественные спутники Урана:

• Умбриэль;

Названия спутников планеты были подобраны из произведений А. Поупа и У. Шекспира. Несмотря на большое количество спутников, их общая масса очень мала. Масса всех спутников Урана наполовину меньше массы Тритона - спутника Нептуна. Самый большой спутник Урана под названием Титания имеет радиус всего в 788,9 километров, а это половина радиуса нашей Луны. Большинство спутников имеют низкое альбедо, за счет того, что они состоят изо льдов и горных пород в соотношении 1:1.

Среди всех спутников самым молодым считают Ариэль, поскольку его поверхность имеет наименьшее количество ударных кратеров от метеоритов. А самым старым спутником считают Умбриэль. Интересным спутником является Миранда из-за большого количества каньонов глубиной до 20 километров, которые меняются хаотическими террасами.

Современные технологии не позволяют человечеству обрести ответы на все вопросы, касающиеся Урана, но все же нам уже много известно, и на этом исследования не заканчиваются. В ближайшем будущем планируется запуск космических аппаратов к планете. В планах НАСА существует проект запуска в 2020 году под названием Uranusorbiter.

Это третий по размерам из четырех газовых гигантов. Он был обнаружен в 1871 году Фредериком Уильямом Гершельем.
Уран удивителен тем, что это единственная планета в Солнечной системе, которая имеет ось, лежащую в плоскости движения планет вокруг Солнца, и кольца, перпендикулярны к этой плоскости.
Если это представить, то Уран вращается лежа на боку.
Планета делает один оборот за 84 земных года. Смена времен года происходит только на небольшой территории возле полюсов. Так 42 года на одном полюсе лето, через 42 года лето на другом полюсе, а на противоположном, соответственно – зима.

Холодная зона, сторона планеты, которая обращена в сторону от солнца имеет температуру от -271 ° С до -268 ° С (от 2 до 5 К), в то время как температура на стороне планеты, обращенной к Солнцу, имеет температуру -213 ° С.
Это официально принятые данные. Но с другой стороны – планета является газовым гигантом, и у нее просто нет некой четко обозначенной поверхности.
Сначала идет газ, далее ближе к центру планеты – жидкость или сжиженный газ под действием давления и возможно еще ближе к центру есть твердая порода, но которая существует и образовалась только благодаря колоссальному давлению на нее.
Атмосфера планеты состоит из водорода и гелия, есть следы метана и других углеводородов.
Уран вращается вокруг Солнца на расстоянии 2 871 млн. км. Вращение вокруг своей оси занимает около 17 часов, это меньше, чем вращение и .
Масса планеты составляет пятнадцать масс , а плотность 1,2 г / см 3 .
Радиус планеты составляет примерно 26200 км.
Планета имеет голубой цвет, - этот цвет планете придает метан, содержащийся в ее атмосфере.

В недрах Урана различают три зоны: горячее ядро с радиусом 7500 км, состоящим из железа и силикатов. Оболочка-мантия 10000 км изо льда, воды, метана и аммиака.
Поверхностный слой состоит из гелия, водорода и метана.
Уран, в отличие от Юпитера и Сатурна не имеют внутреннего интенсивного источника теплового излучения.

С 1977 года, были открыты девять колец вокруг Урана. Зонд «Вояджер» подтвердил их существование, и обнаружили еще два. Эти одиннадцать колец располагаются в промежутке 41800 и 51200 км от планеты.

Уран имеет 15 естественных спутников (по некоторым источникам - 17).

