Планета Уран. Физические характеристики Урана, строение Урана. Орбита и ось вращения Урана. Уран - самая холодная планета. Характеристика и особенности планеты

В отличие от других планет-гигантов ось вращения Урана находится почти в плоскости орбиты, т. е. наклон экватора к орбите составляет 82°. Уран как бы «лежит на боку», поэтому длительность полярного дня и ночи по широте, которые составляют на полюсах по 42 года, на широте 60° — 28 лет, на широте 30° — 14 лет.

Уран имеет небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная мощная, толщиной не менее 8000 км атмосфера. Она состоит на 83 % из водорода, 15 % гелия и 2 % метана (рис. 1).

Общие характеристики планеты Уран

Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере Урана встречаются в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Именно метановая дымка хорошо поглощает красные лучи, поэтому Уран кажется голубым. Подобно другим газовым планетам, он имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются.

Средняя температура на поверхности планеты — 200 °С. Зима и лето на Уране сильно разнятся: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца. Летом там тоже не бывает жарко, так как Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца,чем Земля. Ветры в средних широтах на Уране перемешают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Они дуют со скоростью от 40 до 160 м/с (на Земле — около 50 м/с).

Рис. 1. Состав атмосферы Урана

Уран был открыт 13 марта 1791 г. английским астрономом немецкого происхождения Уильямом Гер шел ем (1738-1822) (рис. 55). В 1787 г. он же открыл первые два спутника и дал им названия Оберон и Титания в честь короля и королевы фей из пьесы У. Шекспира «Сон в летнюю ночь». Это положило начало традиции называть новые спутники в честь персонажей пьес У. Шекспира: Дездемона, Корделия, Офелия, Джульетта, Розалинда, Белинда, Калибан и т. д. Наиболее крупный из них Титания, диаметром 1580 км. Всего же у Урана более 20 спутников.

В 1977 г. с Земли у Урана были открыты кольца, затем это открытие подтвердилось фотографиями с зонда «Вояджер-2», пролетевшего 24 января 1986 г. вблизи Урана.

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Уран - седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран - крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³ . Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран - очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с) .

В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера и поверхность Урана

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония - в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, - в диапазоне 3-10 бар, метана - в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера - самая нижняя и самая плотная часть атмосферы - характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 - 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Подобно другим планетам-гигантам , атмосфера Урана в основном состоит из водорода, гелия и метана, хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном.

Теоретическая модель строения Урана такова : его поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже - ядро из твердых пород. Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты.

Температура в центре Урана близка к 10000 К при давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар).

Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет около 55 К.

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. На представленном изображении Урана контраст цветов искусственно усилен для выявления разницы между ними.

Инструменты "Вояджера" 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 на 83% из водорода, на 15% из гелия и на 2% из метана. Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Но они слишком плохо различимы и видимы только на снимках с большим разрешением, сделанных "Вояджером 2". Недавние 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 ! Однако, 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 и скорее всего, он холоден внутри.

Обедненность атмосферы планеты легкими газами - следствие недостаточной массы зародыша планеты. В ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия только потому, что к моменту, когда будущий Уран собрал достаточно массивное ядро, свободного водорода и гелия в Солнечной системе оставалось мало. Зато Уран содержит больше воды, метана, ацетилена.

Своё название эта невероятно интересная планета получила в честь отца римского бога Сатурна. Именно Уран стал первой планетой, которая была открыта в современной истории. Впрочем, сначала эту планету в 1781 году отнесли в разряд комет, и только позже наблюдения астрономов доказали, что Уран – это самая настоящая планета. В нашем обзоре любопытно-интереснейшие факты о седьмой от Солнца планете, лето на которой длится 42 года.

1. Седьмая планета

Уран - седьмая планета по удаленности от Солнца, которая занимает третье место по величине и четвертое место по массе в Солнечной системе. Ее не видно невооруженным глазом, поэтому Уран стал первой планетой, обнаруженной с помощью телескопа.

2. Уран открыт в 1781 году

Уран был официально открыт сэром Уильямом Гершелем в 1781 году. Название планеты происходит от древнегреческого божества Урана, чьи сыновья были гигантами и титанами.

3. Слишком, слишком блеклый...

