Уран

24 января 1986 г. Урана достигла станция "Вояджер-2", запущенная ещё в 1977 г. [Встреча "Вояджера-2" с планетой Уран, 1986]. Она прошла в 81 600 км от планеты.

В 1977 г. с Земли вблизи Урана открыты кольца. В 1986 г. они обследованы станцией "Вояджер-2", обнаружено 11 колец и примерно 100 поясов пыли вокруг Урана, а число известных спутников этой планеты достигло 15 [Встреча "Вояджера-2"..., 1986].

Что же касается самого Урана, то он оказался тихим и однообразно облачным, хотя предполагалось, что это столь же штормистая планета, как другие гиганты. Уран холоден и внутри, и снаружи (минус 210 градусов снаружи). Выяснилось, что он отдаёт в Космос удивительно мало тепла от ядерных реакций в своих недрах, так как в далёком прошлом всё отдал из-за нестабильности [Почему Уран холодный, 1995]. Нестабильность, возможно, связана с резкой сменой времён года из-за необычной направленности оси вращения.

На поверхности Урана были отмечены только единичные облачка из кристаллов замёрзшего метана (никаких различно окрашенных облачных поясов, вихрей и т.п.), по которым определена скорость ветра - 300 км/час. Для планет-гигантов это сравнительно низкая скорость. Глубинные атмосферные течения Урана скрыты голубой метановой дымкой. Уран ещё более голубой, чем наша планета.

В атмосфере найдены ацетилен и метан, а основными её составляющими являются водород и гелий в тех же примерно соотношениях, что и у других гигантских планет (и у звёзд) [Купер, Хенбест, 1998]. Водорода - 85%, гелия - 12%, метана - 3% [Вселенная, 1999].

С колец или метеоритных тел в атмосферу непрерывно падает какое-то количество воды [Вода в атмосферах планет-гигантов, 1998].

Хотя смена времён года на Уране очень чёткая (день и ночь на полюсах длятся по 42 года), летние и зимние температура на планете отличаются всего на 2 градуса из-за большой скорости ветра, перемешивающего атмосферу [Встреча "Вояджера-2"..., 1986].

На Уране обнаружено магнитное поле, которое по величине сравнимо с земным. Интересно, что магнитная ось отклонена от оси вращения на 55 градусов (или 60 градусов по другим данным), а у других планет - не более 20 градусов. Кроме того, выяснено, что источник поля находится в 10 000 км от ядра Урана. Видимо, магнитное поле обусловлено не токами в слое расплавленного железа, а токами в слое воды и аммиака (аммиак растворяется в воде и диссоциирует на ионы аммония и гидроксила: NH3 + H2O -> NH4OH -> NH4+ + OH-).

В центре Урана, исходя из плотности планеты и её магнитного поля, должно находиться ядро из твёрдых веществ (диаметром около 17 000 км и температурой около 7000 градусов Цельсия), над ним - слой сжатых почти до жидкого состояния водяных паров, аммиака и метана, а выше - атмосфера уже описанного состава. Слой металлического водорода отсутствует. Есть предположения, что эти слои должны быть сильно перемешаны, так как уж очень быстро Уран вращается вокруг своей оси [Встреча "Вояджера-2"..., 1986].

На Уране, как и на других планетах-гигантах, бывают полярные сияния и т.п. явления, связанные с наличием магнитного поля.

Недавно разработана математическая модель, подтверждающая возможность возникновения Урана и Нептуна примерно там, где находятся Юпитер и Сатурн. Возникло 4 - 5 протопланетных ядер, но два из них были потом выброшены подальше от Солнца. Возникнуть же в областях, где Уран и Нептун находятся сейчас, они не могли, так как облако пыли и газа было в этом месте разреженным [Как и где родились Уран и Нептун? 2000].

Кольца Урана 

Кольца вокруг Урана оказались безусловно самым интересным объектом в системе Урана, так как они даны нам в развитии, они много рассказывают о своей эволюции и вообще об эволюции такого образования как кольца планет-гигантов. Этим кольцам посвящена специальная статья в журнале "В мире науки" [Кузи, Эспозито, 1987].

Кольца Урана были открыты с Земли в 1977 г. во время покрытия Ураном звезды. Звезда, на которую надвигался Уран, должна была исчезнуть за диском планеты хоть и не сразу, так как есть атмосфера, но очень быстро. Звезда же при приближении к диску Урана начала "подмигивать" и менять яркость задолго до диска. Тогда стали пристально наблюдать покрытия Ураном всех и даже слабых звёзд. В результате этого было открыто 9 колец.

"Вояджер-2" открыл ещё кольцо (или даже два, если считать с одним менее чётким объектом). Этой станцией были определены также ширина и другие параметры всех колец.

