PLANET URANUS

Send

Uranus, som tar sitt namn från den grekiska himlen Gud, är en gasgigant och den sjunde planeten från vår sol. Det är också den tredje största planeten i vårt solsystem, rankat bakom Jupiter och Saturn. Liksom sina medgasjättar har den många månar, ett ringsystem och består främst av gaser som tros omge en solid kärna.

Även om det kan ses med blotta ögat, var insikten att Uranus är en planet relativt ny. Även om det finns indikationer på att det upptäcktes flera gånger under de senaste två tusentals åren, var det inte förrän på 1700-talet att det erkändes för vad det var. Sedan den tiden har planens månar, ringsystem och mystisk natur varit fullständigt känd.

Upptäckt och namngivning:

Som de fem klassiska planeterna - Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus - kan Uranus ses utan hjälp av ett teleskop. Men på grund av dess mörkhet och långsamma bana trodde antika astronomer att det var en stjärna. Den tidigaste kända observationen utfördes av Hipparchos, som spelade in den som en stjärna i sin stjärnkatalog år 128 fvt - observationer som senare ingick i Ptolemaios Almagest.

Den tidigaste definitiva observationen av Uranus ägde rum 1690 när den engelska astronomen John Flamsteed - den första astronomen Royal - såg den minst sex gånger och katalogiserade den som en stjärna (34 Tauri). Den franska astronomen Pierre Lemonnier observerade den också minst tolv gånger mellan åren 1750 och 1769.

Det var emellertid Sir William Herschels observation av Uranus den 13 mars 1781, som inledde processen att identifiera den som en planet. Vid den tiden rapporterade han det som en kometobservation, men engagerade sig sedan i en serie observationer med ett teleskop av sin egen design för att mäta dess position relativt stjärnorna. När han rapporterade om det till The Royal Society hävdade han att det var en komet, men jämförde implicit den med en planet.

Efteråt började flera astronomer undersöka möjligheten att Herschels ”komet” faktiskt var en planet. Dessa inkluderade den ryska astronomen Anders Johan Lexell, som var först med att beräkna dess nästan cirkulära omloppsbana, vilket ledde till att han drog slutsatsen att det trots allt var en planet. Berlinas astronom Johann Elert Bode, en medlem av ”United Astronomical Society”, instämde i detta efter att ha gjort liknande observationer av dess bana.

Snart blev Uranus status som planet ett vetenskapligt samförstånd och 1783 erkände Herschel själv detta till Royal Society. Som erkännande av hans upptäckt gav kung George III av England Herschel ett årligt stipendium på 200 £ under förutsättning att han flyttade till Windsor så att kungafamiljen kunde titta genom sina teleskoper.

Till heder för sin nya beskyddare beslutade William Herschel att namnge sin discovery Georgium Sidus ("George's Star" eller "Georges Planet"). Utanför Storbritannien var detta namn inte populärt och alternativ föreslogs snart. Dessa inkluderade den franska astronomen Jerome Lalande som föreslog att kalla det Hershel för att upptäcka det, och den svenska astronomen Erik Prosperin föreslog namnet Neptune.

Johann Elert Bode föreslog namnet Uranus, den latiniserade versionen av den grekiska himmelguden Ouranos. Detta namn verkade lämpligt, med tanke på att Saturnus var uppkallad efter den mytiska fadern till Jupiter, så denna nya planet borde namnges efter den mytiska fadern till Saturnus. I slutändan blev Bodes förslag det mest använda och blev universellt år 1850.

Uranus storlek, massa och omloppsbana:

Med en genomsnittlig radie på cirka 25.360 km, en volym på 6.833 × 10¹³ km³och en massa av 8,68 × 10²⁵ kg, är Uranus ungefär 4 gånger storleken på jorden och 63 gånger dess volym. Som gasgigant är dess densitet (1,27 g / cm)³) är betydligt lägre; därför är den bara 14,5 lika massiv som jorden. Dess låga täthet innebär också att även om den är den tredje största av gasjättarna, är den den minst massiva (faller bakom Neptun med 2,6 jordmassor).