Основная информация об Уране.		Параметры Урана
Диаметр (км)	oк. 52 400 км	Масса (в соотношении с Землей)	14,53
Расстояние от Солнца (млн. км)	2871	Эксцентриситет орбиты	0,047
Орбитальная скорость (км / с)	6,81	Наклон оси вращения относительно эклиптики	0 * 46 `23 ``
Орбитальный период вокруг Солнца	84,018 лет	Температура поверхности	от - 271 o C до -213 o С
Период вращения вокруг своей оси	17 часов 15 минут	Количество спутников	17

Планета Уран - седьмая планета нашей Солнечной системы открыта она не так давно и изучена очень мало. Люди видели эту планету еще до открывшего ее Уильяма Гершеля. Но принимали ее за звезду. Именно поэтому планета Уран остается до сих пор огромной загадкой для землян. Огромной Уран называют еще и оттого, что это третья по величине планета системы, диаметр ее по экватору в четыре раза превышает земной, а по массе Уран в 14 раз тяжелее. Но при этом он самый легкий из гигантских планет, так как в основном состоит изо льда - аммиачного, метанового и водного. С Земли Уран видится голубым, так как в его атмосфере большое количество метана. По классификации это газообразная планета - гигант.

В отличие от других планет он вращается «лежа на боку», так как ось Урана имеет наклон более 98°.

История открытия

Первое упоминание планеты - запись английского ученого Джона Флемстида. В течение 1690 года он несколько раз наблюдал это небесное тело, но зафиксировал его только как звезду 34 созвездия Тельца. Уже в 18-ом веке французский астроном ле Моньер вел наблюдения за планетой почти 20 лет, по - прежнему считая ее звездой.

Уильям Гершель вообще вначале счел Уран кометой. В 1781 году он проводил наблюдения за созвездием Тельца и заметил: там, где согласно всем астрономическим картам того времени обязана быть пустота, имеется небесное тело. Объект медленно двигался относительно соседних звезд и был вполне отчетливо виден.

Уран - первая планета, обнаруженная при помощи телескопа. Модель этого телескопа находится в музее города Бат в Великобритании.

Изучая открытое небесное тело с разными линзами, Гершель пришел к выводу, что это не звезда, так как при приближении ее размер менялся. Но он не обнаружил ни хвоста, ни головы, что свойственно кометам. Но если кометы оставались в объективе телескопа четкими, то новый объект становился расплывчатым. При этом ученый смог уточнить орбиту движения, эллипсоидную и очень вытянутую.

В это же время астроном из России А. И. Лексель определил расстояние от Земли до объекта. Оно превысило в 18 раз расстояние от Солнца до Земли. Ни одной кометы на таком расстоянии в то время известно не было. Немецкий ученый Боде рекомендовал считать объект скорее планетой. Что и подтвердил окончательно в 1783 году сам Гершель. Это открытие принесло ему пожизненную стипендию в 200 тысяч фунтов и приглашение переехать в Виндзорский дворец. Король Англии желал лично разглядывать звезды в телескопы ученого.

Встал вопрос о названии новой планеты. Гершель, пользуясь правом первооткрывателя, предложил назвать ее планетой Георга, в честь английского короля, в эпоху правления которого и была обнаружена планета. Его коллеги-астрономы предлагали другие названия: Кибела, Гершель. Потом вспомнили, что новая планета вращается за Сатурном. По греческой мифологии отцом бога Сатурна являлся Уран, бог неба. Это название прижилось, хотя в Англии еще почти 70 лет планету называли Георгом. Окончательно название Уран официально принято в 1860 году Всемирным астрономическим обществом.

Уран - единственная планета нашей системы, чье название имеет корни в греческой, а не в римской мифологии.

Характеристики планеты

Уран имеет следующие характеристики:

• Масса - 8,69×1025 кг
• Уран второй по наименьшей плотности
• Диаметр экватора - 51118 км
• Диаметр на полюсе - 49946 км
• Вращается Уран по орбите со скоростью 6,8 км/сек
• Ускорение свободного падения около 9 м/сек 2
• Орбита наклонена к эклиптике i=0,773°
• Имеется 27 спутников
• Обнаружены кольца

Движение

Прежде всего, планета примечательна необычным движением вокруг Солнца. Ученые называют его «ретроградным». Все остальные планеты вращаются по орбитам волчком, за счет чего происходит смена дня и ночи. А Уран катится как мяч в боулинге, поэтому на нем и времена года, и день - ночь меняются совершенно иначе. Время суток (в понимании землян) там меняется только на экваторе. Солнце там располагается очень низко, как в земных приполярных широтах. Происходит это раз в 17 часов 50 минут по земному времени.