Уран слишком блеклый, чтобы его смогли увидеть без специальных приспособлений. Сначала Гершель думал, что это была комета, но через несколько лет подтвердилось, что это все же планета.

4. Планета лежит «на боку»

Планета вращается в обратном направлении, противоположном Земле и большинству других планет. Поскольку ось вращения Урана расположена необычно (планета лежит «на боку» относительно плоскости вращения вокруг Солнца), почти четверть года один из полюсов планеты находится в полной темноте.

5. Самый маленький из «гигантов»

Уран является самым маленьким из четырех «гигантов» (к ним также относятся Юпитер, Сатурн и Нептун), но он в несколько раз больше Земли. Экваториальный диаметр Урана 47 150 км, по сравнению с диаметром Земли 12 760 км.

6. Атмосфера из водорода и гелия

Как и у других газовых гигантов, атмосфера Урана состоит из водорода и гелия. Ниже находится ледяная мантия, которая окружает ядро из камня и льда (именно поэтому Уран часто называют «ледяным гигантом»). Облака на Уране состоят из воды, аммиака и кристаллов метана, что придает планете ее бледно-голубой цвет.

7. Уран помог с Нептуном

С того времени, как Уран был впервые обнаружен, ученые заметили, что в определенные моменты вращения по орбите планета отклоняется дальше в космос. В девятнадцатом веке некоторые астрономы предположили, что это притяжение связано с гравитацией другой планеты. Делая математические расчеты, основанные на наблюдениях Урана, два астронома, Адамс и Леверье, определили местонахождение другой планеты. Это оказался Нептун, расположенный на расстонии 10,9 астрономических единиц от Урана.

8. 19,2 астрономические единицы

Расстояния в Солнечной системе измеряются в астрономических единицах (а.е.). За одну астрономическую единицу было принято расстояние Земли от Солнца. Уран находится на расстоянии 19,2 а.е. от Солнца.

9. Внутреннее тепло планеты

Еще одним удивительным фактом об Уране является то, что внутреннее тепло планеты меньше, чем у других планет-гигантов в Солнечной системе. Причина этого неизвестна.

10. Вечная дымка из метана

Верхние слои атмосферы Урана представляет собой вечную дымку из метана. Она скрывает бури, которые бушуют в облаках.

11. Два внешних и одиннадцать внутренних

У Урана есть два набора очень тонких колец темного цвета. Частицы, из которых состоят кольца, являются весьма небольшими: от размера песчинки до небольших камушков. Есть одиннадцать внутренних колец и два внешних кольца, первые из которых были открыты в 1977 году, когда Уран прошел перед звездой и астрономы смогли наблюдать планету с помощью телескопа Хаббл.

12. Титания, Оберон, Миранда, Ариэль

Уран имеет в общей сложности двадцать семь спутников, большинство из которых были названы в честь героев комедии Шекспира «Сон в летнюю ночь». Пять главных спутников называются Титания, Оберон, Миранда, Ариэль и Умбриэль.

13. Ледяные каньоны и террасы Миранды

Самым интересным спутником Урана является Миранда. Она имеет ледяные каньоны, террасы и другие странные выглядящие участки поверхности.

14. Самая низкая температура в Солнечной системе

На Уране была зафиксирована самая низкая температура на планетах Солнечной системе - минус 224 ° C. Хотя таких температур не было замечено на Нептуне, эта планета в среднем холоднее.

15. Период обращения вокруг Солнца

Год на Уране (т. е. период обращения вокруг Солнца) длится 84 земных года. Около 42 лет каждый из ее полюсов находится под прямыми солнечными лучами, а остальную часть времени пребывает в полном мраке.

Для всех, кому интересная внеземная тема, мы собрали .

Уран - седьмая планета Солнечной системы, третья по диаметру и четвёртая по массе. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана, отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и, соответственно, деда Зевса (у римлян - Юпитер).
В отличие от газовых гигантов - Сатурна и Юпитера, состоящих в основном из водорода и гелия, в недрах Урана и схожего с ним Нептуна отсутствует металлический водород, но зато много льда в его высокотемпературных модификациях. По этой причине специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию «ледяных гигантов». Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в ней обнаружены следы метана и других углеводородов, а также облака изо льда, твёрдого аммиака и водорода. Это самая холодная планетарная атмосфера Солнечной системы с минимальной температурой в 49 К (-224 °C). Полагают, что Уран имеет сложную слоистую структуру облаков, где вода составляет нижний слой, а метан - верхний. В отличие от Нептуна, недра Урана состоят в основном изо льдов и горных пород.

