Сутки на уране
На них видна «невыразительная» в видимом спектре планета без облачных полос и атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов [14]. Распространённость менее летучих соединений, таких как аммиак, вода и сероводород, в глубине атмосферы известна плохо [10] [92]. Чтобы лучше понять размер Урана, взгляните на изображение НАСА, на котором показаны размеры всех планет относительно друг друга. Я не знаю, как это назвать. Когда « Вояджер-2 » приблизился к Урану, то удалось заметить всего 10 полосок облаков в видимой части этой планеты [14] [].
Таким образом, средняя за год продолжительность солнечных суток T c связана с периодом вращения Земли Т з и периодом её орбитального обращения вокруг Солнца Т следующим соотношением:. Это соотношение справедливо для любой планеты, чьё направление вращения вокруг своей оси совпадает с направлением её обращения вокруг Солнца точнее, если векторы соответствующих угловых скоростей составляют острый угол.
Если эти направления противоположны угол тупой , то знак минус в соотношениях меняется на плюс. Началом истинных солнечных суток на данном меридиане Земли местной истинной солнечной полночью считается момент нижней кульминации истинного Солнца.
Истинное местное солнечное время на данном меридиане численно равно часовому углу истинного Солнца, выраженному в часовой мере, плюс 12 ч [1]. Из-за эллиптичности земной орбиты линейная скорость движения и угловая скорость вращения Земли вокруг Солнца изменяется в течение года. Медленнее всего Земля движется по орбите, находясь в афелии — самой удалённой от Солнца точке орбиты, быстрее всего — находясь в перигелии. Это является существенной причиной изменения продолжительности солнечных суток в течение года.
Другой существенной причиной является наклон земной оси , который приводит к движению Солнца по небесной сфере вверх и вниз от экватора в течение года. При этом прямое восхождение Солнца вблизи равноденствий изменяется медленнее так как Солнце движется под углом к экватору , чем во время солнцестояний , когда оно движется параллельно экватору.
Так, во время весеннего равноденствия прямое восхождение истинного Солнца за сутки увеличивается примерно на 3 м 39 с , а во время летнего солнцестояния — на 4 м 10 с [2]. Максимальная разница в продолжительности истинных солнечных суток в течение года составляет примерно 50 с [3]. При этом продолжительность истинных солнечных суток зимой больше, чем летом сезоны указаны для Северного полушария [1].
Колебание продолжительности солнечных суток приводит к тому, что истинное местное солнечное время которое показывают солнечные часы течёт неравномерно, если его сверять с механическими или электронными часами, показывающими среднее солнечное время. Разность между средним и истинным солнечным временем, называемая уравнением времени [4] , ежегодно около 12 февраля достигает максимума солнечные часы отстают на 14,3 мин и начинает убывать. Около 15 мая достигается локальный минимум солнечные часы уходят вперёд на 3,8 мин , 27 июля — локальный максимум отставание на 6,4 мин.
Около 4 ноября уравнение времени достигает минимума за весь год: солнечные часы уходят вперёд на 16,4 минуты [1]. Чтобы не учитывать эту переменность в повседневной жизни, используют средние солнечные сутки , привязанные к так называемому среднему экваториальному Солнцу [1] — условной точке, движущейся равномерно по небесному экватору а не по эклиптике , как реальное Солнце и совпадающей с центром Солнца в момент весеннего равноденствия.
Период обращения среднего Солнца по небесной сфере равен тропическому году. Началом средних солнечных суток на данном меридиане принимается момент нижней кульминации среднего экваториального солнца средняя полночь [1]. Продолжительность средних солнечных суток не подвержена периодическим изменениям, как продолжительность истинных солнечных суток, но она монотонно изменяется в связи с изменением периода осевого вращения Земли и в меньшей степени с изменением длительности тропического года, увеличиваясь примерно на 0, секунды в столетие [5] [6].