На полюсах Урана смена дня и ночи происходит один раз в 42 года. Ученые предположили, что такой наклон оси и соответствующая смена времен стала последствием столкновения с космическим объектов миллиарды лет назад, еще в период возникновения Урана.

Год на Уране длится 84,5 земных лет. В полярных областях при этом холоднее, чем на экваторе, хотя света от Солнца там больше. Объяснить это ученые пока не могут.

Атмосфера и строение

Выводы о строении планеты и об ее атмосфере делались учеными на основании спектрографических наблюдений и фотографий с зондов. Точно известно, что в недрах Урана нет металлического водорода. Они состоят из горных пород и льда метана, аммиака. Основа атмосферы – гелий и водород. Планету окутывает несколько слоев облаков состоящих из различных газов, молекулярного водорода и льда.

На Уране самая холодная, из всех планет Солнечной системы, атмосфера (-224°С). В этом «заслуга» удаленности от Солнца и почти полном отсутствии внутреннего тепла. При этом это самая беспокойная атмосфера во всей Солнечной системе.

Поверхность планеты трехслойная: скалистое ядро, мантия изо льда и газообразная оболочка из гелия и водорода. Почти 3% составляет метан, придающий планете голубую окраску. В верхних слоях обнаружены окись и двуокись водорода.

Это только гипотетическая модель. Существует как минимум еще три, одна из которых вообще не признает твердых пород на Уране. До сих пор ученые не смогли дать однозначной картины строения седьмой планеты. Многое зависит от точного процентного состава, геофизики и геологии планеты. Такие исследования планируются только в 20-х или 30-х годах нашего века. Ожидается, что будут впервые получены химические пробы прямиком из всех слоев атмосферы.

Спутники

Спутников у планеты много. Хотя некоторая их часть была когда - то захвачена гравитацией Урана и распалась. Самый большой спутник Титания, чуть меньше Оберон. Оба были открыты Гершелем. За ними следуют Умбриэль, Ариэль и Миранда. Из них только Миранда целиком состоит изо льда, остальные - смесь льда и горных пород. Часть спутников движется внутри колец планеты, поэтому называется внутренними.

Всем спутникам Урана достались имена в честь героев произведений Уильяма Шекспира. Это тоже дань первооткрывателю из Англии.

Кольца

Пусть они не такие яркие, как у Сатурна, но они тоже имеются вокруг Урана. Такие кольца характерны для газовых планет. Они темные и тусклые, состоят из крошечных темных частиц размером не более метра. Зато эти кольца были обнаружены вторыми, после аналогичных колец Сатурна.

Еще Гершель утверждал, что видел их, но так как телескопы того времени были слабыми, ему не поверили. Подтвердили его правоту уже в восьмидесятых годах двадцатого века американские астрономы. Они увидели эти кольца с помощью бортовой обсерватории, причем совершенно случайно - по плану должно было проводится наблюдение за атмосферой Урана. На сегодняшний день подтверждено наличие 13 колец. Они значительно моложе планеты, образовались уже после ее возникновения, по предположениям это остатки захваченных спутников. Самое яркое – кольцо эпсилон. Его можно увидеть с Земли в любительском телескопе.

Исследования

После открытия Урана его изучение долгое время оставалось проблематичным из-за его громадной удаленности. Ученые могли наблюдать только самые крупные спутники, строить предположения о кольцах или атмосфере.

Только в двадцатом веке был запущен зонд «Вояджер - 2», который, стартовав в 1977 году, в 1986 году достиг планеты. Он передал первые снимки- невыразительная, тусклая поверхность, едва видная сквозь облака. Миссия «Вояджера - 2» состояла в изучении магнитного поля Урана, наблюдении за атмосферой. Так же аппарат изучал погоду, обнаружил два неизвестных ранее кольца и сделал снимки наиболее крупных спутников. Часть планеты осталась вне поля зрения ученых, так как зонд приблизился к освещенной Солнцем части планеты.