ПЛАНЕТА УРАН
Первооткрыватель	Уильям Гершель
Место открытия	Бат, Великобритания
Дата открытия	13 марта 1781
Способ обнаружения	прямое наблюдени
Орбитальные характеристики:
Перигелий	2 748 938 461 км (18,375 а. е.)
Афелий	3 004 419 704 км (20,083 а. е.)
Большая полуось	2 876 679 082 км (19,229 а. е.)
Эксцентриситет орбиты	0,044 405 586
Сидерический период обращения	30 685,4 дней (84.01 года)
Синодический период обращения	369,66 дней
Орбитальная скорость	6,81 км/с
Средняя аномалия (Mo)	142,955717°
Наклонение	0,772556° (6,48° относительно солнечного экватора)
Долгота восходящего узла	73,989821°
Аргумент перицентра	96,541318°
Физические характеристики:
Полярное сжатие	0,02293
Экваториальный радиус	25 559 км
Полярный радиус	24 973 км
Объём	6,833*10 13 км 3
Масса	8,6832*10 25 кг (14,6 земных)
Средняя плотность	1,27 г/см 3
Ускорение свободного падения на экваторе	8,87 м/с 2
Вторая космическая скорость	21,3 км/c
Экваториальная скорость вращения	2,59 км/с (9 324 км/ч)
Период вращения	0,71833 дней (17 ч 14 мин 24 с)
Наклон оси	97,77°
Прямое восхождение северного полюса	17 ч 9 мин 15 с (257,311°)
Склонение северного полюса	-15,175°
Видимая звёздная величина	5,9 - 5,32
Угловой диаметр	3,3" - 4,1"
Температура:
уровень 1 бара	76 K
0,1 бара (тропопауза)	мин. 49 К (-224 °C), сред. 53 К (-220 °C), макс. 57 К (-216 °C)
Атмосфера:
Состав:	83±3% Водород 15±3% Гелий 2,3% Метан Лёд : - аммиачный, - водяной, - гидросульфидно-аммиачный, - метановый
ПЛАНЕТА УРАН

Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец, магнитосфера и 27 спутников. Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет Солнечной системы - его ось вращения лежит как бы «на боку» относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца. Вследствие этого планета бывает обращена к Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами.
В 1986 году американский космический аппарат «Вояджер-2» передал на Землю снимки Урана с близкого расстояния. На них видна «невыразительная» в видимом спектре планета без облачных полос и атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов. Однако в настоящее время наземными наблюдениями удалось различить признаки сезонных изменений и увеличения погодной активности на планете, вызванных приближением Урана к точке своего равноденствия. Скорость ветров на Уране может достигать 250 м/с (900 км/ч).

Орбита и вращение:

Средняя удалённость планеты от Солнца составляет 19,1914 а. е. (2,8 млрд км). Период полного обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года. Расстояние между Ураном и Землёй меняется от 2,7 до 2,85 млрд км. Большая полуось орбиты равна 19,229 а. е., или около 3 млрд км. Интенсивность солнечного излучения на таком расстоянии составляет 1/400 от значения на орбите Земли. Впервые элементы орбиты Урана были вычислены в 1783 году французским астрономом Пьером-Симоном Лапласом, однако со временем были выявлены несоответствия расчётных и наблюдаемых положений планеты. В 1841 году британец Джон Кауч Адамс первым предположил, что ошибки в расчётах вызваны гравитационным воздействием ещё не открытой планеты. В 1845 году французский математик Урбен Леверье начал независимую работу по вычислению элементов орбиты Урана, а 23 сентября 1846 года Иоганн Готфрид Галле обнаружил новую планету, позже названную Нептуном, почти на том же месте, которое предсказал Леверье. Период вращения Урана вокруг своей оси составляет 17 часов 14 минут. Однако, как и на других планетах-гигантах, в верхних слоях атмосферы Урана дуют очень сильные ветры в направлении вращения, достигающие скорости 240 м/c. Таким образом, вблизи 60 градусов южной широты некоторые видимые атмосферные детали делают оборот вокруг планеты всего за 14 часов.
Плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом 97,86° - то есть планета вращается ретроградно, «лёжа на боку слегка вниз головой». Это приводит к тому, что смена времён года происходит совсем не так, как на других планетах Солнечной системы. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Такое аномальное вращение обычно объясняют столкновением Урана с большой планетезималью на раннем этапе его формирования. В моменты солнцестояний один из полюсов планеты оказывается направленным на Солнце. Только узкая полоска около экватора испытывает быструю смену дня и ночи; при этом Солнце там расположено очень низко над горизонтом - как в земных полярных широтах. Через полгода (уранианского) ситуация меняется на противоположную: «полярный день» наступает в другом полушарии. Каждый полюс 42 земных года находится в темноте - и ещё 42 года под светом Солнца. В моменты равноденствия Солнце стоит «перед» экватором Урана, что даёт такую же смену дня и ночи, как на других планетах. Очередное равноденствие на Уране наступило 7 декабря 2007 года.