С года по год французский астроном Пьер Шарль ле Моньер наблюдал Уран 12 раз [16]. Всего Уран до года наблюдался 21 раз [17]. Я искал комету или туманную звезду, и оказалось, что это комета, поскольку она поменяла положение. Затем последовало ещё три письма 29 марта, 5 апреля и 26 апреля , в которых он, продолжая упоминать о том, что обнаружил комету , сравнивал вновь открытый объект с планетами [23] :.
В первый раз я наблюдал эту комету с увеличением в раз. Мой опыт показывает, что диаметр звёзд, в отличие от планет, не изменяется пропорционально при использовании линз с большей силой увеличения; поэтому я использовал линзы с увеличением и и обнаружил, что размер кометы увеличивался пропорционально изменению силы оптического увеличения, давая повод предположить, что это не звезда, так как размеры взятых для сравнения звёзд не изменялись.
Более того, при большем увеличении, чем позволяла её яркость, комета становилась размытой, плохо различимой, тогда как звёзды оставались яркими и чёткими — как я и знал на основании проведённых мной тысяч наблюдений. Повторное наблюдение подтвердило мои предположения: это действительно была комета. Я не знаю, как это назвать. Это может быть как обычной планетой, вращающейся вокруг Солнца по почти круговой орбите, так и кометой, движущейся по очень вытянутому эллипсу.
Я пока не заметил ни головы, ни кометного хвоста. В то время как Гершель ещё продолжал осторожно описывать объект как комету, другие астрономы заподозрили, что это какой-то другой объект. Российский астроном Андрей Иванович Лексель установил, что расстояние от Земли до объекта превышает расстояние от Земли до Солнца астрономическую единицу в 18 раз и отметил, что нет ни одной кометы с перигелийным расстоянием более 4 астрономических единиц в настоящее время такие объекты известны [25].
Берлинский астроном Иоганн Боде описал объект, открытый Гершелем, как «движущуюся звезду, которую можно считать подобной планете, обращающуюся по кругу вне орбиты Сатурна» [26] , и сделал вывод, что эта орбита более похожа на планетарную, нежели чем на кометную [27].
Вскоре стало очевидным, что объект действительно является планетой. В году Гершель сам сообщил о признании этого факта президенту Королевского общества Джозефу Банксу [28] :. Наблюдения самых выдающихся астрономов Европы доказали, что новая звезда, которую я имел честь указать им в марте года, является планетой нашей Солнечной системы. За свои заслуги Гершель был награждён королём Георгом III пожизненной стипендией в фунтов стерлингов, при условии, что он переедет в Виндзор , дабы у королевской семьи была возможность посмотреть в его телескопы [29].
Невил Маскелайн написал Гершелю письмо, в котором попросил его сделать одолжение астрономическому сообществу и дать название планете, открытие которой — целиком заслуга этого астронома [30]. Своё решение он мотивировал в письме к Джозефу Банксу [28] :. В великолепной древности планетам давали имена Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна в честь мифических героев и божеств.
В наше просвещённое философское время было бы странно вернуться к этой традиции и назвать недавно открытое небесное тело Юноной , Палладой , Аполлоном или Минервой. При обсуждении любого происшествия или примечательного события первым делом мы рассматриваем, когда именно оно произошло. Если в будущем кто-то задастся вопросом, когда была обнаружена эта планета, хорошим ответом на этот вопрос было бы: «В царствование Георга III». Французский астроном Жозеф Лаланд предложил назвать планету в честь её первооткрывателя — «Гершелем» [32].
Предлагались и другие названия: например, Кибела , по имени, которое в античной мифологии носила жена бога Сатурна [17]. Немецкий астроном Иоганн Боде первым из учёных выдвинул предложение именовать планету Ураном , в честь бога неба из греческого пантеона.