Больше полезных сведений дали наблюдения с помощью радиотелескопа «Хаббл» уже в девяностые годы. Именно он первым зафиксировал атмосферные вихри Урана, обнаружил «темное пятно» в облаках и асимметрию в строении планеты.

Эти открытия позволили группе из 168 ученых начать подготовку к новому проекту. В настоящее время НАСА готовит к запуску аппарат Uranus Pathfinder. Зонд начнет путешествие на Земле и завершит его в районе Урана, где пройдет сквозь атмосферу и возьмет множество проб. Проект предполагает масштабное исследование внешней стороны Солнечной системы. Будут визуально обследованы гигантские области за Ураном. Предполагается, что аппарат стартует в 20-х годах. Миссия может растянуться до 15 лет, из которых почти 10 уйдет на полет к голубой планете.

• Уран на 80% состоит из различных жидкостей. Есть и вода, в виде сверхзамороженного льда.
• Эту планету вполне можно разглядеть даже невооруженным взглядом с Земли, необходимо только точно знать ее координаты и находиться подальше от города.
• Магнитное поле северного полушария Урана в десять раз сильнее, чем южного.
• Бури на поверхности планеты охватывают огромные площади, сопоставимые с размерами континентов на Земле.
• Это единственная планета системы, которая выделяет меньше тепла, чем ей дается Солнцем. Этот феномен до сих пор не нашел однозначного объяснения.
• Размер самого крупного спутника - Титании - вполовину меньше диаметра Луны.
• Уран составляет пару Венере, они вдвоем вращаются иначе, чем остальные планеты – с востока на запад относительно своей оси.
• Свет Солнца достигает поверхности Урана только спустя три часа.
• Это самая малоизученная планета нашей системы.
• Уран регулярно попадает в различные произведения культуры. Уже через три года после открытия на него перенесли действие сатирических памфлетов. Его включали в романы ведущие писатели-фантасты. Именно на Уране развивается сюжет фильма «Путешествие к седьмой планете», там оказываются герои сериалов «Космический патруль» и «Доктор Кто». Загадочный Уран дает полную свободу фантастическим комиксам, ярким аниме и популярным компьютерным играм.

Общие сведения

История открытия

Особенности вращения Урана

Химический состав, физические условия и строение Урана

Кольца Урана

Магнитосфера

Спутники Урана

Общие сведения

Уран - седьмая планета от Солнца и третья по размеру. Интересно, что Уран хоть и больше в диаметре, но меньше массой, чем Нептун. Уран иногда едва видим невооруженным глазом в очень ясные ночи; его нетрудно отождествить в бинокль (если Вы знаете точно, куда смотреть). Небольшой астрономический телескоп покажет небольшой диск

Расстояние от Солнца 2870990000 км (19.218 а.е.), экваториальный диаметр: 51,118 км, в 4 раза больше земного, масса: 8.686 . 10 25 кг, 14 масс Земли. Период обращения вокруг Солнца - 84 с четвертью года. Средняя температура на Уране - около 60-ти Кельвинов

Уран - старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, который был отцом Хроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов).

История открытия

Уран, первая планета, обнаруженная в новой истории, была открыта случайно В.Гершелем, когда он рассматривал небо в телескоп 13 марта 1781 года; сначала он подумал, что это была комета. Ранее, как позже выяснилось, планета неоднократно была наблюдаема, но принималась за обычную звезду (самая ранняя запись о “звезде” была сделана в 1690-м, когда Джон Флэмстид каталогизировал ее как 34-ю Тельца - одно из принятых обозначений звезд в созвездиях)

Гершель назвал планету “ Georgium Sidus ” (Планета Георга) в честь его покровителя, короля Англии Георга III ; другие называли ее планетой Гершеля. Имя же “Уран” было дано временно и взято по традиции из античной мифологии, а утвердилось оно лишь в 1850-м году

Уран был посещен только одним космическим кораблем: недалеко от Урана пролетал “Вояджер 2” . (Снимок вверху сделан с телескопа “Хаббл”). Корабль прошел в 81500 километрах от Урана 24-ого января 1986-го года. “Вояджер-2 “ предал тысячи изображений и других научных данных о планете, спутниках, кольцах, атмосфере, пространстве и магнитной среде, окружающих Уран. Различные инструменты изучали кольцевую систему, открывая мелкие детали прежде известных и двух вновь обнаруженных колец. Данные показали, что планета вращается с периодом 17 часов 14 минут. Космический корабль также обнаружил магнитосферу, которая велика настолько же, насколько и необычна.

