Пять загадок планеты уран. Уран вокруг солнца «лёжа на боку» - Документ Почему на солнечной стороне холоднее

Небесные тела, расположенные в нашей галактике после Сатурна, мало изучены — космические исследовательские зонды эти места практически не посещали. Однако кое-что земляне об этой области Солнечной системы узнали. Например, мы знаем, какая планета вращается, лежа на боку.

Наклон оси вращения Урана

Каждое тело планетарного типа в Солнечной системе имеет собственный наклон вращательной оси, представляющий собой угол между плоскостью своего экватора и эклиптикой — плоскостью, в которой тело движется вокруг светила.

Но у Урана этот показатель рекордный — почти 98°. Получается, что это тело вращается в положении «лежа на боку», будто катится по своей орбитальной траектории.

Такое явление вызвало особенное изменение уранианских сезонов года и времени суток.

В момент зимнего или летнего солнцестояния:

• один из планетарных полюсов «смотрит» на Солнце;
• в этом полушарии длится полярный день, в противоположном — полярная ночь;
• в экваториальной области быстро сменяются день и ночь;
• наблюдатель на экваторе видит светило расположенным крайне низко над горизонтом, примерно так, как в полярных широтах на нашей планете;
• стоя на полюсе, можно видеть, как Солнце по спиралеобразной траектории в течение 21 года поднимается практически до зенита, а затем столько же лет спирально опускается за линию горизонта.

Спустя местные 6 месяцев, в течение которых на Земле пролетит 42 года, Уран повернется к центральному светилу системы противоположным полюсом, ситуация сменится на обратную.

На планете также существует весеннее и осеннее равноденствие. В эти моменты Солнце находится практически над экватором, а результатом является привычная на других планетах смена дня и ночи.

Очередное равноденствие — осеннее в южном полушарии и весеннее в северном — наступило здесь в 2007 г. и продлится до 2028 г., когда оно сменится, соответственно, зимним и летним равноденствием.

Среди ученых имеются некоторые разногласия о том, какое полушарие Урана считать северным, а какое — южным. Необычное положение небесного тела не позволяет в точности идентифицировать полюса. В результате обсуждений было принято определять их так же, как на других планетах — по отношению к северному и южному полюсам мира.

Что послужило причиной наклона Урана

Существует как минимум 2 версии, почему Уран лежит на боку. Часть ученых считают, что когда-то планета имела достаточно крупную естественную луну, воздействовавшую на уранианскую ось вращения.

Впоследствии луна разрушилась или сменила орбиту, а положение оси не изменилось. Противники теории возражают, что сегодня спутники планеты наклонены вместе с нею. Воздействие, которое наклонило бы и сам Уран, и его сателлиты, представить сложно.

Существует альтернативная гипотеза: в самом начале формирования солнечных планет Уран столкнулся с крупным небесным телом (предположительно — с молодой каменно-ледяной протопланетой), что вызвало такой осевой наклон. Случиться такое столкновение могло 2-4 млрд лет назад.

Одни астрономы уверены, что удар вышел «скользящим», а не «в лоб», иначе Уран получил бы гораздо больше разрушений либо вовсе перестал существовать в современном виде. Другие утверждают, что столкновений было несколько, потому что единичный удар вызвал бы иные последствия, например начало вращения в другую сторону, но не такой переворот.

Хотя эта теория также не объясняет, почему вместе с планетой повернулись и ее луны, она была подтверждена результатами эксперимента, который провела группа астрономов из США и Великобритании. Научный сотрудник Дж. Кегеррей и его помощники смоделировали столкновение «правильно» вращающегося Урана и движущегося навстречу крупного (его размеры должны были в 2 раза превышать земные) объекта.

Этот факт не только привел к изменению положения вращательной оси, но и повлиял на строение планеты. Удар вызвал существенную потерю ею тепловой энергии — она просто вырвалась из уранианских недр и растворилась в космосе.

Возможен и второй вариант: обломки разрушившегося встречного объекта упали на планету в виде тонкой каменной оболочки вокруг ледяного слоя, что изолировало внутреннее планетарное тепло и вызвало замораживание объекта. Это объясняет, почему Уран сейчас — самое холодное тело планетарного типа в Солнечной системе.

Уран: вокруг солнца "Лежа на боку"

В XVIII в. границей Солнечной системы считался Сатурн, известный с незапамятных времён. Никому и в голову не приходило, что за ним скры-вается ещё одна, неведомая планета. 13 марта 1781 г. новую планету - Уран - открыл учитель музыки из Англии Уильям Гершель, до этого совершенно неизвестный в астрономическом мире.

Заметив в свой телескоп светлый диск, движущийся по небу, Гершель принял его за комету и сообщил об открытом небесном теле профессио-нальным астрономам в Гринвич. До-вольно быстро выяснилось, что это новая планета, и весть об открытии облетела всю Европу. Любопытно, что знаменитый немецкий астроном Иоганн Боде, со-ставляя извещение об этом уникаль-ном факте, даже не знал, как пишется имя первооткрывателя, и привёл не-сколько его вариантов, взятых из разных источников. После открытия Урана (название дано Боде) Гершель стал широко известен, был избран членом Лондонского королевского общества и получил должность при-дворного астронома. За последующие 40 лет он сделал множество замеча-тельных открытий, в частности впервые наблюдал два крупнейших спутника Урана (1787 г.) и два спутника Сатурна (1789 г.). Но главным его открытием всётаки остался Уран, вдвое расширивший границы известной Солнечной системы.

Когда о Земле говорят "голубая планета" - это ласковое преувеличение. Основная её палитра включает белый (облака, льды), жёлто-коричневый (суша) и свинцово-серый (океан) цвета. По-настоящему голубой плане-той оказался далёкий Уран!

Причина этого кроется в составе атмосферы Урана и её температуре. При морозе (-218 °С) в верхних сло-ях водородно-гелиевой атмосферы сконденсировалась и теперь постоянно присутствует метановая дымка. Метан хорошо поглощает красные лучи и отражает голубые и зелёные. Поэтому Уран и приобрёл красивый аквамариновый цвет.

Типичные для Юпитера и Сатурна белые аммиачные облака на Уране сформировались в нижних слоях атмосферы и поэтому не видны. Лишь на низких широтах было замечено несколько светлых облаков. По их движению скорость ветра на больших высотах оценивалась в 100 м/с. Никаких других структур на однородном диске Урана не найдено - все атмосферные течения скрыты метановой дымкой. В верхней атмосфере Урана на-блюдаются различные "электросияния", подобные земным полярным сияниям. Их вызывают потоки элементарных частиц (протонов, элек-тронов), бомбардирующих газовую оболочку планеты. Сияния подобного рода типичны для планет-гигантов из-за их сильного магнитного поля.

У Урана почти такое же сильное магнитное поле, как у Земли, только конфигурация его необычна: маг-нитный полюс отклоняется от гео-графического почти на 60°. Так что компас там не будет указывать на географический полюс. А самая при-мечательная особенность этой пла-неты заключается в том, что она вращается "лёжа на боку" (даже слег-ка "вниз головой")-, наклон её оси вращения 98°.

Уран получает почти в 400 раз меньше света, чем наша планета. Для чувствительного человеческого глаза это соответствует освещённости на Земле сразу после захода Солнца, в начале сумерек. Для сравнения можно добавить, что освещённость на Уране в 1000 раз больше, чем в ясную ночь полнолуния на Земле.

1. Почему Уран «лежит на боку»?

Плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом почти сто градусов. То есть если другие планеты крутятся как «волчки», то Уран - как катящийся шар. Будто что-то уронило на бок планету, в полтора десятка раз тяжелее Земли! Ученые считают, что причина такого наклона оси Урана - столкновение с протопланетой (их еще называют «зародышами планет») во время формирования Солнечной системы. И эта протопланета должна быть размером примерно с Землю. Откуда она взялась и где находится сейчас, пока непонятно.

2. Откуда на Уране ветер?

Поверхность Урана затянута густой пеленой облаков, состоящих из метана и прочих горючих газов. Движутся они с разной скоростью, иногда достигающей 350 км/ч. А максимальная зарегистрированная скорость ветра на Уране 824 километра в час! Удивительно то, что разница температур между полярными и экваториальными районами Урана незначительна и по логике не может вызвать такие ураганы.