Обнаружены были также примерно 100 поясов пыли, которые располагались примерно там же, где и настоящие кольца (они видны на единственном снимке с длительной экспозицией, который сделан на просвет против Солнца).

У колец Урана оказались следующие особенности:

не все кольца круговые, некоторые имеют форму эллипса;

все кольца тёмные, как уголь (таковы же и 10 спутников Урана);

все кольца узкие (от 2 до 100 км, а не 60 000 км, как у Сатурна);

ширина колец разная в разных местах (эллиптические кольца менее широки ближе к Урану);

имеются разомкнутые кольца (в какой-то части орбиты нет частиц).

Самое внешнее из колец (эпсилон-кольцо) обладает рядом специфических черт. Во-первых, оно самое яркое. Во-вторых, это кольцо с двух сторон (с внутренней и внешней) ограничено спутниками-"пастухами", которых нет у остальных колец, или же они крайне малы и не зафиксированы. Спутники удерживают частицы кольца за счёт резонанса (кратности периодов обращения этих спутников и частиц кольца). Это кольцо эллиптическое, не круговое. Вблизи Урана оно имеет ширину 20 км и непрозрачное, вдали - 96 км и прозрачное, разреженное.

Предполагается, что система Урана очень многочленна, и есть около миллиона мелких спутников, которые по размеру промежуточны между известными спутниками и частицами колец.

По-видимому, кольца Урана - это не длительно живущие образования, а фрагмент истории спутников. Кольца рассеиваются и вновь возникают при столкновении спутников. Жить долго кольца не могут, так как атмосфера Урана простирается до колец, и частицы должны тормозить и падать на планету.  

Спутники Урана 

Спутникам Урана посвящена специальная статья в журнале "В мире науки" [Джонсон и др., 1987].

Все 15 до недавнего времени известных спутников Урана имеют ледяную поверхность, но, тем не менее, они темнее и содержат больше скальных пород, чем спутники Сатурна, то есть это не ледяные глыбы.

Позднее были известны 17 спутников, но последние два почти не изучены [Сурдин, 1998в]. Потом сообщалось о 21 спутнике, но один из них вскоре был "разжалован" [Уран лишился одного спутника, 2002].

5 спутников были известны давно. Они значительно крупнее остальных и вращаются дальше от планеты, подчиняясь принципам Боде и другим принципам построения Солнечной системы: каждый следующий примерно в полтора раза дальше предыдущего, размеры по мере удаления сначала возрастают, а потом падают (верно только для последней пары спутников). Все эти спутники в несколько раз меньше Луны (по диаметру в 2-5), но всё-таки это значительные небесные тела. Примерно такая же закономерность в относительных размерах характерна для четырёх крупных спутников Юпитера.

Ещё 10 спутников открыты сравнительно недавно. Они вращаются ближе к планете и гораздо меньше предыдущих. Один из них (самый внешний) имеет диаметр порядка 160 км, а остальные девять - 40 - 80 км. Два ближних к планете спутника "стерегут" внешнее кольцо, а остальные обращаются вне пояса колец. Принципы Боде и т.п. принципы на них не распространяются, если не принимать во внимание, что они, в целом, не велики и близки к планете, как планеты земной группы в сравнении с планетами-гигантами. В остальном же они другие (часть из них "бегает" вокруг планеты почти "кучей", относительные размеры ближних и более далёких не подчиняются каким-либо правилам).

Не исключено, что у Урана есть и более далёкие спутники, которые аналогичны группам далёких спутников Юпитера и Сатурна, но они малы по размеру и потому пока не открыты...

Стоп! Предыдущая фраза уже устарела, так как совсем недавно открыты два дальних спутника. Пока пишется работа, и эта фраза может устареть. Их будет уже не два... А 5 - 6!

КОРДЕЛИЯ. Примерно в 1,8 радиуса планеты от её центра, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 30 км. Открыт "Вояджером-2" в 1986 г., как и все остальные мелкие спутники Урана. Движение по орбите в обратном направлении, как и вращение Урана вокруг оси. Самый близкий к Урану спутник и единственный, который вращается внутри пояса колец. Внутренний "пастух" внешнего кольца, самого большого и яркого.

ОФЕЛИЯ. В 2,1 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 30 км. Движение по орбите в обратном направлении, как и вращение Урана вокруг оси. Внешний "пастух" внешнего кольца.

БЬЯНКА (БИАНКА). В 2,3 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 40 км.

КРЕССИДА. В 2,4 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 70 км.

ДЕЗДЕМОНА. В 2,45 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 60 км.

ДЖУЛЬЕТТА. В 2,5 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 80 км.