Особенности вращения Урана

У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики (эклиптика - видимый годовой путь Солнца на небесной сфере), но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины “лежачего” обращения Урана неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана - северный. Разговор этот отнюдь не подобен спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же на самом деле сложилась такая ситуация с вращением Урана, очень многое значит в теории возникновения всей Солнечной системы, ведь почти все гипотезы подразумевают вращение планет в одну сторону. Если Уран образовался, лежа на боку, то это сильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы. Правда, сейчас все больше полагают, что такое положение Урана - результат столкновения с большим небесным телом, возможно крупным астероидом, на ранних стадиях формирования Урана

Химический состав, физические условия и строение Урана

Уран сформировался из первоначальных твердых тел и различных льдов (подо льдами здесь надо понимать не только водяной лед), он лишь на 15% состоит из водорода, а гелия нет почти совсем (в контраст Юпитеру и Сатурну, которые, по большей части, - водород). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Ветры в средних широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40-а до 160-ти метров в секунду; на Земле быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50-ти метров в секунду

Толстый слой (дымка) - фотохимический смог - обнаруживается вокруг освещенного Солнцем полюса. Освещенный Солнцем полушарие также излучает больше ультрафиолета. Инструменты “ Вояждера ” обнаружили отчасти более холодную полосу между 15 и 40-ка градусами широты, где температура на 2-3 K ниже

Синий цвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83% водорода, 15% гелия и 2% метана. Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Но они чрезвычайно плохо различимы и видимы только на снимках с большим разрешением, сделанные “Вояджером- 2” . Последние наблюдения с HST позволили рассмотреть большие облака. Есть предположение о том, что эта возможность появилась в связи с сезонными эффектами, ведь как не трудно сообразить, зима от лета на Уране сильно разняться: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца! Хотя, Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца, чем Земля, так что летом там тоже не бывает жарко. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чем получает от Солнца, следовательно, он холоден внутри?

Кроме того, оказывается, что Уран не имеет твердого ядра, и вещество более или менее единообразно распространено по всему объему планеты. Это отличает Уран (да и Нептун тоже) от его более крупных родственников. Возможно, эта обедненность легкими газами - следствие недостаточной массы зародыша планеты, и в ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия. А может быть, в этом месте зарождающейся планетной системы вовсе не было столько легких газов, что, конечно, в свою очередь, тоже требует объяснений. Как видно, ответы на вопросы, связанные с Ураном, могут пролить свет на судьбу всей Солнечной системы!

Кольца Урана

Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в 1977-м году во время покрытия Ураном звезды. Наблюдалось, что звезда 5 раз ослабляла на краткий промежуток времени свой блеск перед покрытием и после него, что и навело на мысль о кольцах. Последующие наблюдения c Земли показали, что действительно есть девять колец. Если перебирать их, удаляясь от планеты, они названы 6, 5, 4, Альфа, Бета, Эта, Гамма, Дельта и Эпсилон. Камеры « Вояждера » обнаружили несколько дополнительных колец, и также показали, что девять основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, они очень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольно больших частиц, размеры их колеблются от 10 метров в диаметре до мелкой пыли. Кольца Урана были открыты первыми после колец Сатурна. Это имело большое значение, так как стало возможным предположить, что кольца - общая характеристика планет, а не удел одного Сатурна. Это еще одно прямо-таки эпохальное значение Урана для астрономии

Наблюдения показали, что кольца Урана заметно отличаются от родственных им систем Юпитера и Сатурна. Неполные кольца с различным показателям прозрачности по длине каждого из колец сформировались, похоже, позже, чем сам Уран, возможно, после разрыва нескольких спутников приливными силами