ПЛАНЕТА УРАН
Северное полушарие	Год	Южное полушарие
Зимнее солнцестояние	1902, 1986	Летнее солнцестояние
Весеннее равноденствие	1923, 2007	Осеннее равноденствие
Летнее солнцестояние	1944, 2028	Зимнее солнцестояние
Осеннее равноденствие	1965, 2049	Весеннее равноденствие
ПЛАНЕТА УРАН

Благодаря такому наклону оси полярные области Урана получают в течение года больше энергии от Солнца, чем экваториальные. Однако Уран теплее в экваториальных районах, чем в полярных. Механизм, вызывающий такое перераспределение энергии, пока остаётся неизвестным.
Объяснения необычного положения оси вращения Урана также пока остаются в области гипотез, хотя обычно считается, что во время формирования Солнечной системы протопланета размером примерно с Землю врезалась в Уран и изменила его ось вращения. Многие учёные не согласны с данной гипотезой, так как она не может объяснить, почему ни одна из лун Урана не обладает такой же наклонной орбитой. Была предложена гипотеза, что ось вращения планеты за миллионы лет раскачал крупный спутник, впоследствии утерянный.

Ось вращения Урана Самая необычная черта Урана - это его странное положение. Меркурий и Юпитер вращаются вокруг Солнца строго вертикально, Земля и Марс имеют умеренный наклон относительно своей оси примерно на 20-30°, а Уран, как выяснилось, отклонен на 98° - другими словами, его Северный полюс располагается чуть ниже относительно орбиты планеты. Если другие планеты вращаются, как юла, Уран, видимо, крутится по своей орбите подобно шарику. На планете сформировалась самая странная система сезонов года: в полярных регионах по 40 лет тянется зима вечной ночью, вслед за которой наступает лето бесконечного солнечного света, которое также длится 40 лет, а в экваториальных областях смена дня и ночи происходит в соответствии с ежедневным вращением Урана (планета совершает виток вокруг своей оси за 17 часов 14 минут). В течение года на ледяном гиганте, по-видимому, относительно равномерная температура на всей поверхности, и этот фактор, предположительно, связан с погодой на планете.

ПЛАНЕТА УРАН

Во время первого посещения Урана «Вояджером-2» в 1986 году южный полюс Урана был обращён к Солнцу. Этот полюс называется «южным». Согласно определению, одобренному Международным астрономическим союзом южный полюс - тот, который находится с определённой стороны плоскости Солнечной системы (независимо от направления вращения планеты). Иногда используют другое соглашение, согласно которому направление на север определяется исходя из направления вращения по правилу правой руки. По такому определению полюс, который был освещённым в 1986 году, не южный, а северный. Астроном Патрик Мур прокомментировал эту проблему следующим лаконичным образом: «Выбирайте любой».