Variationen av Uranus 'avstånd från solen är också större än någon annan planet (inte inklusive dvärgplaneter eller plutoider). I huvudsak varierar gasjättens avstånd från solen från 18.28 AU (2.735.118.100 km) vid perihel till 20.09 AU (3.006.224.700 km) vid aphelion. På ett genomsnittligt avstånd på 3 miljarder km från solen tar det Uranus ungefär 84 år (eller 30.687 dagar) för att slutföra en enda bana om solen.

Rotationsperioden för det inre av Uranus är 17 timmar, 14 minuter. Som med alla jätteplaneter upplever dess övre atmosfär starka vindar i rotationsriktningen. På vissa breddegrader, till exempel cirka 60 grader söderut, rör sig synliga drag i atmosfären mycket snabbare, vilket gör en full rotation på så lite som 14 timmar.

En unik egenskap hos Uranus är att den roterar på sin sida. Medan alla solsystemets planeter är lutade på sina axlar i viss utsträckning, har Uranus den mest extrema axiella lutningen på 98 °. Detta leder till de radikala årstiderna som planeten upplever, för att inte tala om en ovanlig dag-natt-cykel vid polerna. Vid ekvatorn upplever Uranus normala dagar och nätter; men vid polerna upplever var och en 42 jorden år på dagen följt av 42 år på natten.

Uranus 'komposition:

Standardmodellen för Uranus struktur är att den består av tre lager: en stenig (silikat / järn-nickel) kärna i mitten, en isig mantel i mitten och ett yttre hölje av gasformigt väte och helium. Liksom Jupiter och Saturn, står väte och helium för huvuddelen av atmosfären - cirka 83% och 15% - men bara en liten del av planetens totala massa (0,5 till 1,5 jordmassor).

Det tredje vanligaste elementet är metanis (CH⁴), som står för 2,3% av dess sammansättning och som står för planetens akvamarin- eller cyanfärgning. Spårmängder av olika kolväten finns också i stratosfären av Uranus, som tros produceras av metan och ultraviolent strålningsinducerad fotolys. De inkluderar etan (C₂H₆acetylen (C₂H₂metylacetylen (CH₃C₂H) och diacetylen (C₂HC₂H).

Dessutom har spektroskopi avslöjat kolmonoxid och koldioxid i Uranus 'övre atmosfär, samt närvaron av isiga moln av vattenånga och andra flyktiga ämnen, såsom ammoniak och vätesulfid. På grund av detta anses Uranus och Neptune vara en distinkt klass av jätteplaneten - känd som "Ice Giants" - eftersom de huvudsakligen består av tyngre flyktiga ämnen.

Ismanteln består faktiskt inte av is i konventionell mening, utan av en varm och tät vätska som består av vatten, ammoniak och andra flyktiga ämnen. Denna vätska, som har en hög elektrisk konduktivitet, kallas ibland ett vatten-ammoniakhav.

Kärnan i Uranus är relativt liten, med en massa på bara 0,55 jordmassor och en radie som är mindre än 20% av planetens totala storlek. Manteln omfattar dess huvuddel, med cirka 13,4 jordmassor, och den övre atmosfären är relativt obetydlig, väger cirka 0,5 jordmassor och sträcker sig för de sista 20% av Uranus radie.

Uranus kärntäthet beräknas vara 9 g / cm³med ett tryck i mitten av 8 miljoner bar (800 GPa) och en temperatur på cirka 5000 K (vilket är jämförbart med solens yta).

Uranus 'atmosfär:

Liksom med Jorden bryts atmosfären i Uranus i lager, beroende på temperatur och tryck. Liksom de andra gasjättarna har planeten inte en fast yta, och forskare definierar ytan som det område där atmosfärstrycket överstiger en bar (trycket som finns på jorden vid havsnivån). Allt som är tillgängligt för fjärranalysförmåga - som sträcker sig ner till ungefär 300 km under 1 barnivån - anses också vara atmosfären.