Количество известных колец может, в конечном счете, возрасти, судя по наблюдениям «Вояджер-2». Приборы указывали на наличие многих узких колец (или, возможно, неполных колец или кольцевых дуг) около 50 метров шириной

Ключом к разгадке структуры колец Урана может быть и открытие того, что два небольших спутника – Корделия и Офелия – находятся внутри кольца Эпсилон. Это объясняет неравномерное распределение частиц в кольце: спутники удерживают вещество вокруг себя. Так, используя эту теорию, предположено, что в этом кольце можно отыскать еще 16(!) спутников

Магнитосфера

Область вокруг небесного тела, где его магнитное поле остается сильнее суммы всех других полей близких и удаленных тел, называется магнитосферой этого небесного тела

Уран, как многие планеты имеет магнитосферу. Она необычна тем, что ось симметрии ее наклонена почти на 60 градусов к оси вращения (у Земли этот угол составляет 12 градусов). Если бы так обстояло дело на Земле, то ориентирование с помощью компаса имело бы интересную особенность: стрелка почти совсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на две противоположные точки 30-х параллелей. Вероятно, магнитное поле вокруг планеты генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в его ядре. Источник поля - неизвестен; гипотетический электропроводящий океан воды и аммиака не подтвержден исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах, источником магнитного поля считают течения в расправленных породах, расположенных недалеко от ядра

Интенсивность поля на поверхности Урана в общих чертах сравнима с Земной, хотя оно и сильнее изменяется в разных точках поверхности из-за большого смещения оси симметрии поля от центра Урана

Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. « Вояждер » “чувствовал” поле, по крайней мере, в 10-ти миллионах километрах от планеты

Спутники Урана

Уран имеет 17 известных спутников. До недавнего времени их насчитывали 15. Они формировали два четких класса:

10 небольших внутренних, очень слабых по яркости, обнаруженных " Вояджером-2 ", и 5 больших внешних. Все 15 имеют почти круговые орбиты в плоскости экватора Урана (и, следовательно, они расположены под большим углом к плоскости эклиптики). В 1997-м году с помощью 5-метрового Паломарского телескопа группой канадских ученых были обнаружены еще два крохотных и слабых по яркости спутника. На комбинации снимков телескопа имени Хаббла видно движение со временем спутников Урана. Нетрудно отличить характер этого видимого движения от смещения попадающих в поле зрения звезд

Имена всех спутников Урана были позаимствованы у героев Шекспира

Изображения уже открытых пяти самых больших спутников, полученные " Вояждером ", обнаружили сложные поверхности, характеризующие бурное геологическое прошлое этих космических тел. Камеры также отыскали 10 прежде неизвестных спутников

Предварительный анализ показывает, что пять больших спутников - совокупность ледяных глыб. Большие спутники Урана на 50 процентов состоят из водяного льда, на 20 процентов - из углеродных и азотных соединений, на 30 процентов - из разных соединений кремния - силикатов. Их поверхности, почти монотонно темно-серые, носят следы геологической истории

Титания, например, выделяется огромными системами трещин и каньонами, что указывает на некоторый период активной геологической деятельности в прошлом этого спутника. Эти детали могут являться результатом тектонических перемещений коры

Ариель имеет ярчайшую и, возможно, геологически самую молодую поверхность в спутниковой системе Урана. Она, в основном, лишена кратеров, больших, чем 50 километров в диаметре. Это указывает на то, что имеющиеся в околоурановом пространстве мелкие метеоры сглаживают, при падении на поверхность, крупные рельефные образования

Поверхность Умбриэль древняя и темная, очевидно, она была подвержена немногим геологическим процессам. Темные тона поверхности Умбриэль могут являться следствием покрытия пылью и небольшими обломками когда-то находившихся в окрестностях орбиты этого спутника.
Оберон, самый внешний из пяти больших спутников, также имеет старую, покрытую кратерами поверхность, с неяркими следами внутренней деятельности

