Уран

История изучения

Уран был открыт около 200 лет назад, музыкантом и любителем астрономии Уильямом Гершелем. 13 марта 1781 года он изучал расположение звезд в районе созвездия Тельца. Одна из звезд в пределах этого участка показалась ему странной - вместо яркой точки она имела вид небольшого диска, поэтому в дневнике наблюдений он сделал такую запись: "необычного вида - либо звезда, окруженная туманностью, либо комета". Гершель посчитал, что открыл новую комету, и направил письмо в Королевское общество. Спустя 2 месяца петербургский академик Андрей Лексель вычислил параметры орбиты этого небесного тела, показавшие, что оно вращается вокруг Солнца по кругу, радиус которого в 19 раз превышает радиус орбиты Земли. Полученная орбита больше походила на планету, чем на комету. Стало ясно, что была открыта новая планета. Благодаря открытию Урана Уильям Гершель смог стать профессиональным астрономом, а затем и крупнейшим астрономом-наблюдателем в истории. В том же году, когда был открыт Уран, Гершель был избран членом Лондонского Королевского общества и получил степень доктора Оксфордского университета. Король Георг III, сам большой любитель астрономии, присвоил исследователю рыцарский титул сэра и в 1782 году назначил его Королевским астрономом, а помогавшую ему в наблюдениях сестру Каролину - помощником Королевского астронома. Спустя шесть лет, в 1787 году, Гершель открыл два крупнейших спутника Урана-Оберон и Титанию. Ариэль и Умбриэль были найдены в 1851-м Уильямом Ласселлом , выдающимся британским астрономом-любителем Викторианской эпохи. Наконец, в 1948 году американский астроном Джерард Койпер нашел самый маленький из пяти главных спутников - Миранду.