Med hjälp av dessa referenspunkter kan Uranus 'atmosfär delas upp i tre lager. Den första är troposfären, mellan -300 km under ytan och 50 km över den, där trycket sträcker sig från 100 till 0,1 bar (10 MPa till 10 kPa). Det andra lagret är stratosfären, som når mellan 50 och 4000 km och upplever tryck mellan 0,1 och 10^-10 bar (10 kPa till 10 uPa).

Troposfären är det tätaste skiktet i Uranus atmosfär. Här varierar temperaturen från 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) vid basen (-300 km) till 53 K (-220 ° C / -364 ° F) vid 50 km, varvid den övre regionen är den kallaste i solsystemet. Tropopauseregionen är ansvarig för den stora majoriteten av Uranus termiska infraröda utsläpp och bestämmer därmed dess effektiva temperatur på 59,1 ± 0,3 K.

Inom troposfären finns molnlager - vattenmoln med lägsta tryck, med ammoniumhydrosulfidmoln ovanför dem. Ammoniak och vätesulfidmoln kommer nästa. Slutligen låg tunna metanmoln på toppen.

I stratosfären varierar temperaturerna från 53 K (-220 ° C / -364 ° F) vid den övre nivån till mellan 800 och 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) vid basen av termosfären, tack vare till stor del värme orsakad av solstrålning Stratosfären innehåller etansmog, som kan bidra till planetens tråkiga utseende. Acetylen och metan finns också, och dessa diser hjälper till att värma stratosfären.

Det yttersta lagret, termosfären och korona, sträcker sig från 4 000 km till så högt som 50 000 km från ytan. Denna region har en enhetlig temperatur på 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), även om forskare är osäkra på orsaken. Eftersom avståndet till Uranus från solen är så stort är mängden värme som kommer från den otillräcklig för att generera så höga temperaturer.

Liksom Jupiter och Saturn följer Uranus väder ett liknande mönster där system bryts upp i band som roterar runt planeten, som drivs av intern värme som stiger till den övre atmosfären. Som ett resultat kan vindar på Uranus nå upp till 900 km / h (560 mph), vilket skapar massiva stormar som den som Hubble Space Telescope upptäckte under 2012. I likhet med Jupiters Great Red Spot var denna "Dark Spot" en jätte molnvirvel som mätte 1 700 kilometer med 3 000 kilometer (1 100 mil med 1 900 mil).

Uranus 'månar:

Uranus har 27 kända satelliter som är indelade i kategorierna större månar, inre månar och oregelbundna månar (liknande andra gasjättar). De största månarna i Uranus är, i storleksordning, Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon och Titania. Dessa månar sträcker sig i diameter och massa från 472 km och 6,7 × 10¹⁹ kg för Miranda till 1578 km och 3,5 × 10²¹ kg för Titania. Var och en av dessa månar är särskilt mörk, med lågbindning och geometriska albedos. Ariel är den ljusaste medan Umbriel är den mörkaste.

Alla de stora månarna i Uranus tros ha bildats i åtskillnadsskivan, som fanns runt Uranus under en tid efter dess bildning, eller resulterade från den stora påverkan som Uranus drabbades tidigt i dess historia. Var och en består av ungefär lika stora mängder sten och is, med undantag av Miranda som främst är gjord av is.

Iskomponenten kan inkludera ammoniak och koldioxid, medan det steniga materialet tros vara sammansatt av kolhaltigt material, inklusive organiska föreningar (liknande asteroider och kometer). Deras kompositioner tros vara differentierade, med en isig mantel som omger en stenig kärna.