Уран в цифрах

Масса 14,53 массы Земли (8,68 . 10 25 кг)

Диаметр 4,00 диаметра Земли (51 118 км)

Плотность 1,29 г/см 3

Температура поверхности -220 °С

Длительность звездных суток 15,35 часа (обратное вращение)

Среднее расстояние от Солнца 19,19 а.е. (2 871 млн. км)

Период обращения по орбите 84,01 земных лет

Наклон экватора к орбите 97,86°

Эксцентриситет орбиты 0,046

Наклонение орбиты к эклиптике 0,77°

Долгота восходящего узла 74°13`

Средняя скорость движения по орбите 6,81 км/сек

Расстояние от Земли от 2,6 до 3,2 млрд. км

Число спутников 17

Открытие планетарного масштаба. Так можно назвать обнаружение учеными Урана. Планета открыта в 1781-ом году.

Ее обнаружение стало поводом для наречения одного из элементов таблицы Менделеева . Уран металлический выделили из смоляной обманки в 1789-ом.

Шумиха вокруг новой планеты еще не улеглась, поэтому, идея о названии нового вещества лежала на поверхности.

В конце 18-го века еще не было понятия радиоактивности. Между тем, это основное свойство земного урана.

Ученые, работавшие с ним, облучались, сами того не зная. Кто был первопроходцем, и каковы другие свойства элемента, расскажем далее.

Свойства урана

Уран – элемент , открытый Мартином Клапротом. Он сплавил смоляную с едким . Продукт сплавления был неполностью растворим.

Клапрот понял, что предполагаемых , и в составе минерала нет. Тогда, ученый растворил обманку в .

Из раствора выпали шестигранные зеленого цвета. На них химик воздействовал желтой кровяной , то есть, гексацианоферратом калия.

Из раствора выпал бурый осадок. Этот окисел Клапрот восстановил льняным маслом, прокалил. Получился порошок.

Пришлось прокаливать уже его, смешав с бурым . В спекшейся массе обнаружились зерна нового металла.

Позже выяснилось, что это был не чистый уран , а его диоксид. Отдельно элемент получили лишь через 60 лет, в 1841-ом году. А еще через 55 Антуан Беккерель открыл явление радиоактивности.

Радиоактивность урана обусловлена способностью ядра элемента захватывать нейтроны и дробиться. При этом, выделяется внушительная энергия.

Она обусловлена кинетическими данными излучения и осколков. Есть возможность обеспечить непрерывное деление ядер.

Цепная реакция запускается при обогащении природного урана его 235-ым изотопом. Его не то, чтобы добавляют в металл.

Наоборот, из руды убирают малорадиоактивный и неэффективный 238-ой нуклид, а так же, 234-ый.

Их смесь именуют обедненной, а оставшийся уран называют обогащенным. Именно такой нужен промышленникам. Но, об этом поговорим в отдельной главе.

Уран излучает , как альфа-, так и бета- с гамма-лучами. Их обнаружили, увидев влияние металла на фотографическую пластину, обернутую черной .

Стало понятно, что новый элемент что-то излучает. Пока супруги Кюри исследовали, что именно, Мария получила дозу радиации, ставшей причиной развития у химика рака крови, от которого женщина умерла в 1934-ом году.

Бета-излучение способно разрушить не только человеческий организм, но и сам металл. Какой элемент образуется из урана? Ответ: — бревий.

Иначе его называют протактинием. Обнаружен в 1913-ом, как раз при изучении урана.

Последний превращается в бревий без сторонних воздействий и реактивов, лишь от бета-распада.

Внешне уран – химический элемент — цвета с металлическим блеском.

Так выглядят все актиноиды, к коим и относится 92-ое вещество. Начинается группа с 90-го номера, а заканчивается 103-им.

Стоя в начале списка, радиоактивный элемент уран , проявляет себя, как окислитель. Степени окисления могут быть 2-ой, 3-ей, 4-ой, 5-ой, 6-ой.

То есть, химически 92-ой металл активен. Если истереть уран в порошок, он самовоспламениться на воздухе.

