Атмосфера Урана: склад. Яка атмосфера у Урана?

Знімки, отримані з супутника «Вояджер-2» ще в далекі 90-і роки, показали нам вражаючі результати. Загадкова зеленувата атмосфера Урана - це все, з чого складається дана планета, за винятком крихітного кам`яно-металевого ядра. Справа в тому, що наші предки, яким належать відкриття зовнішніх планет Сонячної системи, були впевнені в тому, що всі вони, як і Земля, мають поверхню, повітряну оболонку і підземні шари. Як виявилося, газові гіганти позбавлені всього цього, так як є представниками двошарової моделі планет.

Історія відкриття і загальні дані про планету

За віддаленості від Сонця Уран є сьомою планетою. Його відкрив Вільям Гершель в кінці 18-го століття, вперше використавши для астрономічних спостережень телескоп. До цього тривалий час вчені вважали, що Уран є лише віддаленої дуже яскравою зіркою. Сам Гершель, роблячи записи про це небесному тілі, спочатку порівнював його з кометою, пізніше прийшов до висновку, що це, можливо, ще одна планета СС. Звичайно ж, після підтвердження всіх спостережень відкриття стало сенсацією. Однак у той час ніхто ще не знав, яка атмосфера у Урана насправді і яке в нього будову. Нині нам відомо, що його орбіта - одна з найбільших в системі. Навколо Сонця планета обертається за 84 земних роки. При цьому її період обертання навколо своєї осі становить трохи більше 17 годин. Через це атмосфера Урана, яка і так складається з важких газів, стає неймовірно щільною і має колосальний тиск на ядро.

Історія утворення атмосфери

Вважається, що на зовнішній вигляд і фізичні дані Урана впливає саме його ядро, а також процес його утворення. У порівнянні з параметрами самої планети (25559 км - екваторіальний радіус), ядро просто мініатюрне. Отже, воно не є джерелом енергії або магнітного поля, як у випадку з Юпітером, а також недостатньо сильно нагріває всі гази, з яких складається атмосфера Урана. Склад її, в свою чергу, не можна порівняти зі складом Юпітера або Сатурна, хоча всі ці планети входять в одну категорію. Справа в тому, що Уран оточують крижані гази, лід в найвищих своїх модифікаціях, хмари метану та інших важких елементів. Такі легкі гази, як водень і гелій, присутні в атмосфері лише в малій кількості. Є дві версії такого парадоксу. Відповідно до першої розмір і гравітаційні сили ядра в момент формування СС були занадто малими, щоб притягти легкі гази. Друга полягає в тому, що в місці, де утворився Уран, були лише важкі хімічні компоненти, які і стали основою планети.

Наявність атмосфери, її склад

Уран був вперше детально вивчений лише після подорожі «Вояджера-2», який зробив знімки з великою роздільною здатністю. Вони дозволили вченим встановити точну структуру самої планети, а також її атмосфери. Так би мовити, повітряну оболонку Урана ділять на три частини:

• Тропосфера лежить глибше всього. Тиск тут знаходиться в межах від 100 до 0,1 бар, а висота цього шару не перевищує 500 км від умовного рівня мантії.
• Стратосфера - шар атмосфери, що знаходить в середині. Займає висоти від 50 до 4000 км.
• Екзосфера. Зовнішня атмосфера Урана, де тиск прагне до нуля, а температура повітря максимально низька.

У всіх цих шарах містяться в різних пропорціях наступні гази: гелій, водень, метан, аміак. Також є вода у вигляді різних модифікацій льоду і пари. Однак атмосфера Урана, склад якої порівняємо з повітряною оболонкою Юпітера, відрізняється неймовірною холодністю. Якщо в найбільшому газовому гіганті повітряні маси нагріті до максимуму, то тут вони охолоджені до 50 кельвінів, тому і мають велику масу.

Тропосфера

Найглибший шар атмосфери нині розрахований лише теоретично, оскільки дістатися до нього техніка землян поки що не дозволяє. Кам`яне ядро планети оточують хмари, що складаються з кристалів льоду. Вони важкі і мають величезний тиск на центр планети. За ними слідують хмари з гидросульфида амонію, потім - повітряні освіти із сірководню та аміаку. Самий крайній ділянку тропосфери займають метанові хмари, які підфарбовують планету в той самий зелений колір. Температура повітря в тропосфері вважається найвищою на планеті. Вона коливається в межах 200 К. Через це деякі дослідники вважають, що мантію планети утворює великий крижаний шар. Але це лише гіпотеза.

Стратосфера

Наявність атмосфери Урана забезпечують сполуки важких і легких газів, а їх синтез забарвлює планету в зеленуватий відтінок. Всі ці процеси відбуваються в середній повітряному прошарку, де зустрічаються молекули аміаку і метану з гелієм і воднем. Кристали льоду тут приймають зовсім інші модифікації, ніж в тропосфері, вони, завдяки аміаку, поглинають будь світла, що надходить з космосу. Швидкість вітрів у стратосфері досягає 100 м / с, завдяки чому всі хмари швидко змінюють своє положення в просторі. У стратосфері трапляються полярні сяйва, нерідко утворюються тумани. Але таких опадів, як сніг або дощ, не спостерігається.

Екзосфера

Спочатку про те, яка атмосфера у Урана, судили саме за її зовнішній оболонці. Це тонка смуга кристалізованої води, яка огортається сильними потоками вітрів і є осередком найнижчої температури в Сонячній системі. Вона складається з легких газів (молекулярний водень і гелій), метан ж, який у великій кількості знаходиться в більш щільних шарах, тут відсутня. Швидкість вітру в екзосфері досягає 200 м / с, температура повітря опускається до 49 К. Тому-то планета Уран, атмосфера якої настільки крижана, стала найхолоднішою в нашій системі, навіть у порівнянні зі своїм більш далеким сусідом - Нептуном.

Загадка магнітного поля Урана

Всім чудово відомо, що зеленуватий Уран крутиться навколо своєї осі, лежачи на боці. Вчені вважають, що в момент утворення СС планета зіткнулася з астероїдом чи іншим космічним тілом, яке змінило її положення, спотворивши при цьому магнітне поле. Від осі, яка визначає північ і південь планети щодо екватора, магнітна вісь зміщена на 59 градусів. Це створює, по-перше, нерівномірний розподіл гравітації, по-друге - нерівну напруженість в північній і південній півкулях. Проте, швидше за все, саме це загадкове положення забезпечує наявність атмосфери Урана і її унікальний склад. Навколо ядра утримуються тільки важкі гази, в середніх шарах - кристалізована вода. Можливо, якби температура повітря тут була вище, Уран став би величезним океаном, що складається зі звичайної води, яка є джерелом життя.

Уран поглинає все і вся навколо

Як ми вже говорили вище, атмосфера Урана наповнена величезною кількістю метану. Цей газ досить важкий, тому він здатний поглинати інфрачервоні промені. Тобто весь світло, яке виходить від Сонця, від інших зірок і планет, торкаючись атмосфери Урана, перетворюється на зеленуватий відтінок. Нещодавно вчені помітили, що планета також заковтує сторонні гази, які знаходяться у відкритому космосі, що парадоксально з її слабким магнітним полем. У складі середніх шарів атмосфери були виявлені вуглекислий і чадний гази. Вважається, що вони притягнулися до планети від пролітають повз комет.

Крижані царства нашої системи

Дві найбільш крайні планети СС - це Уран і Нептун. Обидві характерні синюватими відтінками, обидві освічені з газів. Атмосфера Урана і Нептуна - це практично одне і те ж, за винятком пропорцій. Сила гравітації і маса ядер обох планет практично однакова. Нижні шари атмосфери Нептуна, як і Урана, утворені з кристалізованої води, перемішаної з метаном і сірководнем. Тут, біля ядра, крижані гіганти нагріваються до 200 і більше кельвінів, тим самим формуючи своє магнітне поле. Атмосфера Урана і Нептуна має однакову кількість молекулярного водню в своєму складі - понад 80 відсотків. Зовнішній повітряний шар Нептуна також характерний сильними вітрами, але температура повітря тут трохи вище - 60 К.

Висновок

Наявність атмосфери Урана в принципі забезпечує існування цієї планети. Повітряна оболонка є головною складовою частиною Урана. Вона сильно розігрівається біля ядра, але при цьому максимально остигає в крайніх шарах. Поки що планета є млявою через відсутність кисню, а також води в рідкому вигляді. Але за прогнозами дослідників, якщо температура ядра почне підвищуватися, кристали льоду перетворяться на величезний океан, в якому зможуть зародитися нові форми життя.