Физические характеристики

Внутренняя структура

Уран тяжелее Земли в 14,5 раз, что делает его наименее массивной из планет-гигантов Солнечной системы. Плотность Урана, равная 1,270 г/см 3 , ставит его на второе после Сатурна место среди наименее плотных планет Солнечной системы. Несмотря на то, что радиус Урана немного больше радиуса Нептуна, его масса несколько меньше, что свидетельствует в пользу гипотезы, согласно которой он состоит в основном из различных льдов - водного, аммиачного и метанового. Их масса, по разным оценкам, составляет от 9,3 до 13,5 земных масс. Водород и гелий составляют лишь малую часть от общей массы (между 0,5 и 1,5 земных масс); оставшаяся доля (0,5 - 3,7 земных масс) приходится на горные породы (которые, как полагают, составляют ядро планеты).
Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трёх частей: в центре - каменное ядро, в середине - ледяная оболочка, снаружи - водородно-гелиевая атмосфера. Ядро является относительно маленьким, с массой приблизительно от 0,55 до 3,7 земных масс и с радиусом в 20% от радиуса всей планеты. Мантия (льды) составляет большую часть планеты (60% от общего радиуса, до 13,5 земных масс). Атмосфера при массе, составляющей всего 0,5 земных масс (или, по другим оценкам, 1,5 земной массы), простирается на 20% радиуса Урана. В центре Урана плотность должна повышаться до 9 г/см 3 , давление должно достигать 8 млн бар (800 ГПа) при температуре в 5000 К. Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, так как состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды, аммиака и метана. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводностью, иногда называют «океаном водного аммиака». Состав Урана и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна благодаря «льдам», преобладающим над газами, оправдывая помещение Урана и Нептуна в категорию ледяных гигантов.

Строение Урана В его холодной верхней атмосфере доминируют водород и гелий, к которым также подмешано где-то 2,3% метана. Слабая гравитация позволяет Урану формировать огромную корону из водорода, которая простирается на расстояние, вдвое превышающее радиус самой планеты. Над поверхностью лежат слои облаков, состоящие из различных химических элементов, включая воду. Примерно на 5000 км ниже видимой поверхности находится слой «хлюпающей» мантии, богатой водой и аммиаком. Хотя эти слои называют «льдами», они больше похожи на жидкую слякоть, смешанную с неизвестным количеством водорода и гелия. Каменистое ядро Урана размером, вероятно, с Землю.

ПЛАНЕТА УРАН

Несмотря на то, что описанная выше модель наиболее распространена, она не является единственной. На основании наблюдений можно также построить и другие модели - например, в случае если существенное количество водородного и скального материала смешивается в ледяной мантии, то общая масса льдов будет ниже, и соответственно, полная масса водорода и скального материала - выше. В настоящее время доступные данные не позволяют определить, какая модель правильней. Жидкая внутренняя структура означает, что у Урана нет никакой твёрдой поверхности, так как газообразная атмосфера плавно переходит в жидкие слои. Однако, ради удобства за «поверхность» было решено условно принять сплющенный сфероид вращения, где давление равно 1 бару. Экваториальный и полярный радиус этого сплющенного сфероида составляют 25 559 ± 4 и 24 973 ± 20 км. Далее в статье эта величина и будет приниматься за нулевой отсчёт для шкалы высот Урана.
Внутреннее тепло Урана значительно меньше, чем у других планет-гигантов Солнечной системы. Тепловой поток планеты очень низкий, и причина этого сейчас неизвестна. Нептун, схожий с Ураном размерами и составом, излучает в космос в 2,61 раза больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. У Урана же избыток теплового излучения очень мал, если вообще есть. Тепловой поток от Урана равен 0,042 - 0,047 Вт/м 2 , и эта величина меньше, чем у Земли (примерно 0,075 Вт/м 2). Измерения в дальней инфракрасной части спектра показали, что Уран излучает лишь 1,06 ± 0,08% энергии от той, что получает от Солнца. Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К, что делает планету самой холодной из всех планет Солнечной системы - даже более холодной, чем Нептун.
Существуют две гипотезы, пытающиеся объяснить этот феномен. Первая из них утверждает, что предположительное столкновение протопланеты с Ураном во время формирования Солнечной системы, которое вызвало большой наклон его оси вращения, привело к рассеянию исходно имевшегося тепла. Вторая гипотеза гласит, что в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая тому, чтобы тепло от ядра достигало верхних слоёв. Например, если соседние слои имеют различный состав, конвективный перенос тепла от ядра вверх может быть затруднён.

Отсутствие избыточного теплового излучения планеты значительно затрудняет определение температуры её недр, однако если предположить, что температурные условия внутри Урана близки к характерным для других планет-гигантов, то там возможно существование жидкой воды и, следовательно, Уран может входить в число планет Солнечной системы, где возможно существование жизни.