När det gäller Titania och Oberon tros det att flytande vattenhav kan existera vid kärnans / mantelgränsen. Deras ytor är också kraftigt kraterade; men i båda fallen har endogen återuppbyggnad lett till en viss förnyelse av deras funktioner. Ariel verkar ha den yngsta ytan med de minsta slagkratern medan Umbriel verkar vara den äldsta och mest krater.

De stora månarna i Uranus har ingen märkbar atmosfär. På grund av deras omloppsbana runt Uranus upplever de också extrema säsongscykler. Eftersom Uranus kretsar runt solen nästan på sin sida, och de stora månarna som hela kretsar runt Uranus 'ekvatorialplan, upplever norra och södra halvklotet långa perioder dagtid och nattetid (42 år åt gången).

Från och med 2008 är Uranus känd för att ha 13 inre månar vars banor ligger i Mirandas. De är i ordning på avstånd från planeten: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Cupid, Belinda, Perdita, Puck och Mab. I överensstämmelse med namnet på Uranus större månar, alla namnges efter karaktärer från Shakespearean-teaterstycken.

Alla inre månar är intimt anslutna till Uranus ringsystem, vilket antagligen är resultatet av fragmenteringen av en eller flera små inre månar. Puck, på 162 km, är den största av de inre månarna i Uranus - och den enda som avbildas av Voyager 2 i alla detaljer - medan Puck och Mab är de två yttersta inre satelliterna i Uranus.

Alla inre månar är mörka föremål. De är gjorda av vattenis som är förorenad med ett mörkt material, vilket förmodligen är organiska material som bearbetas med Uranus 'strålning. Systemet är också kaotiskt och tydligen instabilt. Datorsimuleringar uppskattar att kollisioner kan uppstå, särskilt mellan Desdemona och Cressida eller Juliet inom de närmaste 100 miljoner åren.

Från och med 2005 är Uranus också känd för att ha nio oregelbundna månar, som kretsar runt det på ett mycket större avstånd än Oberon. Alla oregelbundna månar är förmodligen fångade föremål som fångades av Uranus strax efter dess bildning. De är i ordning på avstånd från Uranus: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos och Ferdinard (återigen uppkallad efter karaktärer i Shakespearean-teaterstycken).

Uranus oregelbundna månar sträcker sig i storlek från cirka 150 km (Sycorax) till 18 km (Trinculo). Med undantag av Margaret, cirklar alla Uranus i retrogradbanor (vilket innebär att de kretsar runt planeten i motsatt riktning från dess snurr).

Uranus 'ringsystem:

Liksom Saturnus och Jupiter har Uranus ett ringsystem. Dessa ringar består emellertid av extremt mörka partiklar som varierar i storlek från mikrometer till en bråkdel av en meter - varför de inte är nästan lika tydliga som Saturns. Tretton distinkta ringar är för närvarande kända, den ljusaste är epsilonringen. Och med undantag för två mycket smala, mäter dessa ringar vanligtvis några kilometer i bredd.

Ringarna är förmodligen ganska unga och tros inte ha bildats med Uranus. Ämnet i ringarna kan en gång ha varit en del av en måne (eller månar) som krossades av höghastighetspåverkan. Från åtskilliga bitar av skräp som bildades som ett resultat av dessa stötar överlevde bara ett fåtal partiklar i stabila zoner motsvarande platserna för de nuvarande ringarna.

De tidigaste kända observationerna av ringsystemet ägde rum den 10 mars 1977 av James L. Elliot, Edward W. Dunham och Jessica Mink med hjälp av Kuiper Airborne Observatory. Under en ockultation av stjärnan SAO 158687 (även känd som HD 128598) urskilde de fem ringar som fanns i ett system runt planeten och observerade fyra till senare.

Ringarna avbildades direkt när Voyager 2 passerade Uranus 1986 och sonden kunde upptäcka ytterligare två svaga ringar - vilket fick antalet observerade ringar till 11. I december 2005 upptäckte Hubble rymdteleskopet ett par tidigare okända ringar, vilket gav totalt 13. Det största ligger två gånger så långt från Uranus som de tidigare kända ringarna, varför de kallas det "yttre" ringsystemet.