Общая характеристика

Интересные факты об Уране

• Уран — седьмая планета от Солнца, находящаяся на расстоянии около2,9 млрд км (1,8 миллиарда миль)или 19,19 АЕ.
• День на Уране занимает около 17 часов (время, которое требуется Урану, чтобы совершить один полный оборот вокруг своей оси). Уран совершает полный оборот вокруг Солнца (год на Уране) за 84 земных года.
• Уран является ледяным гигантом. 82,5 процента водорода, гелия 15,2 процента, 2,3 процента метана. Общий состав Урана по массе считается: около 25 процентов камень, от 60 до 70 процентов лед, и от 5 до 15 процентов водород и гелий. Мантия — водный, аммиачный и метановый лед. Ядро — железо и силикатный магний.
• Уран имеет атмосферу, состоящую в основном из водорода (Н2) и гелия (He), с небольшим количеством метана (CH4).
• Уран имеет 27 спутников. Крупнейшие спутники получили свои названия не от первооткрывателей. Имена им дал в XIX веке сын Уильяма Гершеля, Джон Гершель, который и сам являлся одним из виднейших астрономов мира. В нарушение астрономической традиции, требующей брать названия для планет и спутников из мифологических сюжетов разных народов, спутники получили имена персонажей из произведений английских литераторов - Шекспира и Попа. Самый яркий среди спутников Урана - Ариэль получил имя доброго, светлого духа воздуха - персонажа, встречающегося и в пьесе Шекспира "Буря", и в поэме Попа "Похищение локона". Соседний с ним спутник - Умбриэль, вдвое темнее, был назван именем злого, темного духа из той же поэмы Попа. Два наиболее крупных из спутников Урана - Титания и Оберон получили имена королевы фей и ее супруга, короля добрых духов из пьесы Шекспира "Сон в летнюю ночь".
• Уран имеет слабые кольца. Внутренние кольца узкие и темные. Наружные кольца ярко окрашены.
• Вояджер-2 является единственным космическим кораблем, посетившим Уран.
• Уран не может поддерживать жизнь, в том виде, в котором мы ее знаем.
• Как и Венера, Уран имеет ретроградное вращение, то есть вращается с востока на запад. В отличие от любых других планет, Уран вращается на боку, а это значит, он вращается по горизонтали.
• Интересный факт: многие имена были предложены для новой планеты, в том числе Hypercronius (над Сатурном), Минерва (римская богиня мудрости), и Гершель. Отдавая почтение королю Англии Георгу III, Гершель предложил назвать планету Georgium Sidus (Планета Георга), но эта идея не была популярна за пределами Англии и в родном для Георга Гановере. Немецкий астроном Иоганн Боде, который детально изучил орбиту Урана, дал ей конечное название в честь греческого бога неба Урана, отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и, соответственно, деда Зевса (у римлян — Юпитер).
• В отличие от других планет Солнечной системы, орбита Урана наклонена так сильно, что он по существу вращается вокруг Солнца на боку, с осью вращения, указывающая на звезду. Этот необычный наклон может быть результатом столкновения с планетой большого тела вскоре после того, как был сформирован Уран. Этот необычный наклон приводит к экстремальным сезонам длительностью 20 лет, означающие, что приблизительно в течение четверти года Урана, равного 84 земным годам, Солнце светит прямо на каждый полюс, оставляя другую половину планеты на испытание длинной, темной и холодной зимы.
• Магнитные полюсы планеты обычно выстроены вверх к полюсу, по которому он вращается, но магнитное поле Урана наклонено. Магнитная ось наклонена приблизительно на 60 градусов от оси вращения планеты. Это приводит к странному однобокому магнитному полю Урана, с силой поля на поверхности северного полушария в 10 раз превышающей силу на поверхности южного полушария.
• Кольца Урана были увидены первыми после Сатурна. Они были значительным открытием, так как они помогли астрономам понять, что кольца являются общей чертой планет, а не просто особенностью Сатурна. Уран имеет два набора колец. Внутренняя система колец состоит в основном из узких и темных колец, в то время как внешняя система, состоящая из двух более отдаленных колец. Эти кольца были обнаружены космическим телескопом Хаббл и имеют красноватый и синий оттенок. Ученые уже определили 13 известных колец вокруг Урана.
• По иронии судьбы, когда Вояджер-2 впервые подлетел к южному полушарию Урана в 1986 году в разгар лета, он увидел только мягкую атмосферу и наличие облаков, занимающих не более 10 процентов, таким образом, Уран получил прозвище «самая скучная планета». Потребовалось десятилетия, прежде чем передовые телескопы, такие как Хаббл, вступили к исследованиям и сумели обнаружить экстремальные погодные условия.

Спутники Урана

На данный момент известно 27 спутников Урана. Как и спутники Нептуна, их можно разделить на три явно выраженных группы. Первая - это внутренние спутники: Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Купидон, Белинда, Пердита, Пак и Маб. Вторая - относительно крупные спутники Урана: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Наконец, в третью группу входят внешние спутники: Франциско, Калибан, Стефано, Тринкуло, Сикоракса, Маргарита, Просперо, Сетебос и Фердинанд. Все внутренние спутники Урана - темные глыбы неправильной формы размером 50-150 км, вращающиеся в прямом направлении (т.е. в направлении вращения Урана) по круговым орбитам практически в плоскости экватора планеты. Часть из них (возможно, все) связаны с кольцами Урана и являются источником материала колец. Каждый из внутренних спутников облетает планету всего за несколько часов. Недавние наблюдения Урана не только привели к открытию двух новых спутников (Купидона и Маб) и двух новых колец, но и обнаружили значительные изменения в параметрах орбит внутренних спутников со времени первых наблюдений Урана на космическом телескопе им. Хаббла в 1994 году. Судя по всему, система внутренних спутников Урана отличается молодостью и динамичностью, их орбиты быстро эволюционируют. В ближайшие несколько десятков миллионов лет часть из них столкнется друг с другом, рассыплется на множество осколков и даст начало новым кольцам, часть упадет на Уран или его крупные спутники, а часть может покинуть систему Урана и перейти на гелиоцентрические орбиты.

