PLANET URANUS

Send

Uranus, der får sit navn fra den græske himmel Gud, er en gasgigant og den syvende planet fra vores sol. Det er også den tredje største planet i vores solsystem, der rangerer bag Jupiter og Saturn. Ligesom dens kollegasgasgiganter har den mange måner, et ringsystem, og er primært sammensat af gasser, der menes at omgiver en solid kerne.

Selvom det kan ses med det blotte øje, var erkendelsen af, at Uranus er en planet, en relativt ny. Selvom der er indikationer på, at det blev opdaget flere gange i løbet af de sidste to tusinder år, var det først i det 18. århundrede, at det blev anerkendt for, hvad det var. Siden den tid er planetens måner, ringsystem og mystisk natur blevet kendt i fuld udstrækning.

Opdagelse og navngivning:

Som de fem klassiske planeter - Merkur, Venus, Mars, Jupiter og Saturn - kan Uranus ses uden hjælp af et teleskop. Men på grund af dens dimhed og langsomme bane troede antikke astronomer, at det var en stjerne. Den tidligste kendte observation blev udført af Hipparchos, der registrerede den som en stjerne i hans stjernekatalog i 128 fvt. - observationer, der senere blev inkluderet i Ptolemeys Almagest.

Den tidligste konkrete observation af Uranus fandt sted i 1690, da den engelske astronom John Flamsteed - den første astronom Royal - opdagede det mindst seks gange og katalogiserede den som en stjerne (34 Tauri). Den franske astronom Pierre Lemonnier observerede det også mindst tolv gange mellem årene 1750 og 1769.

Det var imidlertid Sir William Herschels observation af Uranus den 13. marts 1781, der begyndte processen med at identificere den som en planet. På det tidspunkt rapporterede han det som en kometobservation, men deltog derefter i en række observationer ved hjælp af et teleskop af sit eget design til at måle dens position i forhold til stjernerne. Da han rapporterede om det til The Royal Society, hævdede han, at det var en komet, men sammenlignede implicit den med en planet.

Bagefter begyndte adskillige astronomer at undersøge muligheden for, at Herschels ”komet” faktisk var en planet. Disse omfattede den russiske astronom Anders Johan Lexell, der var den første til at beregne dens næsten cirkulære bane, hvilket førte til, at han konkluderede, at det trods alt var en planet. Berlin-astronom Johann Elert Bode, medlem af ”United Astronomical Society”, tilsluttede sig dette efter at have gjort lignende observationer af dens bane.

Snart blev Uranus 'status som planet en videnskabelig konsensus, og i 1783 anerkendte Herschel selv dette til Royal Society. Som anerkendelse af hans opdagelse gav kong George III af England Herschel et årligt stipendium på £ 200 under forudsætning af at han flyttede til Windsor, så kongefamilien kunne se gennem hans teleskoper.

Til ære for sin nye protektor besluttede William Herschel at navngive sin discory Georgium Sidus ("George's Star" eller "Georges Planet"). Uden for Storbritannien var dette navn ikke populært, og alternativer blev snart foreslået. Disse omfattede den franske astronom Jerome Lalande, der foreslog at kalde det Hershel til ære for sin opdagelse, og den svenske astronom Erik Prosperin foreslog navnet Neptune.

Johann Elert Bode foreslog navnet Uranus, den latiniserede version af den græske himmelgud, Ouranos. Dette navn syntes passende, i betragtning af at Saturn blev opkaldt efter den mytiske far til Jupiter, så denne nye planet skulle navngives efter den mytiske far til Saturn. I sidste ende blev Bodes forslag det mest anvendte og blev universelt i 1850.

Uranus 'størrelse, masse og bane:

Med en gennemsnitlig radius på cirka 25.360 km, et volumen på 6.833 × 10¹³ km³og en masse på 8,68 × 10²⁵ kg, Uranus er cirka 4 gange Jordens størrelser og 63 gange dens volumen. Som en gasgigant er dens densitet (1,27 g / cm)³) er signifikant lavere; derfor er det kun 14,5 så massivt som Jorden. Dens lave tæthed betyder også, at selvom det er den tredje største af gasgiganterne, er den den mindst massive (falder bag Neptun med 2,6 jordmasser).

Variationen i Uranus 'afstand fra solen er også større end enhver anden planet (ikke inklusive dværgplaneter eller plutoider). I hovedsagen varierer gasgigantens afstand fra solen fra 18,28 AU (2.735.118.100 km) ved perihel til 20.09 AU (3.006.224.700 km) ved aphelion. I en gennemsnitlig afstand på 3 milliarder km fra solen tager det Uranus ca. 84 år (eller 30.687 dage) for at fuldføre en enkelt bane om solen.

Rotationsperioden for det indre af Uranus er 17 timer, 14 minutter. Som med alle kæmpe planeter oplever dens øvre atmosfære stærke vinde i rotationsretningen. På nogle breddegrader, såsom ca. 60 grader syd, bevæger sig synlige træk i atmosfæren sig meget hurtigere, hvilket gør en fuld rotation på så lidt som 14 timer.

Et unikt træk ved Uranus er, at det roterer på sin side. Mens alle solsystemets planeter i en vis grad vippes på deres akser, har Uranus den mest ekstreme aksiale hældning på 98 °. Dette fører til de radikale sæsoner, som planeten oplever, for ikke at nævne en usædvanlig dag-nat-cyklus ved polerne. Ved ækvator oplever Uranus normale dage og nætter; men ved polerne oplever hver 42 Jorden år af dagen efterfulgt af 42 år om natten.

Uranus 'sammensætning:

Standardmodellen for Uranus 'struktur er, at den består af tre lag: en stenet (silikat / jern-nikkel) kerne i midten, en iskald mantel i midten og en ydre kuvert af gasformigt brint og helium. Ligesom Jupiter og Saturn, står brint og helium for størstedelen af atmosfæren - ca. 83% og 15% - men kun en lille del af planetens samlede masse (0,5 til 1,5 jordmasser).

Det tredje mest udbredte element er metanis (CH⁴), der tegner sig for 2,3% af dens sammensætning, og som tegner sig for planetens akvamarin eller cyanfarvning. Spormængder af forskellige carbonhydrider findes også i stratosfæren af Uranus, som menes at være produceret fra metan og ultraviolent strålingsinduceret fotolyse. De inkluderer ethan (C₂H₆acetylen (C₂H₂methylacetylen (CH₃C₂H) og diacetylen (C₂HC₂H).

Derudover har spektroskopi afdækket kulilte og kuldioxid i Uranus 'øvre atmosfære, samt tilstedeværelsen iskolde skyer af vanddamp og andre flygtige stoffer, såsom ammoniak og hydrogensulfid. På grund af dette betragtes Uranus og Neptune som en særskilt klasse af gigantisk planet - kendt som "Ice Giants" - da de hovedsageligt er sammensat af tungere flygtige stoffer.

Ismantelen er faktisk ikke sammensat af is i konventionel forstand, men af en varm og tæt væske bestående af vand, ammoniak og andre flygtige stoffer. Denne væske, der har en høj elektrisk ledningsevne, kaldes undertiden et vand-ammoniakhav.

Uranus 'kerne er relativt lille med en masse på kun 0,55 jordmasser og en radius, der er mindre end 20% af planetens samlede størrelse. Mantelen omfatter dens hoveddel med omkring 13,4 jordmasser, og den øvre atmosfære er relativt uvæsentlig, vejer ca. 0,5 jordmasser og strækker sig over de sidste 20% af Uranus's radius.

Uranus kernetæthed estimeres til at være 9 g / cm³med et tryk i midten af 8 millioner bar (800 GPa) og en temperatur på ca. 5000 K (hvilket kan sammenlignes med solens overflade).

Uranus 'atmosfære:

Som med Jorden brydes atmosfæren i Uranus i lag, afhængig af temperatur og tryk. Som de andre gasgiganter har planeten ikke en fast overflade, og forskere definerer overfladen som det område, hvor atmosfæretrykket overstiger en bar (det tryk, der findes på Jorden ved havets overflade). Alt, der er tilgængeligt for fjernfølende evner - der strækker sig ned til ca. 300 km under niveauet på 1 bar - betragtes også som atmosfæren.