I april 2006 gav bilder av de nya ringarna från Keck Observatory färgerna på de yttre ringarna: den yttersta är blå och den andra röd. Däremot verkar Uranus inre ringar grå. En hypotes om den yttre ringens blå färg är att den består av små partiklar av vattenis från ytan av Mab som är tillräckligt små för att sprida blått ljus.

Utforskning:

Uranus har bara besökts en gång av något rymdskepp: NASA: s Voyager 2 rymdsond, som flög förbi planeten 1986. Den 24 januari 1986, Voyager 2 passerade inom 81 500 km från planetens yta och skickade tillbaka de enda närbilder som någonsin tagits av Uranus. Voyager 2 fortsatte sedan att göra ett nära möte med Neptune 1989.

Möjligheten att skicka Cassini rymdskepp från Saturn till Uranus utvärderades under en planeringsfas för uppdragsförlängningen 2009. Detta har emellertid aldrig genomförts, eftersom det skulle ha tagit ungefär tjugo år i Cassini för att komma till det uraniska systemet efter att ha lämnat Saturnus.

När det gäller framtida uppdrag har flera förslag lagts fram. Till exempel rekommenderades en Uranus-omloppsbana och -sond av 2013–2022 Planetary Science Decadal Survey som publicerades 2011. Detta förslag förutsåg en lansering mellan 2020–2023 och en 13-årig kryssning till Uranus. En ny gräns Uranus Orbiter har utvärderats och rekommenderades i studien, Fallet för en Uranus Orbiter. Detta uppdrag anses emellertid ha lägre prioritet än framtida uppdrag till Mars och det joviska systemet.

Forskare från Mullard Space Science Laboratory i Storbritannien har föreslagit ett gemensamt NASA-ESA-uppdrag till Uranus, känt som Uranus Pathfinder. Detta uppdrag skulle innebära att man startade ett medelklassigt uppdrag fram till 2022, och uppskattningar sätter kostnaden för 470 miljoner euro (~ 525 miljoner USD).

Ett annat uppdrag till Uranus, kallat Herschel Orbital Reconnaissance of the Uranian System (HORUS), designades av Applied Physics Laboratory vid Johns Hopkins University. Förslaget är att en kärnkraftsdriven orbiter bär en uppsättning instrument, inklusive en bildkamera, spektrometrar och en magnetometer. Uppdraget startade i april 2021 och anländer till Uranus 17 år senare.

Under 2009 avancerade ett team av planetforskare från NASA: s Jet Propulsion Laboratory möjliga mönster för en solenergidriven Uranus-orbiter. Det mest gynnsamma lanseringsfönstret för en sådan sond skulle vara i augusti 2018, med ankomsten till Uranus i september 2030. Vetenskapspaketet kan innehålla magnetometrar, partikeldetektorer och eventuellt en bildkamera.

Det räcker med att säga, Uranus är ett hårt mål när det gäller utforskning, och dess avstånd har gjort processen att observera den erkänna den för vad den var problematisk tidigare. Och i framtiden, med de flesta av våra uppdrag fokuserade på att utforska Mars, Europa och Asteroids nära jorden, verkar utsikterna för ett uppdrag till denna region i solsystemet inte mycket troligt.

Men budgetmiljöer förändras, liksom vetenskapliga prioriteringar. Och med intresse för att Kuiper Belt exploderar tack vare upptäckten av många transneptuniska objekt under de senaste åren, är det helt möjligt att forskare kommer att kräva att ett uppdrag till det solsystemet ska monteras. Om och när en inträffar kan det vara möjligt att få sonden att svänga av Uranus på väg ut, samla in information och bilder för att hjälpa till att förbättra vår förståelse av denna "Ice Giant".

Vi har många intressanta artiklar om Uranus här på Space Magazine. Vi hoppas att du hittar det du letar efter i listan nedan: