Warto przeczytać

Uran jest siódmą planetą Układu Słonecznego znajdującą się w odległości około 19,2 au (au - jednostka astronomicznajednostka astronomiczna, aujednostka astronomiczna) od Słońca. Starożytni pomijali ten obiekt na niebie sądząc, że jest gwiazdą. Jego widoczność na niebie znajduje się na granicy widoczności nieuzbrojonym okiem, tzn. od +6,03 do +5,38 magmagnitudo, magmag (w skrajnych momentach). Dopiero w 1781 roku Sir William Herschel ogłosił odkrycie obiektu, którym był Uran, ale uznał go na początku za kometę. Dwa lata później, po wielokrotnych obserwacjach wykonanych przez wielu astronomów, uznano ten obiekt za kolejną planetę Układu Słonecznego. Tym samym Uran stał się pierwszą planetą odkrytą przy użyciu teleskopu oraz pierwszą planetą nieznaną od starożytności. Przez teleskop widać jego gładką cyjanową (jasnoniebieską) tarczę (Rys. 1.) oraz największe księżyce.

RFVn1hCLYPm07

Rys. 1. Ilustracja przedstawia zdjęcie planety Uran wykonane przez sondę Voyager dwa w dniu czternastego stycznia tysiąc dziewięćset osiemdziesiątego szóstego roku. Zdjęcie zostało wykonane z odległości dwunastu i siedmiu dziesiątych miliona kilometrów. Na zdjęciu widoczna jest planeta Uran w postaci jednolitej białej kuli na tle czarnej przestrzeni kosmicznej.

Ze względu na dużą odległość Urana od Ziemi, możemy go badać jedynie przy pomocy dużych teleskopów, takich jak Hubble Space Telescope (więcej na ten temat w e‑materiale „Co wiemy o teleskopie Hubble’a?”) lub przy pomocy misji kosmicznych. Niestety do tej pory do Urana tylko przelotnie zbliżyła się jedna sonda kosmiczna. Miało to miejsce dokładnie 24 stycznia 1986 roku. Voyager 2 cały czas przemierza Układ Słoneczny w celu badania najdalszych regionów naszego układu planetarnego. (Więcej na temat misji w e‑materiale pt. „Bezzałogowe misje kosmiczne”). Sonda ta przeleciała obok Urana robiąc serię zdjęć i pomiarów. Dzięki tej misji poznaliśmy dokładny skład chemiczny Urana, struktury chmur w jego atmosferze, pole magnetyczne. Sonda odkryła 10 księżyców planety oraz zbadała jej pierścienie.

Uran należy do grupy planet nazywanych lodowymi olbrzymami. Jest to podgrupa gazowych olbrzymów, które znajdują się daleko od Słońca. Jest na nich bardzo zimno, więc gazy, które je tworzą są w części zestalone, czyli są bryłami lodu.

Standardowy model budowy lodowych olbrzymów zawiera trzy warstwy: jądro, płaszcz i atmosferę.

W przypadku Urana (Rys. 2.) wygląda to następująco:

- Małe skaliste jądro o promieniu poniżej 20% promienia całej planety, a masa stanowi około 4‑6% masy planety,

- Duży lodowo‑gazowy płaszcz o promieniu około 60% promienia planety i masie ponad 90% masy całkowitej,

- Rozległa gazowa atmosfera o promieniu około 20% promienia planety, składająca się z wodoru - 82%, helu - 15% i metanu.

Uran swoją cyjanowo‑turkusową barwę zawdzięcza obecności metanu w zewnętrznych warstwach atmosfery. Cząsteczki metanu wykazują silną absorpcję światła czerwonego i podczerwonego, co sprawia, że planety zawierające metan mają kolor niebieski. Im więcej metanu w atmosferze, tym kolor jest bardziej intensywny.

Jądro Urana jest bardzo ciepłe (5000 K), przez co w płaszczu planety również panuje dodatnia temperatura. Mimo, że substancję, z której się składa nazywa się lodem, to w rzeczywistości jest to substancja wodno‑amonowa przeplatająca się z cząsteczkami gazów. Im dalej od jądra, tym temperatura jest niższa, na powierzchni panują ujemne temperatury.

R1dnS5YGICF6k

Rys. 2. Ilustracja przedstawia grafikę, na której zaprezentowano strukturę wewnętrzną planety Uran. Planetę Uran przedstawiono w postaci ciemnoszarej kuli w wyciętą ćwiartką górnej części planety. W centrum planety widoczne jest jądro w postaci brązowej kulki. Wokół jądra znajduje się płaszcz w postaci jasnoniebieskiego, kulistego obszaru otaczającego jądro. Płaszcz otoczony jest atmosferą widoczną w postaci szarej sfery wokół płaszcza.

