Уран



Планету Уран иногда замечают невооруженным глазом на пределе различения как очень слабую голубовато-зеленоватую точку, но только при исключительно благоприятных обстоятельствах. Древним звездочетам она известна не была; ее открыл с помощью телескопа великий андийский астроном Вильям Гершель. Масса Урана почти в 7 раз уступает массе его соседа Сатурна. На один эборот вокруг Солнца планета затрачивает 84 земных года. Название цано по имени греческого божества неба.

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.

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 сложное слоистое строение облаков, где вода составляет нижний слой, а метан — верхний. Недра Урана состоят в основном изо льдов и горных пород.

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).

Уран обладает серьезной отличительной особенностью. Ось вращения планеты лежит близко к плоскости ее обращения вокруг Солнца, поэтому про Уран можно сказать, что это единственная из планет, когорая обращается вокруг Солнца "лежа на боку".

Спутники Урана

Так же как у газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец и магнитосфера, а кроме того, 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.

Предполагают, что спутники Урана, также как спутники Сатурна, преимущественно ледяные. Их названия не имеют отношения к мифологии. Они воскрешают в памяти череду литературных героев. Выбранные В.Гершелем названия Оберон и Титания заимствованы из комедии В.Шекспира "Сон в летнюю ночь". У.Лассель в 1851 г. воспользовался именем Ариэль из шекспировской "Бури" и Умбриэль из поэмы АЛопа "Похищенный локон". Традиция продолжена и в новейших десяти названиях, так что система спутников Урана стала своего рода небесным "шекспировским заповедником".

Самой необычной среди спутников Урана оказалась Миранда. По образному выражению одного из космических геологов, маленькая Миранда явила на обозрение землян коллекцию всевозможных геологических структур, существующих на телах Солнечной системы.

Спутники:

• Корделия
• Офелия
• Бианка
• Крессида
• Дездемона
• Джульетта
• Порция
• Розалинда
• Белинда
• Пак
• Миранда
• Ариэль
• Умбриэль
• Титания
• Оберон

Имеется много аргументов в пользу того, что отличия между ледяными и газовыми гигантами зародились ещё при формировании Солнечной системы. Как полагают, Солнечная система сформировалась из гигантского вращающегося шара, состоящего из газа и пыли и известного как Протосолнечная туманность. Потом шар уплотнился, и сформировался диск с Солнцем в центре. Бо́льшая часть водорода с гелием пошла на формирование Солнца. А частицы пыли стали собираться вместе, чтобы впоследствии сформировать протопланеты.

По мере роста планет некоторые из них обзавелись достаточно сильным гравитационным полем, чтобы сконцентрировать вокруг себя остаточный газ. Они продолжали набирать газ до тех пор, пока не достигали предела, и росли по экспоненте. Ледяным же гигантам удалось набрать значительно меньше газа — всего несколько масс Земли.

Таким образом, их масса не достигала этого предела. Современные теории формирования Солнечной системы имеют некоторые трудности в объяснениях формирования Урана и Нептуна. Эти планеты слишком крупные для расстояния, на котором они находятся от Солнца. Возможно, ранее они были ближе к Солнцу, но потом каким-то образом поменяли орбиты.

Впрочем, новые методы планетарного моделирования показывают, что Уран и Нептун действительно могли сформироваться на своём теперешнем месте, и, таким образом, их настоящие размеры согласно этим моделям не являются помехой в теории происхождения Солнечной системы.

Кольца Урана

Большинство колец Урана непрозрачны. Их ширина не больше нескольких километров. Кольцевая система содержит в целом немного пыли, она состоит в основном из крупных объектов диаметром от 20 сантиметров до 20 метров. Однако некоторые кольца оптически тонкие: широкое тусклое 1986U2R/ζ, μ и ν состоят из мелких частиц пыли, тогда как узкое тусклое λ содержит крупные тела. Относительно небольшое количество пыли в кольцевой системе объясняется аэродинамическим сопротивлением протяжённой экзосферы — короны Урана.

Считается, что кольца Урана относительно молоды, их возраст не превышает 600 миллионов лет. Кольцевая система Урана, вероятно, образовалась от столкновений спутников, ранее обращавшихся вокруг планеты. В результате столкновений спутники разбивались на всё более мелкие частицы, которые теперь образуют кольца в строго ограниченных зонах максимальной гравитационной стабильности.

До сих пор не ясен механизм, удерживающий узкие кольца в их границах. Первоначально считалось, что у каждого узкого кольца есть пара «спутников-пастухов», которые и поддерживают его форму, но в 1986 году Вояджер-2 обнаружил только одну пару таких спутников (Корделию и Офелию) вокруг самого яркого кольца — ε.

Важной и пока нерешённой физической проблемой остаётся разрешение загадки механизма, удерживающего границы колец. Если бы такой механизм отсутствовал, то эти границы постепенно размывались бы, и кольца Урана не просуществовали бы дольше миллиона лет.

Наиболее часто упоминаемая модель механизма сдерживания была предложена Петером Голдрайхом и Скоттом Тремэйном: это пара соседствующих спутников, внешний и внутренний «пастухи», которые посредством гравитационного взаимодействия отбирают у кольца чрезмерный или добавляют ему недостающий угловой момент (или, что эквивалентно, энергию). «Пастухи» таким образом удерживают частицы, из которых состоят кольца, хотя постепенно удаляются от них. Для этого массы спутников-пастухов должны превышать массу кольца как минимум в 2—3 раза. Такой механизм работает для кольца ε, которое, как известно, «пасут» Корделия и Офелия. Корделия также является внешним «пастухом» для кольца δ, а Офелия — для γ. Однако вблизи других колец не известно ни одного спутника крупнее 10 километров. Текущее расстояние Корделии и Офелии от кольца ε может использоваться для определения возраста кольца. Вычисления показывают, что это кольцо не может быть старше 6 × 108 лет.

Так как кольца Урана, вероятно, молоды, они должны непрерывно пополняться фрагментами столкновений между более крупными телами. По некоторым оценкам, время разрушения спутника размером с Пак может составлять несколько миллиардов лет. Соответственно, спутник меньших размеров разрушится гораздо быстрее.

Таким образом, возможно, что все внутренние и внешние кольца Урана являются продуктом разрушения спутников размером меньше Пака в течение последних четырёх с половиной миллиардов лет. Каждое такое разрушение дало бы начало целому каскаду столкновений, которые размололи бы почти все большие тела в намного меньшие частицы, включая пыль.

В конечном счёте большая часть массы была бы утеряна, и частицы сохранились бы только в тех областях, где их орбиты стабилизируются взаимными резонансами и «выпасом». Конечным продуктом такой «разрушительной эволюции» стала бы система из узких колец, однако в пределах колец должны были сохраниться и маленькие спутники. По современным оценкам, их максимальный размер — около 10 километров.

Происхождение пылевых полос более ясное. Время существования пыли очень короткое, от ста до тысячи лет, и, по-видимому, она непрерывно пополняется в результате столкновений между большими частицами в кольцах, маленькими спутниками и метеороидами, попавшими в систему Урана извне. Пояса порождающих пыль спутников и частиц невидимы из-за их низкой оптической глубины, в то время как пыль хорошо видна в прямом рассеянном свете. Предполагается, что узкие главные кольца и пояса из пылевых полос и мелких спутников отличаются распределением размеров частиц. В главных кольцах больше частиц с размерами от сантиметра до метра. Такое распределение увеличивает площадь поверхности материала колец, что приводит к высокой оптической плотности в обратно-рассеянном свете. В пылевых полосах, наоборот, количество крупных частиц относительно небольшое, что приводит к низкой оптической глубине.