ПОРЦИЯ. В 2,6 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 110 км.

РОЗАЛИНДА. В 2,7 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 60 км.

БЕЛИНДА. В 2,8 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром порядка 70 км.

ПУК (ПЭК). В 3,3 радиуса планеты, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром около 150 км. Последний из группы мелких спутников (самый крупный в этой группе), последний из скученно кружащихся спутников и первый, начиная с которого соблюдаются принципы Боде и т.п.

МИРАНДА. Самый близкий к планете крупный и давно известный спутник. В 5,1 радиуса планеты от её центра (в 130 000 км от поверхности планеты), оборот за 1,4 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром 472 км (недавние данные). Открыт Койпером (Квипером) в 1948 г. Движение обратное, совпадающее с направлением вращения Урана, как и у всех его спутников. Относительно светлый спутник. Нагромождение гигантских скал и кратеров. Ущелья в 10 раз глубже Большого Каньона на Земле. Видимо, Миранда когда-то разлетелась от столкновения, а потом осколки вновь соединились под действием взаимного притяжения. Видны "швы" на границах блоков [Купер, Хенбест, 1998]. Есть отвесный обрыв высотой 15 км [Энциклопедия для детей, том 8, 1997]. Кратеров на Миранде относительно мало [Океан..., 1987].

АРИЭЛЬ. В 7,5 радиусах планеты (в 192 000 км), оборот за 2,5 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром, как считали, около 800 км (по последним данным - 1158 км). Открыт Ласселем в 1851 г. Движение обратное (как и вращение Урана). Самый светлый из спутников Урана (отражает 40% света). Покрыт сетью расщелин глубиной до 30 км, но метеоритных кратеров меньше, чем на следующем спутнике. Видно, что форма и размер кратеров менялись при извержении вулканов (потому кратеров и меньше - разрушены). Большие метеоритные кратеры почти отсутствуют.

УМБРИЭЛЬ. В 10,5 радиуса планеты (в 267 000 км), оборот за 4,1 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром 1169 км (недавние данные). Открыт Ласселем в 1851 г. Движение обратное (как и вращение Урана). Самый тёмный из больших спутников Урана (отражает только 19% света). Много метеоритных кратеров, и отсутствуют следы недавней вулканической и т.п. активности. Кратер Вунда диаметром 110 км окружён светлым кольцом.

ТИТАНИЯ. В 17,2 радиуса планеты (в 439 000 км), оборот за 8,7 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром около 1600 км (по последним данным - 1578 км). Открыта Гершелем в 1787 г. Движение в обратном направлении (как и вращение Урана). Самый большой спутник Урана, но по диаметру всё-таки в 2 раза уступает Луне. Много метеоритных кратеров. Есть сеть тектонических разломов и признаки древнего вулканизма.

ОБЕРОН. В 23,0 радиусах планеты (в 587 000 км), оборот за 13,5 земных суток, в 98 градусах к орбите планеты, диаметром около 1450 км. Открыт Гершелем в 1787 г. Движение в обратном направлении (как и вращение Урана). Второй по величине спутник Урана, по диаметру примерно в 2 раза уступает Луне. Обладает ледяной и сильно кратерированной поверхностью без признаков геологической активности (трещин, вулканов).

СПУТНИК S/1997 U2 (СИКОРАКСА). Открыт в начале сентября 1997 г. с помощью пятиметрового телескопа Паломарской обсерватории в США. Названия этого и следующего спутников придуманы только что - Сикоракса (из "Бури" Шекспира) [Калибан и Сикоракса..., 1999]. Большая полуось орбиты имеет радиус в 253 радиуса Урана (6 470 000 км), оборот совершается за 495 земных суток, орбита наклонена на 153 градуса к эклиптике [Сурдин, 1998б]. Звёздная величина - 20,4 [Калибан и Сикоракса ..., 1999]. Предполагаемый радиус - 60 км. Типичный "неправильный" далёкий спутник планеты-гиганта с вытянутой орбитой, который из-за солнечной гравитации тяготеет углом наклона орбиты не к экватору планеты, а к плоскости её орбиты [Сурдин, 1998в].

СПУТНИК S/1997 U1 (КАЛИБАН). Тоже открыт в начале сентября 1997 г. с помощью того же телескопа. Большая полуось орбиты имеет радиус в 305 радиусов Урана (7 800 000 км), оборот совершается за 654 земных суток, орбита наклонена на 146 градусов к эклиптике. Звёздная величина - 21,9. Предполагаемый радиус - 30 км. Такой же типичный "неправильный" далёкий спутник планеты-гиганта [Сурдин, 1998; Калибан и Сикоракса..., 1999].  

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.seminarium.narod.ru