История открытия Урана

  В течение многих веков астрономы Земли знали только пять «блуждающих звезд» — планет. 1781г был ознаменован открытием еще одной планеты, названной Ураном. Это произошло, когда английский астроном У. Гершель приступил к реализации грандиозной программы: составлению полного систематического обзора звездного неба. Систематические планомерные обзоры начал с 1775г по новому, предложенному им «методу черпков».

  В ходе второго планомерного обзора 13 марта 1781г в 10 часов вечера вблизи одной из звезд созвездия Близнецов Гершель заметил любопытный объект, который явно не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное, менялось его положение на небосводе. Гершель первоначально решил, что открыл новую комету (его доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 так и назывался — «Сообщение о комете»), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. Через 4 месяца российский астроном А.И. Лексель доказал, что это планета. В благодарность Георгу III, назначившему Гершеля королевским астрономом, последний предложил назвать планету «Георгиева звезда», однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название «Уран», предложенное И. Боде. Окончательно данное название было утверждено в 1850г.

  Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, и во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но принималась за звезду, что также заметно увеличивало число данных. Так например Джон Флемстид в 1690г катализировал Уран как звезду 34 Тельца.

  В течение 30 лет после открытия Урана острота интереса к нему периодически падала, но только на время. Дело в том, что повышение точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: оно то «отставало» от расчетного, то начинало «опережать» его. Теоретическое объяснение этих аномалий привело к новым открытиям — обнаружению заурановых планет.

Хронология открытий.

Год	Ученый	Что
1690г	Дж. Флемстид	Первое по видимому зафиксированное наблюдение планеты.
1781г	У. Гершель	13 марта открывает Уран ( название дал И. Боде).
1787г	У. Гершель	11 января открывает два первых самых крупных спутника планеты: Оберон, Титания.
1789г		Обнаружено отклонение в движении планеты, что указывало на существование заурановой планеты.
1977г	К.Метьюз  Г.Нойгебауэр	Открыта серия узких колец (девять), лежащих в экваториальной плоскости во время покрытия Ураном звезды 8-й звездной величины
1986г	АМС "Вояджер - 2"	Первый и пока единственный КА прошедший 24 января в 81500км от планеты. Передал тысячи изображений и других научных данных о планете, спутниках (открыты десять небольших спутников), кольцах, атмосфере, пространстве и магнитной среде, окружающих Уран. Различные инструменты изучали кольцевую систему, открывая мелкие детали прежде известных и двух вновь обнаруженных колец. Данные показали, что планета вращается с периодом 17 часов 14 минут. КА  обнаружил магнитосферу , которая велика настолько же, насколько и необычна.

 

Уран
Средняя удаленность планеты от Солнца (а.е.)	19,1914  (2870990000км)
Эксцентриситет орбиты	0,0461
Наклон орбиты к плоскости эклиптики (градусы)	0,774
Орбитальная скорость (км/с)	6,81
Сидерический период обращения планеты (лет)	84,01 (30685 дней)
Синодический период (дней)	369,66
Максимальная видимая звездная величина	5,7
Общая массаa	22869
Массаb (Земля=1)	14,531
Массаb (килограмм)	8,684×1025
Экваториальный радиусf (Земля=1)	4,007
Экваториальный радиус(км)f	25559
Сжатиеc	0,0229
Средняя плотность (г/см3)	1,29
Ускорение силы тяжести на экваторе (м/с2)	7,77
Вторая космическая скорость на экваторе (км/с)	21,3
Сидерический период вращения (часов)	17,9 часаi
Период обращения вокруг оси (часов)	17час 14мин
Наклонение экватора к орбите (градусы)	97,86e
Число известных спутников	21d

aОтношение массы Солнца к массе планеты (включая атмосферу и массу спутников).
bБез учета массы спутников.
cСжатие равно (Re-Rp)/Re, где Re и Rp - экваториальный и полярный радиусы планет (соответственно).

dУран - лишилась одного своего естественного спутника. Из перечня  исключен один, имевший временное обозначение S/1986 U 10, открытие которого подтвердить не удалось.  Спутник был обнаружен в 1999 году астрономом Эриком Каркошкой (Erich Karkoschka), изучавшим фотографии Урана, сделанные американским межпланетным зондом "Voyager-2" при сближении с планетой в 1986 году. Кроме как на этих фотографиях объект никем не наблюдался. В былые времена он продолжал бы числиться спутником Урана, но теперь правила Международного астрономического союза (International Astronomy Union, IAU) ужесточились и требуется еще одно наблюдение, чтобы небесное тело получило подобающий ему статус.
eПо решению МАС, северный полюс любой планеты направлен к северу от эклиптической плоскости, поэтому Венера, Уран и Плутон имеют обратное направление вращения.
fДля внешних планет не имеющих твердой поверхности радиус соответствует уровню атмосферного давления в 1 бар.
iПериод вращения Урана - 17.240 часов.