Tabela 1. Podstawowe parametry fizyczne Urana oraz jego orbity.

Planety gazowe nie mają wyraźnej powierzchni, takiej jak ta, którą widzimy na Ziemi i innych planetach skalistych. Na planetach gazowych poziom powierzchni określa się jako przestrzeń w gazie, gdzie ciśnienie wynosi 1 bar (100000 Pa). Różnica temperatur na tak określonej powierzchni jest niewielka. Amplituda sięga maksymalnie 10 stopni. W atmosferze Urana (czyli w gazie, gdzie panuje ciśnienie około 0,1 bara) temperatura jest niższa o około 20‑25 stopni niż na powierzchni. Jest to najzimniejsza planeta w Układzie Słonecznym. Uran oddaje prawie tyle samo ciepła, ile pobiera od Słońca. Mimo, że jest bliżej gwiazdy, czyli źródła ciepła, niż Neptun, jest od niego zimniejszy. Spowodowane jest to bardzo małą ilością ciepła wydzielaną przez jądro planety.

W świetle widzialnym atmosfera Urana wydaje się być całkowicie gładka, pozbawiona chmur i zjawisk pogodowych. Jednak po zbadaniu tej planety w podczerwieni (dzięki teleskopowi Hubble’a) o różnych porach roku urańskiego okazało się, że w atmosferze zachodzi wiele zjawisk. Przede wszystkim są sezonowe zjawiska pogodowe, w których wiatry w atmosferze osiągają prędkości do 900 km/h (głównie przy biegunach). Uran ma też pasma chmur głównie w dolnych warstwach atmosfery. Ich ilość i rozkład zmienia się z czasem, ale zachowują one strukturę pasm rozkładających się zgodnie z rotacją planety.

R1bCDH48I5h1c

Rys. 3. Ilustracja przedstawia zdjęcie planety Uran wykonane w podczerwieni przez Kosmiczny Teleskop Hubblea w tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątym ósmym roku. Na zdjęciu widoczna jest kula, której lewa część jest prawie biała a prawa ciemnoniebieska. Kolor planety zmienia się i ciemnieje ku jej prawej części. Wokół planety widoczne są brązowe pierścienie prostopadłe do poziomej osi symetrii stanowiącej oś obrotu planety. Wokół planety widoczne są czerwone punkty. Czerwone punkty to księżyce planety Uran widoczne w podczerwieni.

ROLrkCta8LkBt

Rys. 4. Ilustracja przedstawia trzy zdjęcie planety Uran wykonane przez Kosmiczny teleskop Hubblea. Zdjęcia widoczne są jedno obok drugiego i przedstawiają zmiany w pasach chmur oraz zmiany nachylenia pierścieni w stosunku do Ziemi w przeciągu czterech lat ziemskich. Lewe zdjęcie wykonane zostało w dwa tysiące trzecim roku. Na zdjęciu widoczna jest planeta Uran w postaci błękitnej kuli o jaśniejszej lewej stromnie. Wokół planety widoczne są białe pierścienie tworzące się w płaszczyźnie prostopadłej względem osi pochylonej nieco w dół w stosunku do kierunku poziomego. Środkowe zdjęcie wykonano w dwa tysiące piątym roku. Na środkowym zdjęciu chmury tworzą pas w lewej części planety. Pas widoczny jest wokół poziomej osi obrotu planety. Wokół planety widoczne są pierścienie tworzące się wokół poziomej osi symetrii. Prawe zdjęcie wykonano w dwa tysiące siódmym roku. Na zdjęciu widoczne są jasne chmury w prawej części planety. Wokół planety widoczne są pierścienie tworzące się wokół poziomej osi obrotu planety. Pierścienie są płaszczyzna pierścieni jest taka, że obserwator widzi je w postaci jasnych linii.

