Уран: «Планета Небесного Царя»

На данный момент Уран плохо изучен, удален от Солнца примерно на 19,23 а. е. Уран (рис. 6.23) — это седьмая по удаленности от Солнца (2,9—5 млрд км, в 19 раз дальше Земли), третья по диаметру и четвертая по массе планета Солнечной системы (в 73 раза больше Земли). Экваториальный радиус планеты составляет 24 300 км.

Рис. 6.23. Уран в сравнении с Землей.

Уран — первая планета, открытая в Новое время. Был случайно открыт в 1781 г. при наблюдении в телескоп английским астрономом Уильямом Гершелем, который поначалу принял Уран за комету. Позже выяснилось, что Уран наблюдали и раньше, но полагали, что это звезда. Гершель назвал его «Планета Георга» в честь короля Англии Георга III. За свое открытие он был удостоен королевской премии. Остальные астрономы называли Уран «Планетой Гершеля». Официально современное имя планете было присвоено в 1850 г. Назван Уран в честь древнегреческого бога неба Урана, отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и, соответственно, деда Зевса/Юпитера.

(?) Как вы думаете, что отличает Уран от других планет Солнечной системы с точки зрения этимологии?

Наблюдения. Уран виден на ночном небе невооруженным глазом как яркая точка, а при наблюдении в телескоп — как голубоватый диск, но без четких деталей. Даты, благоприятные для наблюдения Урана, необходимо проверять по Школьному астрономическому календарю или по электронному планетарию.

Уран совершает полный годичный оборот по орбите вокруг Солнца (сидерический период¹) за 84 земных года, а сутки на Уране длятся 17 ч 24 мин.

Ось вращения Урана как бы лежит «на боку» относительно плоскости эклиптики (угол наклона составляет 98°, рис. 6.24), отсюда создается впечатление, что он «катится» по орбите. Вращение — с востока на запад.

Рис. 6.24. Оси вращения Нептуна и Урана.

Считается, что в центре Урана расположено небольшое твердое ядро^[1][2]. Мантия планеты содержит льды различного состава, которые существуют не в твердом виде, а как очень плотный газ или жидкость (по большей части это вода Н₂0, аммиак NH₃, метан СН₄ и углекислый газ С0₂, образованные из углерода, кислорода и азота, вступивших в реакцию с обильным водородом), поэтому планету и причисляют к ледяным гигантам.

Атмосфера Урана состоит в первую очередь из водорода (83%), гелия (15%) и метана (2%) (рис. 6.25, а). Именно метановая дымка хорошо поглощает красные лучи, поэтому Уран кажется голубым. В атмосфере Урана были обнаружены вихри (скорость ветров достигает 240 м/с), струйные течения, пятна, а в глубине зарегистрированы метановые облака, что роднит его с другими планетами-гигантами. Гелия оказалось в три раза меньше, чем предполагалось: всего 15%. Циркуляция атмосферы происходит в высоких широтах с большей скоростью, чем у экватора. Температура поверхности опускается ниже -220°С, что делает Уран самой холодной планетой в Солнечной системе. Уран обладает собственной магнитосферой.

В 1977 г. во время покрытия Ураном звезды у планеты были обнаружены пять колец (звезда пять раз на короткий промежуток времени ослабляла блеск перед покрытием и после него). Позднее открытие подтвердилось благодаря наблюдениям орбитальных телескопов Земли, при этом еще два кольца были зарегистрированы «Вояджером-2» в 1986 г., а в 2003—2005 гг. два обнаружены «Хабблом». На данный момент известно о существовании 13 колец. Порядок удаления колец от планеты: 6, 5, 4, а, (3, г, у, 5 и в; самым ярким из них считается кольцо в. Кольца слабо выражены (цвета угля) и состоят в основном из частиц, диаметр которых варьируется от нескольких миллиметров до 10 м (рис. 6.25, б). Вероятно, к образованию колец привело разрушение одного из спутников Урана под воздействием приливных сил или от столкновения с другим небесным объектом.

Рис. 6.25. Строение атмосферы Урана (а) и его кольца (б) Вокруг Урана вращается 27 спутников, в числе которых наиболее крупными являются Миранда (диаметр 486 км), Ариэль (1158 км), Умбриэль (1169 км), Татания (1580 км), Оберон (1522 км), а также такие менее массивные тела, как Пак, Купидон, Белинда, Розалинда, Дездемона, Джульетта, Крессида, Бьянка, Порция, Офелия, Корделия и др. (рис. 6.26). Два последних расположены по обе стороны от кольца эпсилон и являются его «спутниками-пастухами».

Спутниковая система Урана (рис. 20, цветная вклейка) — самая маломассивная среди спутниковых систем других планет-гигантов. Все спутники имеют практически круговые орбиты в плоскости экватора Урана. Направление вращения спутников Урана совпадает с вращением самой планеты. В состав лун Урана примерно в равном соотношении входят частицы горных пород и льда, причем лед состоит не только из воды, но и из аммиака и углекислого газа. Имена спутникам Урана были присвоены в соответствии с персонажами произведений У. Шекспира и А. Поупа.

Рис. 6.26. Подробная схема расположения спутников Урана.

Нептун: «на кончике пера»

Это восьмая планета в Солнечной системе, удаленная от Солнца в среднем на 4,5 млрд км (30,1 а. е.). Как и в случае с Ураном, глубокий и насыщенный синий цвет планете придает высокая концентрация метана в составе атмосферы. Водород составляет 15% атмосферы, все остальное — это льды и газы плюс небольшая доля гелия (рис. 6.27).

Нептун был обнаружен в 1846 г. не благодаря визуальным наблюдениям, а с помощью математических расчетов Урбена Леверье на основании отклонений в движении Урана. Вот почему французскому физику Франсуа Агаро приписывают авторство фразы о том, что Нептун был открыт «на кончике пера». В том же году Нептун впервые увидел Иоганн Галле. Год на Нептуне равен 165 земным годам, т. е. с момента открытия планеты она совершила единственный оборот вокруг Солнца.

Нептун тяжелее Урана (рис. 21, цветная вклейка). Вероятно, этим можно объяснить тот факт, что в центре планеты расположено жидкое ядро. Ядро по своему химическому составу хоть и является железокаменным, но под действием экстремально высокого давления оно поддерживается в жидком состоянии и не застывает, несмотря на холод.

Рис. 6.27. Модель строения Нептуна.

(?) Назовите планеты Солнечной системы, которые также не имеют твердого ядра.

В нескольких местах орбиту Нептуна пересекает орбита Плутона. Разглядеть Нептун невооруженным глазом невозможно. В спутниковую систему Нептуна входит 13 тел.

(?) Перечислите спутники Нептуна, воспользовавшись дополнительной литературой или информацией из Интернета. Подготовьте небольшую характеристику спутников в виде сравнительной таблицы.

• [1] Сидерический период обращения — время, за которое небесное тело совершаетполный оборот вокруг главного тела; понятие применимо к спутникам, планетам, кометам и другим объектам космического пространства. Также в существует синодический период обращения, который отвечает промежутку времени между одинаковымии последовательными конфигурациями планеты.
• [2] Попов С. Б. Солнечная система // Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрывадо будущего Вселенной. М.: Альпина нон-фикшн, 2018. С. 66.