Планета Уран

УРАН (астрономический знак I). Седьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планетам-гигантам. Уран достаточно ярок, так что при хороших условиях наблюдения его можно увидеть невооруженным глазом. С Земли даже в самый большой телескоп он кажется зеленоватым диском, почти лишенным деталей. В 1986г первый и пока единственный космический зонд "Вояджер-2" прошел недалеко от Урана и его спутников, передав на Землю их крупноплановые изображения. "Вояджером-2" были открыты десять небольших спутников Урана (к этому времени были уже известны пять больших спутников планеты - Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон- название последним четырем дал У. Ласселл). Сравнительно недавно в 1997-1999гг открыты еще 6 небольших спутников планеты и их количество сейчас достигло 21 спутника.    Уран - один из четырех "газовых гигантов" Солнечной системы. Его экваториальный радиус почти в четыре раза, а масса  в 14,6 раза больше, чем у Земли. Сжатие поверхности составляет почти сороковую часть (650км). При этом средняя плотность Урана  в 4,38 раза меньше, чем плотность Земли. Относительно малая плотность типична для планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевого протопланетного облака наиболее легкие компоненты (в первую очередь, водород и гелий) стали для них основным «строительным материалом», тогда как планеты земной группы включают заметную долю более тяжелых элементов.

Фотомонтаж Урана в условных цветах, на котором видно отдельное облако. Выполнено по фотографиям "Вояджера-2" 14 января 1986г с расстояния 12,8 млн. км.

Изображение Урана и его пяти наиболее крупных спутников, смонтированное из кадров, полученных с "Вояджера-2". На переднем плане виден Ариэль, перед Ураном находится Миранда, а Умбриэль, Оберон и Титания видны вдалеке.

Уран почти полностью состоит из водорода и гелия. Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана в основном состоит из водорода (Н2-65%), гелия (Не-15%) и метана (СН4-15%), хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном с небольшим количеством различных молекулярных соединений. Атмосфера отражает около 85% падающего солнечного света. Атмосфера спокойна, мало течений, слабый ветер. Даже на крупных планах планеты, полученных "Вояджером", Уран имеет "спокойный", почти лишенный деталей вид, хотя и имеются некоторые намеки на слабые полосы, параллельные экватору. Инструменты "Вояджера" обнаружили отчасти более холодную полосу между 15 и 40-ка градусами широты, где температура на 2-3 K ниже.

 Синий цвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана.  Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Но они слишком плохо различимы и видимы только на снимках с большим разрешением, сделанных "Вояджером 2" . Недавние наблюдения с HST позволили рассмотреть большие облака. Есть предположение о том, что эта возможность появилась в связи с сезонными эффектами, ведь как не трудно сообразить, зима от лета на Уране сильно разняться: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца!

  Теоретическая модель строения Урана такова: его поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже — ядро из твердых пород ( по видимому каменное). Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты. Температура в центре Урана близка к 10000К при давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар). Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет около 55К.

   Вращение Урана обладает рядом отличительных особенностей: ось вращения почти перпендикулярна (98°) к плоскости орбиты, а направление вращения противоположно направлению обращения вокруг Солнца, то есть обратное. Северный полюс планеты ниже плоскости орбиты и в течение 20лет обращен к Солнцу.

Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 час 14 мин. Существующий разброс при определении значений этого периода обусловлен несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.

  Магнитное поле планеты слабее чем у Земли (5/6) и со смещенным центром на 55º относительно центра планеты. Имеет радиационные пояса слабее земных.  Она необычна тем, что ось симметрии ее наклонена почти на 60 градусов оси вращения (у Земли этот угол составляет 12 градусов). Если бы так обстояло дело на Земле, то ориентирование с помощью компаса имело бы интересную особенность: стрелка почти совсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на две противоположные точки 30-х параллелей. Вероятно, магнитное поле вокруг планеты генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в его ядре. Источник поля - неизвестен; существование гипотетического электропроводящего океана воды или аммиака пока не подтверждено исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах, источником магнитного поля считают течения в расплавленных породах, расположенных недалеко от ядра.   Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. "Вояждер 2" "чувствовал" поле, по крайней мере, в 10-ти миллионах километров от планеты.

   В 1977г у Урана была открыта серия узких колец, лежащих в экваториальной плоскости во время покрытия Ураном звезды 8-й звездной величины. Кольца вызвали небольшое падение наблюдаемой яркости этой звезды непосредственно до и сразу после ее покрытия диском планеты. Более поздние покрытия Беты Скорпиона и Сигмы Стрельца подтвердили полученный результат. Система колец впоследствии (в 1986г) была сфотографирована "Вояджером-2", когда были обнаружены еще два кольца, а общее их количество достигло одиннадцати.  

Спутники планеты Уран

Спутник	Зв. вел	Радиус (км)	Масса (кг)	Плотн. (г/см3)	Радиус орбиты (тыс. км)	Период обращен (земные сутки)	Наклон орбиты к экватору планеты (градусы)	Дата открытия, первооткрыватель
S/2001 U1		10						2001г, группа астр. США, Канады
1999 U3 (Просперо)		<10						09.1999,Б.Грэдман и др.
1999 U2 (Стефано)		<10			25000			09.1999,Б.Грэдман и др.
1999 U1 (Сетебос)		<10			10000			06.1999,Б.Грэдман и др.
1986U10		>20			75			1999, Э.Картошкаd
Сикоракс		60			12200			1997, Б.Грэдман и др.
Калибан		30			7 200			1997, Б.Грэдман и др.
Корделия	24	13			49,75	0.335	(0.14)	01.1986, «Вояджер-2»
Офелия	24	15,2			53,76	0.376	(0.09)	01.1986, «Вояджер-2»
Бианка	23	21			59,16	0.435	(0.16)	01.1986, «Вояджер-2»
Крессида	22	31			61,77	0.464	(0.04)	01.1986, «Вояджер-2»
Дездемона	22	27			62,66	0.474	(0.16)	01.1986, «Вояджер-2»
Джульетта	22	42			64,36	0.493	(0.06)	01.1986, «Вояджер-2»
Портия	21	54			66,10	0.513	(0.09)	01.1986, «Вояджер-2»
Розалинда	22	27			69,93	0.558	(0.28)	01.1986, «Вояджер-2»
Белинда	22	33			75,26	0.624	(0.03)	01.1986, «Вояджер-2»
Пак	20	72			86,01	0.762	(0.31)	12.1985, «Вояджер-2»
Миранда	16.5	241	6.89×1019	1.35	129,78	1.414	3.40	15.02.1948, Дж.Койпер
Ариэль	14.4	583	1.26×1021	1.66	191,24	2.520	0.00	24.10.1851, У. Ласселл
Умбриэль	15.3	595	1.33×1021	1.51	265,97	4.144	0.00	24.10.1851, У. Ласселл
Титания	14.0	796	3.48×1021	1.68	435,84	8.706	0.00	11.01.1787, В. Гершель
Оберон	14.2	776	3.03×1021	1.58	582,60	13.463	0.00	11.01.1787, В. Гершель

Цветной фотомонтаж демонстрирует признаки ударных следов и прошлой геологической активности на Титании. 24 января 1986г; расстояние 480000 км.	Фотомозаика Ариэля, наиболее подробная из всех изображений спутника, полученных "Вояджером-2", демонстрирует многочисленные сбросы и долины. 24 января 1986 г.; расстояние 128000 км. Большие впадины тянутся до 1500км в длину и имеют в ширину до 75 км.

Титания (усыпан кратерами и на поверхности  много разломов и долин)  и Оберон (поверхность покрыта ударными кратерами, многие из которых окружает система ярких лучей, внутри некоторые кратеры покрыты очень темным веществом) (орбиты их почти перпендикулярна плоскости орбиты Урана и вращаются в обратном направлении) согласно теоретическим оценкам, испытывают дифференциацию, то есть перераспределение различных элементов по глубине, в результате чего произошло образование силикатного ядра, мантии из льда (водяного и аммиачного) и ледяной коры. Выделяющаяся при дифференциации теплота приводит к заметному разогреванию недр, что может вызывать даже их расплавление.

Ариэль - Изображения, полученные "Вояджером-2" в 1986г, показали, что его поверхность покрыта кратерами и пересечена сбросовыми обрывами и долинами. Вид спутника говорит о том, что в прошлом имелась значительная геологическая активность. Период обращения (земные сутки) 2 сут 12 ч 29 мин.