В обычном виде вещество окислится при контакте с кислородом, покрывшись радужной пленкой.

Если довести температуру до 1000 градусов Цельсия, хим. элемент уран соединиться с . Образуется нитрид металла. Это вещество желтого цвета.

Брось его в воду, — раствориться, как и чистый уран. Разъедают его и все кислоты. Из органических элемент вытесняет водород.

Выталкивает его уран, так же, из соляных растворов , , , , . Если такой раствор встряхнуть, частицы 92-го металла начнут светиться.

Урановые соли нестабильны, распадаются на свету, или в присутствии органики.

Индифферентен элемент, пожалуй, лишь к щелочам. С ними в реакцию металл не вступает.

Открытие урана – это обнаружение сверхтяжелого элемента. Его масса позволяет выделить металл, точнее, минералы с ним, из руды.

Достаточно раздробить ее и засыпать в воду. Урановые частицы осядут первыми. С этого начинается добыча металла. Подробности, в следующей главе.

Добыча урана

Получив тяжелый осадок, промышленники выщелачивают концентрат. Цель – перевести уран в раствор. Используют серную кислоту.

Исключение делают для смолки. Этот минерал в кислоте не растворим, поэтому, используют щелочи. Секрет трудностей в 4-валентном состоянии урана.

Не проходит кислотное выщелачивание и с , . В этих минералах 92-ой металл тоже 4-валентный.

На такой воздействуют гидроксидом , известным, как едкий натр. В остальных случаях хороша кислородная продувка. Не надо отдельно запасаться серной кислотой.

Достаточно нагреть руду с сульфидными минералами до 150-ти градусов и направить на нее кислородную струю. Это ведет к образованию в кислоты, вымывающей уран .

Химический элемент и его применение связаны с чистыми формами металла. Дабы убрать примеси, используют сорбцию.

Ее проводят на ионообменных смолах. Подходит, так же, экстракция органическими растворителями.

Остается добавить в раствор щелочь, чтобы осадить уранаты аммония, растворить их в азотной кислоте и подвергнуть .

Итогом станут оксиды 92-го элемента. Их нагревают до 800-от градусов и восстанавливают водородом.

Итоговый оксид переводят во фторид урана , из которого кальциетермическим восстановлением и получают чистый металл. , как видно, не из простых. Зачем же так стараться?

Применение урана

92-ой металл – основное топливо ядерных реакторов. Обедненная смесь подходит для стационарных, а для силовых установок используют обогащенный элемент.

235-ый изотоп, так же, — основа ядерного оружия. Из 92-го металла можно получить и вторичное ядерное топливо.

Здесь стоит задаться вопросом, в какой элемент превращается уран . Из его 238-го изотопа получают , — еще одно радиоактивное, сверхтяжелое вещество.

У самого 238-го урана велик период полураспада , ондлится 4,5 миллиардов лет. Столь длительное разрушение приводит к малой энергоемкости.

Если рассматривать применение соединений урана, пригождаются его оксиды. Их используют в стекольной промышленности.

Оксиды выступают красителями. Можно получить от бледно-желтых до темно-зеленых. В ультрафиолетовых лучах материал флуоресцирует.

Это свойство используют не только в стеклах, но и урановых глазурях для . Оксидов урана в них от 0,3 до 6%.

В итоге, фон безопасен, не превышает 30-ти микрон в час. Фото элементов урана , точнее, изделий с его участием, весьма красочны. Свечение стекол и посуды притягивает взоры.

Цена урана

За килограмм необогащенной окиси урана дают около 150-ти долларов. Пиковые значения наблюдались в 2007-ом.

Тогда стоимость достигала 300-от долларов за кило. Разработки урановых руд останутся рентабельными и при цене в 90-100 условных единиц.

Кто открыл элемент уран , не знал, каковы его запасы в земной коре. Теперь, они подсчитаны.

Крупные месторождения с рентабельной ценой добычи истощатся к 2030-му году.

Если не откроют новых залежей, или не найдут альтернативы металлу, его стоимость поползет вверх.