Он мотивировал это тем, что «так как Сатурн был отцом Юпитера, то новую планету следует назвать в честь отца Сатурна» [29] [33] [34]. Наиболее раннее официальное именование планеты Ураном встречается в научной работе года , уже через год после смерти Гершеля [35] [36]. Прежнее название «Georgium Sidus» или «Георг» встречалось уже нечасто, хотя в Великобритании оно и использовалось в течение почти 70 лет [17].
Окончательно же Ураном планета стала называться только после того, как издательство Морского альманаха Его Величества «HM Nautical Almanac Office» в году само закрепило это название в своих списках [33]. Уран — единственная большая планета, название которой происходит не из римской , а из греческой мифологии. Прилагательным, производным от слова «Уран», считается слово «уранианский».
Астрономический символ « », обозначающий Уран, является гибридом символов Марса и Солнца. Причиной этого называется то, что в древнегреческой мифологии Уран-небо находится в объединённой власти Солнца и Марса [37].
Астрологический символ Урана , предложенный Лаландом в году , сам Лаланд объяснял в письме к Гершелю следующим образом [32] :. Средняя удалённость планеты от Солнца составляет 19, а. Период полного обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года. Расстояние между Ураном и Землёй меняется от 2,6 до 3,15 млрд км [40]. Большая полуось орбиты равна 19, а. Впервые элементы орбиты Урана были вычислены в году французским астрономом Пьером-Симоном Лапласом [25] , однако со временем были выявлены несоответствия расчётных и наблюдаемых положений планеты.
В году британец Джон Кауч Адамс первым предположил, что ошибки в расчётах вызваны гравитационным воздействием ещё не открытой планеты. В году французский математик Урбен Леверье начал независимую работу по вычислению элементов орбиты Урана, а 23 сентября года Иоганн Готфрид Галле обнаружил новую планету, позже названную Нептуном , почти на том же месте, которое предсказал Леверье [42].
Период вращения Урана вокруг своей оси составляет 17 часов 14 минут. Это приводит к тому, что смена времён года происходит совсем не так, как на других планетах Солнечной системы. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар.
Такое аномальное вращение обычно объясняют столкновением Урана с большой планетезималью на раннем этапе его формирования [44].
В моменты солнцестояний один из полюсов планеты оказывается направленным на Солнце. Только узкая полоска около экватора испытывает быструю смену дня и ночи; при этом Солнце там расположено очень низко над горизонтом — как в земных полярных широтах. Через полгода уранианского ситуация меняется на противоположную: «полярный день» наступает в другом полушарии. Каждый полюс 42 земных года находится в темноте — и ещё 42 года под светом Солнца [45]. В моменты равноденствия Солнце стоит «перед» экватором Урана, что даёт такую же смену дня и ночи, как на других планетах.
Очередное равноденствие на Уране наступило 7 декабря года [46] [47]. Благодаря такому наклону оси полярные области Урана получают в течение года больше энергии от Солнца, чем экваториальные. Однако Уран теплее в экваториальных районах, чем в полярных. Механизм, вызывающий такое перераспределение энергии, пока остаётся неизвестным. Объяснения необычного положения оси вращения Урана также пока остаются в области гипотез, хотя обычно считается, что во время формирования Солнечной системы протопланета размером примерно с Землю врезалась в Уран и изменила его ось вращения [48].
Многие учёные не согласны с данной гипотезой, так как она не может объяснить, почему ни одна из лун Урана не обладает такой же наклонной орбитой. Была предложена гипотеза, что ось вращения планеты за миллионы лет раскачал крупный спутник, впоследствии утерянный [49]. Астрономы Мэрилендского университета в США предложили объяснение, почему Уран вращается вокруг своей оси по часовой стрелке под углом в 98 градусов. Причиной аномалии может быть наличие в прошлом гигантской кольцевой системы [50].
Во время первого посещения Урана « Вояджером-2 » в году южный полюс Урана был обращён к Солнцу. Этот полюс называется «южным». Согласно определению, одобренному Международным астрономическим союзом южный полюс — тот, который находится с определённой стороны плоскости Солнечной системы независимо от направления вращения планеты [51] [52].
Иногда используют другое соглашение, согласно которому направление на север определяется исходя из направления вращения по правилу правой руки [53]. По такому определению полюс, который был освещённым в году, не южный, а северный. Астроном Патрик Мур прокомментировал эту проблему следующим лаконичным образом: «Выбирайте любой» [54].
Угловой диаметр планеты был в промежутке между 3,4 и 3,7 угловыми секундами для сравнения: Сатурн: 16—20 угловых секунд, Юпитер: 32—45 угловых секунд [8]. При чистом тёмном небе Уран в противостоянии виден невооружённым глазом, а с биноклем его можно наблюдать даже в городских условиях [55].
В большие любительские телескопы с диаметром объектива от 15 до 23 см Уран виден как бледно-голубой диск с явно выраженным потемнением к краю. В более крупные телескопы с диаметром объектива более 25 см можно различить облака и увидеть крупные спутники Титанию и Оберон [56]. Уран — наименее массивная из планет-гигантов Солнечной системы, он тяжелее Земли в 14,5 раза, превосходя её по размерам примерно в 4 раза.
Несмотря на то, что радиус Урана немного больше радиуса Нептуна , его масса несколько меньше [3] , что свидетельствует в пользу гипотезы, согласно которой он состоит в основном из различных льдов — водного, аммиачного и метанового [9]. Их масса, по разным оценкам, составляет от 9,3 до 13,5 земных масс [9] [58]. Водород и гелий составляют лишь малую часть от общей массы между 0,5 и 1,5 земных масс [9] ; оставшаяся доля 0,5—3,7 земных масс [9] приходится на горные породы которые, как полагают, составляют ядро планеты.
Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера [9] [59].
Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, так как состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды , аммиака и метана [9] [59]. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводностью, иногда называют «океаном водного аммиака» [60]. Состав Урана и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна благодаря «льдам», преобладающим над газами, оправдывая помещение Урана и Нептуна в категорию ледяных гигантов.
Несмотря на то, что описанная выше модель наиболее распространена, она не является единственной. На основании наблюдений можно также построить и другие модели — например, в случае если существенное количество водородного и скального материала смешивается в ледяной мантии, то общая масса льдов будет ниже, и соответственно, полная масса водорода и скального материала — выше [58].
В настоящее время доступные данные не позволяют определить, какая модель правильней. Жидкая внутренняя структура означает, что у Урана нет никакой твёрдой поверхности, так как газообразная атмосфера плавно переходит в жидкие слои [9].
Однако ради удобства за «поверхность» было решено условно принять сплющенный сфероид вращения, где давление равно 1 бару. Далее в статье эта величина и будет приниматься за нулевой отсчёт для шкалы высот Урана [3]. Внутреннее тепло Урана значительно меньше, чем у других планет-гигантов Солнечной системы [61] [62].
Тепловой поток планеты очень низкий, и причина этого сейчас неизвестна. Нептун, схожий с Ураном размерами и составом, излучает в космос в 2,61 раза больше тепловой энергии, чем получает от Солнца [62]. У Урана же избыток теплового излучения очень мал, если вообще есть. Существуют две гипотезы, пытающиеся объяснить этот феномен. Первая из них утверждает, что предположительное столкновение протопланеты с Ураном во время формирования Солнечной системы, которое вызвало большой наклон его оси вращения, привело к рассеянию исходно имевшегося тепла [64].
.png)
Вторая гипотеза гласит, что в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая тому, чтобы тепло от ядра достигало верхних слоёв [9]. Например, если соседние слои имеют различный состав, конвективный перенос тепла от ядра вверх может быть затруднён [10] [63].
Отсутствие избыточного теплового излучения планеты значительно затрудняет определение температуры её недр, однако если предположить, что температурные условия внутри Урана близки к характерным для других планет-гигантов, то там возможно существование жидкой воды и, следовательно, Уран может входить в число планет Солнечной системы, где возможно существование жизни [65]. У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из очень тёмных частиц диаметром от микрометров до долей метра [14].
Это — вторая кольцевая система, обнаруженная в Солнечной системе первой была система колец Сатурна [66]. Кольца Урана, вероятно, весьма молоды — на это указывают промежутки между ними, а также различия в их прозрачности. Это говорит о том, что кольца сформировались не вместе с планетой. Возможно, ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким небесным телом, либо под действием приливных сил [66] [67].
В году Уильям Гершель утверждал, что видел кольца, однако это сообщение выглядит сомнительным, поскольку ещё в течение двух веков после этого другие астрономы не могли их обнаружить. Наличие системы колец у Урана было подтверждено официально лишь 10 марта года американскими учёными Джеймсом Л.
Элиотом James L. Elliot , Эдвардом В. Данемом Edward W. Dunham и Дагласом Дж. Минком Douglas J. Mink , использовавшими бортовую обсерваторию Койпера.
Открытие было сделано случайно — группа первооткрывателей планировала провести наблюдения атмосферы Урана при покрытии Ураном звезды SAO Однако, анализируя полученную информацию, они обнаружили ослабление звезды ещё до её покрытия Ураном, причём произошло это несколько раз подряд.
В результате было открыто 9 колец Урана [68]. Когда в окрестности Урана прибыл космический аппарат « Вояджер-2 », при помощи бортовой оптики удалось обнаружить ещё 2 кольца, тем самым увеличив общее число известных колец до 11 [14]. В декабре года космический телескоп «Хаббл» позволил открыть ещё 2 ранее неизвестных кольца.
Они удалены на расстояние в два раза большее, чем ранее открытые кольца, и поэтому их ещё часто называют «внешней системой колец Урана». Кроме колец, «Хаббл» также помог открыть два ранее неизвестных небольших спутника, орбита одного из которых Маб совпадает с самым дальним кольцом. С учётом последних двух колец общее количество колец Урана составляет 13 [69]. В апреле года изображения новых колец, полученные обсерваторией Кека на Гавайских островах , позволили различить цвета внешних колец.
Одно из них было красным, а другое самое внешнее — синим [70] [71]. Предполагают, что синий цвет внешнего кольца обусловлен тем, что оно состоит из мелких частиц водяного льда с поверхности Маб [70] [72].
Внутренние кольца планеты выглядят серыми [70]. В работах первооткрывателя Урана Уильяма Гершеля первое упоминание о кольцах встречается в записи от 22 февраля года. В примечаниях к наблюдениям он отметил, что предполагает у Урана наличие колец [73]. Гершель также заподозрил их красный цвет что было подтверждено в году наблюдениями обсерватории Кека для предпоследнего кольца. Примечания Гершеля попали в Журнал Королевского общества в году.
Однако впоследствии, на протяжении почти двух столетий — с по год, — кольца в литературе не упоминаются вовсе, что, конечно, даёт право подозревать ошибку учёного [74]. Тем не менее, достаточно точные описания увиденного Гершелем не дают повода просто так сбрасывать со счетов его наблюдения [70]. Когда Земля пересекает плоскость колец Урана, они видны с ребра. Такое было, например, в — годах [75]. До начала исследований с помощью « Вояджера-2 » никаких измерений магнитного поля Урана не проводилось.
Перед прибытием аппарата к орбите Урана в году предполагалось, что оно будет соответствовать направлению солнечного ветра. В этом случае геомагнитные полюса должны были бы совпадать с географическими, которые лежат в плоскости эклиптики [76]. Измерения «Вояджера-2» позволили обнаружить у Урана весьма специфическое магнитное поле, которое не направлено из геометрического центра планеты и наклонено на 59 градусов относительно оси вращения [76] [77].
Эта необычная геометрия приводит к очень асимметричному магнитному полю, где напряжённость на поверхности в южном полушарии может составлять 0,1 гаусса , тогда как в северном полушарии может достигать 1,1 гаусса [76].
В среднем по планете этот показатель равен 0,23 гауссам [76] для сравнения, магнитное поле Земли одинаково в обоих полушариях, и магнитный экватор примерно соответствует «физическому экватору» [77].
Дипольный момент Урана превосходит земной в 50 раз [76] [77].
Кроме Урана, аналогичное смещённое и «накренившееся» магнитное поле также наблюдается и у Нептуна [77] — в связи с этим предполагают, что такая конфигурация является характерной для ледяных гигантов. Одна из теорий объясняет данный феномен тем обстоятельством, что магнитное поле у планет земной группы и других планет-гигантов генерируется в центральном ядре, а магнитное поле у «ледяных гигантов» формируется на относительно малых глубинах: например, в океане жидкого аммиака, в тонкой конвективной оболочке, окружающей жидкую внутреннюю часть, имеющую стабильную слоистую структуру [60] [78].
Тем не менее, по общему строению магнитосферы Уран схож с другими планетами Солнечной системы. Есть головная ударная волна, которая расположена на расстоянии от Урана в 23 его радиуса, и магнитопауза на расстоянии 18 радиусов Урана. Имеются развитые магнитный хвост и радиационные пояса [76] [77] [79]. В целом Уран по структуре магнитосферы отличается от Юпитера и больше напоминает Сатурн [76] [77].
Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и вращением планеты искривлён «в штопор» [76] [80]. Никаких более тяжёлых ионов в ходе исследований обнаружено не было. Многие из этих частиц наверняка берутся из горячей термосферы Урана [79]. Энергии ионов и электронов могут достигать 4 и 1,2 мегаэлектронвольт МэВ соответственно [79].
Плотность низкоэнергетических ионов то есть ионов с энергией менее 0, МэВ во внутренней магнитосфере — около 2 ионов на кубический сантиметр [81]. Важную роль в магнитосфере Урана играют его спутники, образующие большие полости в магнитном поле [79]. Поток частиц достаточно высок, чтобы вызвать затемнение поверхности лун за время порядка лет [79]. Это может быть причиной тёмной окраски спутников и частиц колец Урана [67]. На Уране хорошо развиты полярные сияния, которые видны как яркие дуги вокруг обоих полярных полюсов [82].
Однако, в отличие от Юпитера, на Уране полярные сияния не значимы для энергетического баланса термосферы [83]. Хотя Уран и не имеет твёрдой поверхности в привычном понимании этого слова, наиболее удалённую часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой [10].
Полагается, что атмосфера Урана начинается на расстоянии в км от внешнего слоя при давлении в бар и температуре в K [84]. Мезосфера у Урана отсутствует. Состав атмосферы Урана заметно отличается от состава остальных частей планеты благодаря высокому содержанию гелия и молекулярного водорода [10]. Гелий не локализован в центре планеты, что характерно для других газовых гигантов [10].
Третья составляющая атмосферы Урана — метан CH 4 [10]. Метан обладает хорошо видимыми полосами поглощения в видимом и ближнем инфракрасном спектре. Это соотношение значительно снижается с высотой из-за того, что чрезвычайно низкая температура заставляет метан «вымерзать» [90]. Один год на Сатурне длится 10 дней на Земле, что составляет около 29 лет на нашей планете. Уран совершает полный оборот вокруг своей оси каждые 17 часов 14 минут. Однако год на нем длится 30 дней, что равно 84 земным годам.
Так же, как и Венера, Уран вращается вокруг своей оси в обратную от Земли сторону. Если бы люди могли жить на Нептуне, их день длился бы примерно 16 часов, а год - 60 дней.
Это означает, что год на этой планете составляет ,8 года на Земле. Смешно Интересно. Мотоциклы Легковые Грузовые Автобусы Специальная техника. Сделай сам. Скорость Экстремальный спорт Боевые искусства Другое. Правовая информация.