3. Почему на солнечной стороне холоднее?

В моменты солнцестояний один из полюсов Урана остается направленным на Солнце в течение 42 земных лет! В это время другой полюс оказывается в сорокалетней темноте - там полярная ночь. И только на экваторе происходит традиционно-быстрая смена дня и ночи (урановые сутки равны примерно 18 часам).

Однако температура на экваторе теплее, чем на подставленном Солнцу полюсе. Причина такого распределения тепла пока остается загадкой.

4. Загадочное электросияние

Кроме того, с помощью ультрафиолетового детектора на солнечной стороне было обнаружено странное свечение, которое ученые назвали "электросиянием". Оно похоже на земное полярное сияние, поднимается на 1500 км. над плотной дымкой Урана. Расчеты показали, что потока солнечной энергии недостаточно для его возникновения. Есть версия, что дело в сильном магнитном поле, но по сути эта загадка пока тоже не разгадана.

5. Есть ли жизнь на самой холодной планете?

Недра Урана практически не излучают в пространство тепла, как это происходит на остальных газовых гигантах - Юпитере , Сатурне и Нептуне . Есть предположение, что Урану для самостоятельного разогрева не хватает плотности. Еще одна версия: вышеупомянутое столкновение с протопланетой, наклонившее ось вращения Урана, привело к рассеиванию имевшегося тепла. Третья гипотеза заключается в том, что в верхних слоях планеты есть какая-то прослойка, не пропускающая тепло от ядра к поверхности. Из-за этого трудно изучить температуру недр Урана. Но если она близка к температуре других планет-гигантов, значит, там может быть жидкая вода, и на Уране возможно существование жизни!

Уран и его спутники в представлении художника. Авторы и права: NASA.

Как вы, наверное, знаете, Уран является седьмой планетой от Солнца, и третьей по величине планетой в Солнечной системе. Несмотря на это мы совсем мало знаем о нём, к тому же в отличии от Юпитера или Сатурна там нет ни одного орбитального зонда. Именно поэтому Уран является хорошей целью для будущих космических миссий.

Уран – это ледяной гигант, который примерно в 4 раза больше Земли (диаметр Урана – 50 724 километров, а диаметр Земли – 12 742 километров) и который имеет свой собственный набор странных пыльных колец – возможно, образовавшихся после разрушения одного из его спутников. Всего же на сегодняшний день нам известно о 27 спутниках Урана, и, я полагаю, мы узнали бы много интересных и удивительных особенностей этой прекрасной планеты, если бы отправили туда космический зонд. Грустно то, что близкий облёт Урана был совершён только однажды – в 1986 году – космическим аппаратом “Вояджер 2”.

Мы уже видели даже Плутон с близкого расстояния, но у НАСА или ЕКА нет абсолютно никаких планов относительно посещения Урана. Это просто безумие!

Наклон оси вращения Урана

Пожалуй, самой интересной и странной особенностью Урана является его наклон. Планета буквально лежит на боку.

На самом деле, все планеты Солнечной системы имеют определённый наклон оси вращения (угол между плоскостью орбиты планеты и плоскостью её экватора). Например, наклон земной оси составляет 23,5 градуса, оси Марса – 25 градусов, и даже ось вращения Меркурия наклонена на 2,1 градуса. То есть оси вращения всех планет в той или иной степени наклонены.

Однако данный параметр для Урана составляет рекордные 97,8 градусов! Что же могло случиться с Ураном?

Тот факт, что Уран лежит на боку является доказательством того, что спокойное и размеренное движение планет Солнечной системы по своим орбитам не всегда было таковым. Вскоре после образования Солнца и планет, наша система была довольно неспокойным местом.

В то время планеты взаимодействовали сильнее, чем сейчас они даже могли сталкиваться и выталкивать друг друга на новые орбиты. Некоторые планеты могли смещаться на более вытянутые орбиты, в то время как другие – наоборот перемещались ближе к Солнцу. Наша собственная Луна, возможно, была сформирована, когда объект размером с Марс врезался в Землю. Другие спутники были захвачены планетами-гигантами. Это был настоящий кошмар.

Таким образом та Солнечная система, которую вы видите сегодня – это группа “выживших” – объектов, которые избежали смертельных ударов.

Так что же послужило причиной наклона Урана?

Сегодня существует две теории. Согласно первой и главенствующей теории наклон был вызван столкновением Урана с небольшой (размером с Землю) планетой, а поскольку спутники планеты не имеют таких больших наклонов, то столкновение произошло вскоре после формирования нашей системы, когда Уран был окружён только диском газа и пыли из которого позже и сформировались спутники. Согласно второй теории, наклон был вызван массивным спутником Урана, который раскачивал его в течении миллионов лет, и который затем был выброшен из нашей системы или же разрушился.

Однако астрономы полагают, что процесс смещения оси вращения планеты на самом деле был более сложным, поскольку компьютерные модели показывают, что в случае единичного столкновения планета также вращалась бы в обратном направлении, но при этом перевернулась бы полностью. Вероятнее всего имело место второе или даже ряд столкновений, которые и привели к тому наклону Урана, который мы наблюдаем сегодня.

Имея такой огромный наклон оси вращения Уран довольно сильно отличается от других планет нашей системы. Во время своего 84-летнего путешествия по орбите, полюса планеты поочерёдно направлены к Солнцу. Таким образом день и ночь на каждом из полюсов длятся по 42 земных года.

Сейчас мы находимся в нашей спокойной, упорядоченной Солнечной системе, и многие даже не задумываются о том какие катаклизмы она переживала в первые несколько миллионов лет своей жизни.

Он же так далеко, как его открыли?

Действительно очень далеко. Около трех миллиардов километров от Солнца. Но он огромен и его видно в простейшие инструменты. Обнаружили Уран давно, но считали его тусклой звездой. А в конце XVIII века астроном Уильям Гершель изучил Уран в телескоп и дал планете имя. Уран совсем не похож на соседние гигантские планеты и отнесен к «Ледяным гигантам», хотя и самый маленький среди них.

Почему сразу к ледяным?

Если сравнивать с Юпитером или Сатурном, то у Урана отсутствует металлический водород около ядра. А само ядро состоит из скальных пород и льда. Дальше идут огромные слои льда, а водород и гелий присутствуют только в атмосфере. Кстати, льдом оболочку ядра называют по непонятным причинам. На самом деле это горячий океан из смеси воды, метана и аммиака. Хотя планета совсем не излучает тепла и на ее поверхности зарегистрированы температуры ниже минус 240 по Цельсию, внутри она очень горячая. Кстати это единственная планета, где полюса получают больше солнечного света, чем экваториальные области.

Как такое возможно?

Уникальность Урана в том, что его ось сильно отклонена к плоскости орбиты. Если другие планеты вращаются как волчок, то наш герой лежит на боку. Так и несется по орбите вокруг Солнца. Сама планета выглядит очень спокойной, атмосфера не бурлит как у соседей, хотя ветер может достигать тысячи километров в час. Излучение звезды освещает чаще полюса, а экватор реже. С этим связана еще одна загадка планеты. Несмотря на то, что экваториальные области в тени, но температура на них выше, чем на ярко освещенной части.

Почему Уран лежит на боку, что его так отклонило?

Никто не знает. Есть две теории. Согласно первой, в Уран врезалось небесное тело размером с Землю, свалило его «с ног» и полетело дальше. По второй, планета имела очень массивный спутник, он ее раскачал, повалил, а потом вырвавшись из гравитации планеты, покинул Солнечную систему. Может поэтому оставшиеся спутники такие маленькие.

А много спутников? Наверное, еще и кольца есть?

Есть! Тринадцать колец! Это целая система из кольцевых областей с большими промежутками между ними. А естественных спутников обнаружено 27. Это маленькие образования из смеси скалистого грунта и льда. Все спутники названы именами персонажей литературы. Самый большой спутник, носящий имя феи из «Сна в летнюю ночь», имеет радиус всего 800 километров. Остальные еще меньше.

Вообще, система спутников Урана имеет очень малую массу. Интересно, что один из спутников, Миранда, страдает двуличием. Есть теория, что эта карликовая планета несколько раз разваливалась на части, которые снова слипались.