Титания

Миранда

Карта спутников

Исследование Урана межпланетными станциями и телескопами

10 марта 1977 года произошло покрытие Ураном одной из звезд, видимое на южной частью Индийского океана западнее Австралии. Основной целью наблюдения этого явления было изучение атмосферы Урана. Наиболее удачное наблюдение смогла провести Летающая обсерватории им. Койпера, размещенная на самолете. Ей был совершенно неожиданно зафиксирован спад яркости длительностью в минуту. Затем наблюдалось еще 4 затмения на меньшем расстоянии от планеты в течение нескольких секунд. После затмения планеты, звезда вновь испытала те же 5 странных затмений. Другие обсерватории подтвердили наблюдение самого длительного спада в яркости. Стало понятно, что Уран окружает целая система из темных, узких колец. Кольца были названы первыми буквами греческого алфавита в порядке удаления от планеты - Альфа, Бета, Гамма, Дельта, Эпсилон. Внешнее - Эпсилон - расположено в 52 тыс. км от центра Урана. Оно либо более мощное, чем другие кольца, либо составляющие его глыбы расположены ближе друг к другу, поскольку оно ослабило свет звезды на 90%, а внутренние кольца - не более чем на 50%. Наблюдение следующего покрытия позволило открыть еще 4 кольца, доведя общее количество обнаруженных колец до 9.Из-за огромного космического расстояния до Земли, систему Урана посетил только один космический корабль. До этого, Уран был виден лишь в телескопах как крошечная сине-зеленая точка. В 1986 году космический аппарат НАСА «Вояджер-2» прошёл в 81 500 км от поверхности планеты. Это единственное в истории космонавтики посещение окрестностей Урана. «Вояджер-2» помимо Урана провёл исследования Юпитера и Сатурна (а позднее — и Нептуна). Аппарат провёл изучение структуры и состава атмосферы Урана, обнаружил 10 новых спутников, изучил уникальные погодные условия, вызванные осевым креном в 97,77°, и исследовал систему колец. Также было исследовано магнитное поле и строение магнитосферы и, в особенности, «магнитного хвоста», вызванного поперечным вращением. Было обнаружено 2 новых кольца и сфотографированы 5 самых крупных спутников. В земные телескопы Уран выглядит как диск очень маленького размера. Поэтому после пролета Вояджера-2 по-настоящему качественные снимки были получены лишь 14 августа 1994 года, когда планета впервые попала в объектив космического телескопа им. Хаббла. Дальнейшие наблюдения на Хаббле позволили пронаблюдать спутники, открытые «Вояджером-2». В декабре 2005 году было объявлено, что на снимках Хаббла 2003-2005 года обнаружены 2 новых слабых кольца располагающихся между кольцом Эпсилон и орбитой Миранды, и 2 новых спутника. Найденные кольца были также обнаружены на некоторых снимках Вояджера-2. В ходе анализа положений спутников на снимках с 1994 года было отмечено незначительно изменение орбит внутренних спутников, что говорит о нестабильности их орбит. Одно из редчайших явлений наблюдалось 8 сентября 2001 года. В этот день крупнейший спутник Урана - Титания - затмил слабую звезду одной из дальних солнечных систем млечного пути. Это редчайшее явление (по расчетам ученых, бывающее раз в 5000 лет) наблюдалось на узкой полосе, проходящей через Эквадор, Колумбию, Венесуэлу, Испанию и Португалию. Как и предполагалось ранее по снимкам Вояджера-2, было потвержденно, что на спутнике отсутствуют даже следы атмосферы.

Переспективные исследования

В настоящее время НАСА планирует запуск аппарата "Uranus orbiter and probe" в 2020-х годах. Миссию планирует и Европейское космическое агенство. В предложении описывается путешествие к внешней части Солнечной системы, в котором конечной целью является планета Уран. Миссия названа "Uranus Pathfinder". Она позволит изучить уникальный химический состав планеты, её кольца и спутники, а также раскрыть несколько самых важных тайн планеты. Руководитель проекта рассказал, что мотивацией к этой миссии является исследование гигантских внешних областей Солнечной системы, о которых мы очень мало знаем. В зависимости от размеров корабля, миссия может занять от 8 до 15 лет, чтобы достичь места назначения. Предположительно "Uranus Pathfinder" будет запущен в 2021 году.