Корделия - один из двух спутников, которые играют роль “пастухов” эпсилон-кольца планеты (другим является Офелия).

На этом наиболее подробном изображении Умбриэля поверхность сплошь покрыта кратерами. 24 января 1986г; расстояние 554000 км.	Фотография демонстрирует наличие на Миранде сильно пересеченной местности с высоким рельефом (справа), более низменной овражистой территории и большого ударного кратера 24 км в поперечнике (внизу слева). Снимок сделан с "Вояджера-2" 24 января 1986 г. с расстояния 36000 км.

Умбриэль намного темнее других четырех больших спутников Урана. Кажется, что поверхность покрылась темным веществом относительно недавно (по астрономическим масштабам). Она изрыта кратерами; один из них, 110 км в диаметре, по контрасту с остальной частью поверхности кажется особенно ярким. Сидерический период обращения 4 сут 22 мин.

Покрытая большим количеством кратеров, поверхность Оберона, вероятно, была стабильна с начала своего формирования. Здесь обнаружены гораздо более крупные кратеры, чем на Ариеле и Титании. Некоторые из кратеров имеют лучи выбросов, подобныe тем, что обнаружены на Каллисто. На снимке справа видна гора, которая возвышается над окружающей местностью на 6 км	На поверхности Миранды все перемешано: покрытая кратерами местность перемежается с площадками со сверхъестественными канавками, долины чередуются с утесами высотой более чем 5 километров.  Здесь на снимке странная  V-образная область.

 Кольца Урана

На изображении, полученном 24 января 1986г при заднем освещении, видно непрерывное распределение мельчайших частиц в системе колец Урана. Диапазон охвата - 235000 км.

10 марта 1977г международная команда астрономов из США, Австралии, Индии и Южной Африки у Урана была открыта серия узких колец, лежащих в экваториальной плоскости во время покрытия Ураном звезды SAO 158687 8-й звездной величины. Кольца вызвали небольшое падение наблюдаемой яркости этой звезды непосредственно до и сразу после ее покрытия диском планеты. На представленных фотографиях в инфракрасных лучах сотрудниками Калифорнийского технологического института К. Метьюз и Г. Нойгебауэр определено наличие девяти темных колец (состоят из частиц не покрытых льдом). Более поздние покрытия Беты Скорпиона и Сигмы Стрельца подтвердили полученный результат. Система колец в 1986г была сфотографирована "Вояджером-2", когда были обнаружены еще два кольца, а общее их количество достигло одиннадцати.  

 Камеры "Вояджера"  показали, что девять основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, они очень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольно больших частиц, размеры их колеблются от 10 метров в диаметре до мелкой пыли.
 

Название	Расстояние от центра планеты в радиусах (км) планеты		Ширина (км)	Толщина (км)	Оптическая глубина	Общая масса (г)	Альбедо
1986U2R	(1.49)	(38,000)	(2,500)	(0.1)	<0.001	?	(0.03)
6	1.597	41,840	1-3	(0.1)	0.2-0.3	?	(0.03)
5	1.612	42,230	2-3	(0.1)	0.5-0.6	?	(0.03)
4	1.625	42,580	2-3	(0.1)	0.3	?	(0.03)
Альфа(α)	1.707	44,720	7-12	(0.1)	0.3-0.4	?	(0.03)
Бэта(β)	1.743	45,670	7-12	(0.1)	0.2	?	(0.03)
Эта(η)	1.801	47,190	0-2	(0.1)	0.1-0.4	?	(0.03)
Гамма(γ)	1.818	47,630	1-4	(0.1)	1.3-2.3	?	(0.03)
Дельта(δ)	1.843	48,290	3-9	(0.1)	0.3-0.4	?	(0.03)
1986U1R	1.909	50,020	1-2	(0.1)	0.1	?	(0.03)
Эпсилон(ε)	1.952	51,140	20-100	<0.15	0.5-2.1	?	(0.03)

Примечание: Неточность результатов, указанных в скобках не превышает 10%.

Интересные статьи:

Звездное небо
I. Введение. Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над этими и мног ...

Планета Нептун
НЕПТУН Нептун – восьмая планета от Солнца, большая планета Солнечной системы, относится к планетам – гигантам. Ее орбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах. Еще орбиту Нептуна пересекает комета Галилея. Астрологический знак ...

Приборы и техника астрономических наблюдений
Астрономические приборы. История создания Вся история астрономии связана с созданием все новых инструментов, позволяющих повысить точность наблюдений, возможность вести исследования небесных светил в диапазонах, недоступных невооруженном ...