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.
В Солнечной системе седьмой по удаленности от Солнца расположена планета Уран. Она была открыта впервые в 1781 году Уильямом Гершелем. Уникальность планеты начинается уже с названия, оно происходит из греческих легенд и названа в честь бога неба, (все другие планеты названы именами римских богов). Уран можно увидеть с Земли ночью невооруженным глазом, только если небо очень чистое и прозрачное, так как видимость планеты слабая и почти на пределе. Звездная величина планеты колеблется в пределах +5,32 – + 5,9 (предел видимости +6,0). Уран относится к газовым гигантам, хотя по размеру меньше Юпитера и Сатурна. Но нашу Землю по размерам он значительно обошёл, его диметр в 4 раза шире диаметра Земли и тяжелее её в 14,5 раз. Уран не только газовый гигант, а еще и самый холодный во всей Солнечной системе, настоящая ледяная планета. Здесь правит бал снежная королева, окутывая планету жутким, все леденящим холодом. От Солнца планета находится очень далеко, а своего внутреннего источника энергии как у других планет у нее практически нет. Замороженная планета выглядит тихой и безмятежной, светясь спокойным зеленовато-голубым цветом. Голубизна Урана еще больше Земной. Ледяная планета стоит на втором месте по самой маленькой плотности среди планет нашей Солнечной системы, плотность равна 1,27 м/см². Но самой главной особенностью Урана является положение на орбите.
Орбита Урана.
Орбита Урана, почти круговая с эксцентриситетом 0,047 и вокруг Солнца протянулась почти на расстояние 2 873 млн.км. Самая большая полуось орбиты составляет почти 3 003 млн. км., а малая 2 741 млн.км. По космическим меркам эта разница в 262 млн.км не очень большая. Уран, как и Венера вопреки другим планетам нашей Солнечной системы движется обратно по орбите – ретроградное. Но дальше, еще интереснее. Почему то экватор планеты имеет угол наклона к орбите почти прямой- 98 градусов, значит ось вращения находится перпендикулярно к плоскости орбиты. Здесь уникальный случай, получается, что планета не вертится как все остальные, а почти катится колобком по орбите с северным полюсом внизу. На один оборот по орбите вокруг Солнца с небольшой скоростью 6,49-7,11 км/сек, у Урана уходит 84 земных лет и 7 дней. Докатился! А вот один оборот вокруг своей собственной оси он перекатывает за 17 час. 14 мин. 24 сек. – это его сутки. Такое положение Урана привело и к своеобразным сезонам на планете, возле полюса 42 наших года длится лето полярное, а затем 42 года длится зима. Летом Солнце в течение 21 летнего года очень своеобразно спиралевидно поднимается вверх, а в последующие 21 года также по спирали опускается вниз. Потом наступает долгая зима на пол уранских года. В моменты солнцестояния само Солнце расположено над экватором Урана очень близко к горизонту, а один из полюсов направлен прямо на Солнце, на небольшой узкой полосе экватора происходит быстрая смена дня и ночи. В моменты равноденствия планета повернута экватором прямо к Солнцу и это опять дает быстрые смены дня и ночи. Несмотря на то, что в области полюсов попадает больше солнечной энергии, температура в экваториальной зоне выше. Объяснений исследователей по этому поводу пока нет.
Атмосфера Урана.
Атмосфера Урана подобно другим газовым гигантам очень мощная. Газовый состав атмосферы на Уране немного не такой как состав в атмосферах Юпитера и Сатурна и отличается тем, что значительно больше углеводородов, метана, ацетилена и незначительное количество других, но превосходящее значение все таки у водорода – 83% и у гелия - 15%. Метана в атмосфере Урана почти 2% и так как он хорошо поглощает лучи красного цвета, то планета кажется нам зеленовато - голубого цвета.
Следует добавить, что поскольку Уран планета газовая и не имеет твердой поверхности, то условно за его поверхность принят слой с давлением равным 1 бару. Как уже говорилось выше, Уран самая холодная планета в Солнечной системе с наиболее низкой температурой. Температурный режим Урана лучше всего рассматривать с позиций тропосферы, стратосферы и термосферы. Здесь в самом нижнем и плотном слое атмосферы называемом тропосферой, температура на высоте постепенно падает с 320 К до 53 К и достигая тропопаузы температура Урана равна 49 К. Это наинизшая температура планет. Тропопауза является пограничным слоем между тропосферой и стратосферой. Выше на расстоянии до 4000 км. расположена стратосфера.
Здесь уже наблюдается обратный эффект. Температура начинает постепенно с высотой повышаться до 800 К-850 К. Такое нагревание в этой части атмосферы вызвано тем, что метан и возможно углеводороды поглощают часть инфракрасной и ультрафиолетовой радиации. В добавок возможно еще нагревание стратосферы термосферой. Дальше идут наиболее удаленные участки атмосферы это термосфера и корона. Здесь температура держится до 850 К и причина такой высокой температуры на этом расстоянии пока необъяснимы. Термосфера с короной распространяется на огромное расстояние до 50 000 км. Такая жара в короне Урана относится к одной из его особенностей и возможно способствует небольшому присутствию пыли в кольцах вокруг планеты. Ионосфера планеты образована из термосферы и верха стратосферы, это примерно на высоте 2 000-10 000 км. Плотность ионосферы зависит от солнечной активности. Сила ветра на Уране значительно меньше чем на других газовых планетах и зафиксирована не более 250 м/сек. На экваторе направление ветра идет обратно движению планеты, скорость равна примерно до 100 м/сек, и постепенно уменьшается вплоть до полного затишья на широте -+ 20 градусов,а уже в средних широтах совпадает с движением Урана и дует со скоростью от 40 до 150 м/сек. и затем опять постепенно идет затишье к полюсам планеты. Облачность на Уране с многослойной структурой. Основные облака образуются при температуре равной -173 градусов Цельсия и находятся в областях с давлением 2,4-3,4 атм. Это замерзший сероводород. Следующий второй слой облаков образуется при давлении 20-30 бар из гидросульфида аммония. Затем на уровне приблизительно 50 атмосфер идут облака из водяного льда. В районе тропопаузы, где низкая температура, конденсируются пары ацетилена и диацетилена и появляется узкая надоблачная дымка. Немаловажное значение оказывают и сезонные изменения. Лето, а затем зима на Уране в течении наших 42-ух лет оказывают все таки влияние на прогрев и образование облаков. В последнее время при помощи «Вояджера-2» и телескопа «Хаббл», кроме 10 полосок облаков обнаружено появление выразительных красочных облаков в районе как северного так и южного полюсов. Примерно на широте -45 градусов выделяется яркая узкая полоса называемая Южным кольцом. Отмечено, что северные облака расположенные на высоте побольше, имею меньшие размеры, но более четкие и яркие. И хоть в общем атмосферные явления значительно спокойные, и на Уране отмечаются изредка небольшие атмосферные вихри в виде темных пятнышек.
Строение планеты Уран.
Ученые выдвигают несколько версий внутреннего строения планеты от двухярусной модели до классической трехярусной. За основу большинство принимают стандартную модель. Ниже атмосфры и находится мантия. За поверхностный слой условно принята поверхность с давление 1 бар. Мантия скорее всего представляет собой океан растворенного в воде аммиака и метана из плотной смеси с высокой электропроводностью. Слой металлического водорода в отличии от Юитера и Стурна уже отсутствует. Ближе к центр как давление так и температура растут. В центре планеты как всегда находится особенно плотное и с большой температурой раскаленное ядро. Температура ядра предполагается до 7 000 К, а давление до 6 млн атмосфер. Размер ядра составляет д о 20% от R и предположительно из камня и железа. Его плотность до 9 г/см³.
Магнитное поле Урна.
Магнитное поле нашего Урана имеет ряд своих характерных особенностей по сравнению с остальными планетами и по всей вероятности связано с его особенностями вращения и отсутствию внутреннего источника собственной энергии. Первая особенность – магнитная ось планеты сдвинута с центра оси планеты на треть его радиуса и при этом образуется угол в 60 градусов. Вторая особенность это непостоянство напряженности магнитных полей. Третье – имеется несколько разных пар магнитных полюсов, кроме основных двух еще 2 других более слабых. Своеобразное магнитное поле Урана формируется не в ядре, как у всех планет, а в более поверхностном слое океана водного аммиака с высокой электропроводностью. Именно здесь и начинают образовываются магнитные силовые линии, выходящие на большие расстояния за пределы планеты. Но со стороны Солнца на магнитный поток Урана давит солнечный ветер и препятствует его широкому движению. С другой стороны выход для магнитных волн свободен и они, казалось бы должны распространяются на огромное расстояние в космическом пространстве. Но не тут то было. Для Урана это неприемлемо благодаря наклону оси вращения к магнитному полю. Поэтому когда планета вращается, то получается что его силовые линии накручиваются друг на друга спиралевидным хвостом в длину до 10 млн км в обратную от Солнца сторону.
Спутники Урана.
На сегодняшний день планета Уран является обладателем 27 спутников, хотя маленьких и незамеченных спутников наверняка гораздо большее количество. Их обычно разделяют на три основные группы: наиболее близкие к планете внутренние, наиболее удаленные внешние и самые крупные по величине спутники. Внутренние спутники Урана имеют вращение по круговым орбитам в плоскости экватора в направлении совпадающим с направлением вращения планеты. Это в основном глыбы из камня и льда неправильной формы с темной поверхностью. Почти все они очень тесно связаны с кольцами и вероятно являются их источниками.
Самые крупные или основные спутники Урана такие как Титания, Миранда, Ариэль, Умбриэль и Обертон отличаются в основном молодой поверхностью и самый большой из них Титания в диаметре только 1578 км. Такой спутник как Умбриэль обладает самой темной поверхностью. Спутник Миранда, самый близкий к планете с диаметром всего 472 км называют аналогом Энцеллада и Ио потому что тоже обладает значительным вулканизмом. В основном эти спутники состоят изо льда и каменистых пород. Самый светлый и яркий из спутников Ариэль. Внешние спутники располагаются на самых дальних орбитах, от планеты на десятки миллионов километров. Такая большая удаленность не замедлила сказаться, и их орбиты имеют большой угол наклона к экватору Урана и имеют ретроградное движение. Самый дальний из них Фердинанд.
Кольца Урана.
Кольца Урана впервые случайно были открыты по астрономическим меркам сравнительно недавно в 1977 году при наблюдении за звездой 5-ой величины САО 158687. Всего на сегодняшний день насчитывают 13 найденных колец. Основной особенностью является непрозрачный и очень темный черный цвет, возможно они состоят из смеси льда и какого то очень темного вещества. Некоторые кольца имеют форму эллипса и более узкие в ближних к планете местах. Минимальный радиус колец 38 000 км, а максимальный 98 000 км. Состав – частицы размером от миллиметра до 10 метров. Самое яркое из них кольцо Эпсилон с альбедо 0,018. Возможно потому, что ограничено спутниками «пастухами». Размеры колец невелики, они узкие и тонкие, самое большое из них тот же Эпсилон шириной 20-100 км. и толщиной 0,1 км. Это самое интересное кольцо: орбита эллиптическая, вблизи планеты оно уплотнено, а вдали разряжено и прозрачно. Главная ценность Урановских колец то, что они находятся в процессе своей эволюции. Ученые считают, что кольца сравнительно молодые с возрастом примерно 600 млн лет и произошли скорее всего из за разрушения спутников. Наряду с кольцами есть еще и очень тоненькие малозаметные небольшие колечки, пылевые полосы, и просто отдельные дуги колец. Все они временные и то образуются, то распадаются.
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
Планета Уран обязана своим открытием Гершелю, изучавшему небосвод в сконструированный им телескоп.
До своего открытия, планета Уран была неоднократно замечена и ошибочно причислена к звездам. Среди неподвижных небесных тел английский астроном заметил одно, движущееся по траектории и отличающееся от остальных по цвету. Так, в конце XVIII века была обнаружена новая планета. В выбранном названии первооткрыватель хотел прославить короля Георга III, но его идея не имела успеха. Спустя несколько лет немец Боне, продолживший изучение неизвестного тела, предложил имя греческого бога – Уран, которое было признано общественностью.
Местонахождение
Урану так долго удавалось оставаться незамеченным из-за его исключительной отдаленности от светила. Расстояние от Солнца до далекого гиганта составляет 2,8 млрд. км. Это седьмая планета в нашей системе. Астрономы определяют ее в группу газовых гигантов. Колоссальное расстояние от источника тепла и энергии сделало Уран самой холодной планетой среди всех изученных. На поверхности гиганта зафиксированы рекордно низкие данные температуры, она опускается до -220 градусов по Цельсию.
Особенности планеты
Уран уникален по своему расположению, его ось находится под наклоном в 98 градусов, что заставляет оригинальную планету совершать движение по орбите, лежа на боку. В таком положении на области полюсов направлен основной поток солнечной энергии, но, в разрез с логическими выводами, температура на участке экватора имеет более высокие показатели. Направление вращения ледяного гиганта обратное, по отношению к движению по орбите. Один оборот Уран делает за 84 земных года, а сутки проходят за 17 часов, этот срок вычисляется приблизительно по причине неравномерного перемещения газообразной поверхности.
Особенности строения и атмосферы
Масса небесного тела составляет 8,68х10 в 25 кг, она меньше, чем вес газовых гигантов, расположенных поблизости. Это обусловлено минимальной плотностью планеты – 1,27 г/см3, имеющей в основе легкие компоненты. Ее строение включает ядро из железа и камня; мантию – ледяной корпус, составляющий большую часть гиганта, и атмосферу. Эта модель разработана теоретически, ее основанием стало изучение гравитационного воздействия Урана на спутники. Эффектное голубое сияние планете придает наличие в верхних слоях частиц метана, его массовая доля составляет 2%. Основой газовой оболочки является водород – 82% и гелий – 15%. Оставшуюся часть делят аммиак и ацетилен. Мантия не является ледяной оболочкой в физическом понимании – это модифицированная смесь воды и аммиака. На планете нет твердой поверхности, этот уровень вычисляется условно исходя из показателей давления.
Нижняя область атмосферы динамична и подвержена ураганным ветрам. Над ней расположена тропопауза с облаками аммиака и сероводорода. Сезоны на Уране длятся несколько лет, в этот период одно полушарие лишено солнечного света. Магнитное поле планеты мощное и сложное, его ось смещена от оси вращения на 60 градусов.
Кольца Урана
Планета окружена собственной , состоящих из частиц различного диаметра. Имея темный цвет, они не выделяются и плохо заметны. Их рассмотрели только в 1977 году. Насчитывается 13 колец – 11 внутренних и 2 внешних, имеющих окрашенный спектр.
Спутники
Уран не одинок в космических просторах, его компанию разделяют 27 крупных и мелких спутников. Два из них обнаружил в 1787 году Уильям Гершель, спустя 80 лет открыли следующую пару. Последний из пяти крупных спутников заметили почти через столетие. Эти космические объекты имеют форму шара, их тела созданы изо льда и камня. Каждый из них имеет свои особенности: – ближайшая к Урану луна, – имеет очень темную поверхность, – самый молодой и светлый, – изрезан кратерами, следами прошлой вулканической деятельности. похожа размерами и внешним видом на Оберон – это два крупнейших спутника. 22 объекта были открыты позднее, при помощи мощных телескопов и аппарата « ». Для названий принято использовать имена персонажей произведений Шекспира и Поупа.
Основные параметры планеты
Масса: 86,832 x 10*24 кг
Объем: 6833 х 10*10 км3
Средний радиус: 25362 км
Средний диаметр: 50724 км
Средняя плотность 1,270 г/см 3
Первая космическая скорость: 21,3 км/с
Ускорение свободного падения: 8.87 м/с 2
Естественных спутников: 27
Наличие колец — да
Большая полуось: 2872460000 км
Орбитальный период: 30685.4 дней
Перигелий: 2741300000 км
Афелий: 3003620000 км
Средняя орбитальная скорость: 6.81 км/с
Наклонение орбиты: 0,772 °
Эксцентриситет орбиты: 0,0457
Звездный период вращения: 17.24 часов
Продолжительность дня: 17.24 часов
Осевой наклон: 97,77 °
Дата открытия: 13 марта 1781
Минимальное расстояние от Земли: 2581900000 км
Максимальное расстояние от Земли: 3157300000 км
Максимальный видимый диаметр с Земли: 4.1 угловых секунды
Минимальный видимый диаметр с Земли: 3.3 угловых секунды
Максимальная звездная величина: 5.32
Планета Уран - седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана, отца Кроноса и, соответственно, деда Зевса. Планета Уран - единственная планета, название которой происходит не из римской, а греческой мифологии. Люди наблюдали Уран ещё и до Уильяма Гершеля, но обычно принимали его за звезду. 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 высокотемпературных модификаций льда - 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, поверхность Урана состоит в основном изо льдов и скал.
Планета Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и при помощи телескопа. Об открытии Урана Уильям Гершель объявил 13 марта 1781 года, тем самым впервые со времён античности расширив границы Солнечной системы в глазах человека. Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, ранние наблюдатели никогда не признавали Уран за планету из-за его тусклости и медленного движения по орбите. Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец и магнитосфера. 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 системе Урана открыто 27 естественных спутников. Названия для них выбраны по именам персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Можно выделить пять основных самых крупных спутников: это Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Спутниковая система Урана наименее массивна среди спутниковых систем газовых гигантов. Даже объединённая масса всех этих пяти спутников не составит и половины массы Тритона, спутника Нептуна.
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. Атмосфера планеты Уран - необычно спокойная по сравнению с атмосферами других планет-гигантов, даже по сравнению с Нептуном, который схож с Ураном и по составу, и по размерам. Планета Уран тяжелее Земли в 14,5 раз, что делает его наименее массивной из планет-гигантов . Плотность Урана, равная 1,270 г/см³, ставит его на второе место после Сатурна по наименьшей плотности среди 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, оставшаяся доля приходится на горные породы, которые, как полагают, составляют ядро планеты.
Период полного обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года. 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 орбитальные элементы Урана были вычислены в 1783 году французским астрономом Пьером Симоном Лапласом, однако со временем у них были выявлены несоответствия с наблюдаемым движением планеты. В 1841 году британец Джон Кауч Адамс первым предположил, что ошибки в расчётах вызваны гравитационным воздействием ещё не открытой планеты. А 23 сентября 1846 года Иоганн Готфрид Галле обнаружил новую планету, позже названную . Период вращения планеты Уран вокруг своей оси составляет 17 часов 24 минуты. 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 30 градусов южной широты некоторые части атмосферы делают оборот вокруг планеты всего за 14 часов.
Хотя планета Уран и не имеет твёрдой поверхности в привычном понимании этого слова, наиболее удалённую часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой. Полагают, что атмосфера Урана начинается на расстоянии в 300 км от внешнего слоя при давлении в 100 бар и температуре в 320 K. «Атмосферная корона» простирается на расстояние, в 2 раза превышающее радиус от «поверхности» с давлением в 1 бар. Атмосферу условно можно разделить на 3 части: тропосфера, стратосфера и термосфера/атмосферная корона (4000 - 50000 км от поверхности). Мезосфера у Урана отсутствует. У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из частиц диаметром от нескольких миллиметров до 10 метров. Это - вторая кольцевая система, обнаруженная в Солнечной системе. На данный момент у Урана известно 13 колец, самым ярким из которых является кольцо эпсилон. Кольца планеты Уран, вероятно, весьма молоды - на это указывают промежутки между ними, а также различия в их прозрачности. Это говорит о том, что кольца не были сформированы вместе с планетой. Возможно, ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким небесным телом, либо под действием приливообразующих сил.
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. Большая часть водорода с гелием пошла на формирование Солнца. А частицы пыли стали собираться вместе, чтобы впоследствии сформировать протопланеты. Поскольку планеты увеличивались в размерах, некоторые из них обзавелись достаточно сильным магнитным полем, позволившим им сконцентрировать вокруг себя остаточный газ. Они продолжали набирать газ до тех пор, пока не достигали предела, и дальше их размеры увеличивались по экспоненте. Ледяным же гигантам удалось «получить» значительно меньше газа - по массе полученный ими газ только в несколько раз превосходил массу