Pory roku na każdej planecie zależą od położenia planety na orbicie i nachylenia jej osi obrotu. Uran jest bardzo wyjątkową planetą. Jego oś obrotu nachylona jest do płaszczyzny obrotu pod kątem prawie 98 stopni, co sprawia, że Uran „toczy się” po swojej orbicie. Ponadto Uran jest jedną z dwóch planet Układu Słonecznego, które obracają się w przeciwną stronę niż pozostałe tzn. ze wschodu na zachód. Prawdopodobnie we wczesnych etapach powstawania planet Układu Słonecznego doszło do potężnego zderzenia Urana z innym ciałem o wielkości co najmniej Ziemi. W wyniku tego zderzenia oś obrotu znalazła się prawie w płaszczyźnie orbity, a Uran zaczął obracać się w przeciwną stronę. Efektem takiego obrotu planety jest to, że dzień polarny trwa 42 ziemskie lata, czyli pół urańskiego roku i nie ma związku z obrotem wokół własnej osi planety. Jedynie w regionie okołorównikowym zachodzą systematyczne zmiany dnia i nocy, przy czym Słońce znajduje się tam blisko linii horyzontu. Od urańskich pór roku zależą w dużej mierze zjawiska zachodzące w atmosferze. W oświetlonej części planety zazwyczaj widać więcej chmur i zjawisk burzowych. Ponieważ badania zjawisk na Urania trwają dopiero kilkanaście lat, nie można jednoznacznie stwierdzić, czy zjawiska atmosferyczne są wynikiem położenia planety na orbicie, czy też związane są z wewnętrznymi zjawiskami. Gdy badania te będą trwały co najmniej 2 urańskie lata, będzie można jednoznacznie określić sezonowość występowania tych zjawisk.

Najciekawszym zjawiskiem pogodowym na Uranie są diamentowe deszcze. Pod wpływem dużego ciśnienia i odpowiedniej temperatury metan, którego cząsteczka składa się z atomu węgla i 4 atomów wodoru, może przemieniać się w diamenty i spadać w głębsze warstwy Urana. W płaszczu planety znajduje się co najmniej 10‑15% metanu. W niższych warstwach, gdzie panują znacznie większe temperatury, mogą istnieć diamentowe jeziora i morza. W warunkach laboratoryjnych uzyskano warunki bardzo podobne do tych panujących we wnętrzu gazowych olbrzymów. Przy odpowiednio dużym ciśnieniu atomy węgla oddzielają się od atomów wodoru i wytwarzają się diamenty. W atmosferze planety diamenty te opadają w głąb planety, gdzie panuje jeszcze wyższa temperatura i większe ciśnienie. Zmiana warunków fizycznych sprawia, że diamenty rozpuszczają się i tworzą „diamentowe morza” i „oceany”. Astronomowie badający to zjawisko zakładają, że takie zjawiska zachodzą w głębokich warstwach lodowych olbrzymów zawierających metan.

Jak większość gazowych planet, Uran ma system pierścieni (jest ich 13). Zostały one odkryte w 1977 roku, a sonda Voyager 2 zbadała ich strukturę. Jednak przypuszcza się, że pierścienie te wytworzyły się później niż sam Uran. Prawdopodobnie po wielkim zderzeniu planeta przechwyciła część pyłów i gazów rozproszonych podczas zderzenia. Pierścienie wewnętrzne są ciemniejsze, natomiast zewnętrzne są bardziej widoczne. Kosmiczny Teleskop Hubble’a zarejestrował zmiany tych pierścieni wynikające z nachylenia ich w stosunku do Ziemi (Rys. 4.). Ponadto Uran ma 27 znanych księżyców. Są to bardzo małe obiekty. Zgodnie z hipotezami powstawania księżyców (patrz e‑materiał „Jak powstał Układ Słoneczny?”), część księżyców Urana porusza się po prawie kołowych orbitach i są to masywne obiekty. Pięć najmasywniejszych i zbadanych księżyców to: Miranda, Ariel, Umbriel, Tytania i Oberon. Ich sumaryczna masa jest mniejsza niż połowa masy Tytana – księżyca Neptuna. Jednak większość księżyców porusza się po bardzo eliptycznych orbitach i mają one bardzo nieregularne kształty.

R1HCBg347vtrC

Rys. 5. Ilustracja przedstawia zdjęcia pięciu księżyców planety Uran wykonane przez sondę Voyager dwa. Zdjęcia widoczne są jedno obok drugiego i przedstawiają satelity Urana w postaci szarych kul. Lewy księżyc jest najmniejszy a każdy kolejny w kierunku do prawej jest coraz większy. Im większy jest księżyc tym dalej znajduje się od planety. Od lewej przedstawione księżyce to Miranda, Ariel, Umbriel, Tytania i Oberon. Na zdjęciu dwa ostatnie księżyce po prawej stronie czyli Tytania i Oberon są podobnej wielkości.

Niestety żadna agencja kosmiczna nie planuje misji kosmicznej mającej na celu dokładniejsze badania Urana z orbity wokół planety. Wszelkie badania związane z sezonowymi zmianami w zewnętrznych warstwach planety są prowadzone przy użyciu teleskopu Hubble’a.

Słowniczek