Ved hjælp af disse referencepunkter kan Uranus 'atmosfære opdeles i tre lag. Den første er troposfæren mellem -300 km under overfladen og 50 km over den, hvor trykket spænder fra 100 til 0,1 bar (10 MPa til 10 kPa). Det andet lag er stratosfæren, der når mellem 50 og 4000 km og oplever pres mellem 0,1 og 10^-10 bar (10 kPa til 10 uPa).

Troposfæren er det tætteste lag i Uranus 'atmosfære. Her varierer temperaturen fra 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) ved basen (-300 km) til 53 K (-220 ° C / -364 ° F) ved 50 km, hvor den øverste region er den koldeste i solsystemet. Tropopauseregionen er ansvarlig for langt de fleste af Uranus 'termiske infrarøde emissioner og bestemmer dermed dens effektive temperatur på 59,1 ± 0,3 K.

Inden i troposfæren er lag af skyer - vandskyer ved det laveste tryk med ammoniumhydrosulfidskyer over dem. Ammoniak og brint sulfid skyer kommer næste. Endelig lå tynde metansky på toppen.

I stratosfæren varierer temperaturer fra 53 K (-220 ° C / -364 ° F) ved det øverste niveau til mellem 800 og 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) ved basis af termosfæren, stort set takket være opvarmning forårsaget af solstråling. Stratosfæren indeholder ethansmog, som kan bidrage til klodens kedelige udseende. Acetylen og methan er også til stede, og disse uklarheder hjælper med at varme stratosfæren.

Det yderste lag, termosfæren og korona, strækker sig fra 4.000 km til så højt som 50.000 km fra overfladen. Denne region har en ensartet temperatur på 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), selvom forskere er usikre på årsagen. Fordi afstanden til Uranus fra solen er så stor, er mængden af varme der kommer fra den utilstrækkelig til at generere så høje temperaturer.

Ligesom Jupiter og Saturn følger Uranus vejr et lignende mønster, hvor systemer opdeles i bånd, der roterer rundt om planeten, som drives af indre varme, der stiger til den øvre atmosfære. Som et resultat kan vinde på Uranus nå op til 900 km / t (560 mph), hvilket skaber massive storme som den, der blev opdaget af Hubble-rumteleskopet i 2012. I lighed med Jupiters store røde plet var denne "Dark Spot" en kæmpe skyhvirvel, der målte 1.700 kilometer med 3.000 kilometer (1.100 miles med 1.900 miles).

Uranus 'måner:

Uranus har 27 kendte satellitter, der er opdelt i kategorierne af større måner, indre måner og uregelmæssige måner (svarende til andre gasgiganter). De største måner på Uranus er i rækkefølge efter størrelse Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon og Titania. Disse måner spænder i diameter og masse fra 472 km og 6,7 × 10¹⁹ kg for Miranda til 1578 km og 3,5 × 10²¹ kg til Titania. Hver af disse måner er især mørke med lavbinding og geometriske albedoer. Ariel er den lyseste, mens Umbriel er den mørkeste.

Det antages, at alle de store måner af Uranus har dannet sig i akkretionsskiven, der eksisterede omkring Uranus i nogen tid efter dens dannelse, eller skyldtes den store påvirkning, som Uranus havde lidt tidligt i sin historie. Hver består af omtrent lige store mængder sten og is, bortset fra Miranda, der primært er lavet af is.

Iskomponenten kan omfatte ammoniak og carbondioxid, mens det stenede materiale antages at være sammensat af kulstofholdigt materiale, herunder organiske forbindelser (svarende til asteroider og kometer). Deres sammensætninger antages at være differentierede med en iskald mantel, der omgiver en stenet kerne.

I tilfælde af Titania og Oberon antages det, at der kan forekomme flydende vandhav ved kernen / mantelgrænsen. Deres overflader er også stærkt krateret; men i begge tilfælde har endogen genoverfladning ført til en vis fornyelse af deres funktioner. Ariel ser ud til at have den yngste overflade med de færreste slagkratere, mens Umbriel ser ud til at være den ældste og mest kraterede.

De største måner på Uranus har ingen tydelig atmosfære. På grund af deres bane omkring Uranus oplever de også ekstreme sæsoncykler. Fordi Uranus kredser rundt om Solen næsten på sin side, og de store måner, der hele kredser rundt om Uranus 'ækvatoriale plan, oplever den nordlige og den sydlige halvkugle længere tid på dagen og natten (42 år ad gangen).

Fra 2008 er Uranus kendt for at have 13 indre måner, hvis baner ligger inde i Mirandas. De er i rækkefølge af afstand fra planeten: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Cupid, Belinda, Perdita, Puck og Mab. I overensstemmelse med navngivningen af Uranus 'større måner, er alle navngivet efter karakterer fra Shakespearean-teaterstykker.

Alle indre måner er tæt forbundet med Uranus 'ringsystem, hvilket sandsynligvis skyldtes fragmentering af en eller flere små indre måner. Puck, 162 km, er den største af de indre måner i Uranus - og den eneste, der er optaget af Voyager 2 i enhver detalje - mens Puck og Mab er de to yderste indre satellitter i Uranus.

Alle indre måner er mørke genstande. De er lavet af vandis, der er forurenet med et mørkt materiale, som sandsynligvis er organiske materialer, der er behandlet med Uranus 'stråling. Systemet er også kaotisk og tilsyneladende ustabilt. Computersimuleringer estimerer, at der kan forekomme kollisioner, især mellem Desdemona og Cressida eller Juliet inden for de næste 100 millioner år.

Fra 2005 er Uranus også kendt for at have ni uregelmæssige måner, der kredser om det i en afstand, der er langt større end Oberon. Alle de uregelmæssige måner er sandsynligvis fangede genstande, der blev fanget af Uranus kort efter dens dannelse. De er i rækkefølge efter afstand fra Uranus: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos og Ferdinard (endnu en gang opkaldt efter karakterer i Shakespearean-teaterstykker).

Uranus uregelmæssige måner spænder i størrelse fra omkring 150 km (Sycorax) til 18 km (Trinculo). Med undtagelse af Margaret cirkel alle Uranus i retrogradbaner (hvilket betyder at de kredser planeten i den modsatte retning af dens omdrejning).

Uranus 'ringsystem:

Som Saturn og Jupiter har Uranus et ringsystem. Disse ringe er dog sammensat af ekstremt mørke partikler, der varierer i størrelse fra mikrometer til en brøkdel af en meter - hvorfor de ikke næsten er så tydelige som Saturns. Tretten forskellige ringe er for tiden kendt, hvor den lyseste er epsilonringen. Og med undtagelse af to meget smalle, måler disse ringe normalt et par kilometer i bredden.

Ringe er sandsynligvis ganske unge og antages ikke at have dannet sig med Uranus. Sagen i ringe kan måske en gang have været en del af en måne (eller måner), der blev knust af højhastighedspåvirkninger. Fra adskillige stykker affald, der dannedes som et resultat af disse påvirkninger, overlevede kun et par partikler i stabile zoner svarende til placeringen af de nuværende ringe.

De tidligste kendte observationer af ringsystemet fandt sted den 10. marts 1977 af James L. Elliot, Edward W. Dunham og Jessica Mink ved hjælp af Kuiper Airborne Observatory. Under en okkultation af stjernen SAO 158687 (også kendt som HD 128598), skelne de fem ringe, der eksisterede i et system omkring planeten, og observerede fire mere senere.

Ringerne blev direkte afbildet, da Voyager 2 passerede Uranus i 1986, og sonden kunne registrere to yderligere svage ringe - hvilket bragte antallet af observerede ringe til 11. I december 2005 opdagede Hubble-rumteleskopet et par tidligere ukendte ringe, hvilket bragte det samlede antal til 13. Den største er placeret dobbelt så langt fra Uranus som de tidligere kendte ringe, hvorfor de kaldes det ”ydre” ringsystem.

I april 2006 gav billeder af de nye ringe fra Keck-observatoriet farverne på de ydre ringe: den yderste er blå og den anden rød. I modsætning hertil ser Uranus 'indre ringe grå. En hypotese om den ydre rings blå farve er, at den er sammensat af små partikler vandis fra overfladen af Mab, der er små nok til at sprede blåt lys.

Udforskning:

Uranus er kun blevet besøgt én gang af ethvert rumfartøj: NASA's Voyager 2 rumsonde, der fløj forbi planeten i 1986. Den 24. januar 1986, Voyager 2 passeret inden for 81.500 km fra planeten og overførte de eneste nærbillede, der nogensinde er taget af Uranus. Voyager 2 fortsatte derefter med at holde et tæt møde med Neptune i 1989.

Muligheden for at sende Cassini rumfartøjer fra Saturn til Uranus blev evalueret i en planlægningsfase for en mission til udvidelse i 2009. Dette blev dog aldrig realiseret, da det ville have taget omkring tyve år i Cassini for at komme til det uranske system efter afgang fra Saturn.

Med hensyn til fremtidige missioner er der fremsat flere forslag. For eksempel blev en Uranus-orbiter og sonde anbefalet af 2013-2020 Planetary Science Decadal Survey, der blev offentliggjort i 2011. Dette forslag forestod en lancering, der skulle finde sted mellem 2020-2023 og et 13-årigt krydstogt til Uranus. En New Frontiers Uranus Orbiter er blevet evalueret og blev anbefalet i undersøgelsen, Sagen for en Uranus Orbiter. Imidlertid betragtes denne mission som lavere prioritet end fremtidige missioner til Mars og Jovian System.

Forskere fra Mullard Space Science Laboratory i Storbritannien har foreslået en fælles NASA-ESA-mission til Uranus, kendt som Uranus Pathfinder. Denne mission involverer lancering af en mellemklasse-mission i 2022 og estimerer, at dens omkostninger beløber sig til € 470 millioner (~ $ 525 millioner USD).

En anden mission til Uranus, kaldet Herschel Orbital Reconnaissance of the Uranian System (HORUS), blev designet af Applied Physics Laboratory fra Johns Hopkins University. Forslaget går ud på en atomdrevet orbiter, der bærer et sæt instrumenter, herunder et billedkamera, spektrometre og et magnetometer. Missionen startede i april 2021 og ankom til Uranus 17 år senere.

I 2009 avancerede et team af planetariske videnskabsfolk fra NASAs Jet Propulsion Laboratory mulige design til en solcelledrevet Uranus-orbiter. Det mest fordelagtige lanceringsvindue for en sådan sonde ville være i august 2018, med ankomst til Uranus i september 2030. Videnskabspakken kan omfatte magnetometre, partikeldetektorer og muligvis et billedkamera.

Det er tilstrækkeligt at sige, Uranus er et hårdt mål, når det kommer til efterforskning, og dets afstand har gjort processen med at observere, at den anerkender det for det, det var problematisk i fortiden. Og i fremtiden, med det meste af vores mission fokuseret på at udforske Mars, Europa og Asteroids i nærheden af jorden, ser udsigten til en mission til denne region i solsystemet ikke meget sandsynligt ud.

Men budgetmiljøer ændres, ligesom videnskabelige prioriteringer gør. Og med interesse for, at Kuiper Belt eksploderer takket være opdagelsen af mange trans-neptuniske objekter i de senere år, er det fuldstændigt muligt, at forskere vil kræve, at der installeres en mission til det ud solsystem. Hvis og når en forekommer, kan det være muligt at få sonden til at svinge af Uranus på vej ud og indsamle information og billeder for at hjælpe med til at fremme vores forståelse af denne "Isgigant".

Vi har mange interessante artikler om Uranus her på Space Magazine. Vi håber, du finder det, du leder efter, på listen herunder: