Характеристики планеты уран

Нахождение и применение урана

После того, как урановую руду извлекают из земли, её измельчают, перерабатывают и делают небольшие урановые таблетки. Таблетки урана подвергаются высоким температурам, чтобы они стали более прочными.

Таблетки помещают в трубки, как правило, циркониевые. Каждая трубка вмещает до 335 таблеток. 236 трубок образуют топливную сборку или ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент), которую затем помещают в ядерный реактор.

После того как топливо закладывается в реактор, начинается процесс ядерного деления. Деление происходит в результате бомбардировки нейтронами атомного ядра урана.

Когда нейтрон сталкивается с атомом урана, последний расщепляется на два других атома. Происходит выделение большого количества энергии и других нейтронов. Они сталкиваются с атомами и порождают цепную реакцию.

Выделяемая энергия становится теплотой, которая нагревает воду в реакторе. Пар от горячей воды активирует турбины, а те, в свою очередь, запускают электрогенераторы. Такие генераторы и производят электроэнергию.

Орбита и вращение

Уран — его кольца и спутники

Наклон оси вращения

Плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом 97,86° — то есть планета вращается ретроградно, «лёжа на боку слегка вниз головой». Это приводит к тому, что смена времён года происходит совсем не так, как на других планетах Солнечной системы. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Такое аномальное вращение обычно объясняют столкновением Урана с большой планетезималью на раннем этапе его формирования. В моменты солнцестояний один из полюсов планеты оказывается направленным на Солнце. Только узкая полоска около экватора испытывает быструю смену дня и ночи; при этом Солнце там расположено очень низко над горизонтом — как в земных полярных широтах. Через полгода (уранианского) ситуация меняется на противоположную: «полярный день» наступает в другом полушарии. Каждый полюс 42 земных года находится в темноте — и ещё 42 года под светом Солнца. В моменты равноденствия Солнце стоит «перед» экватором Урана, что даёт такую же смену дня и ночи, как на других планетах. Очередное равноденствие на Уране наступило 7 декабря 2007 года.

Северное полушарие	Год	Южное полушарие
Зимнее солнцестояние	1902, 1986	Летнее солнцестояние
Весеннее равноденствие	1923, 2007	Осеннее равноденствие
Летнее солнцестояние	1944, 2028	Зимнее солнцестояние
Осеннее равноденствие	1965, 2049	Весеннее равноденствие

Благодаря такому наклону оси полярные области Урана получают в течение года больше энергии от Солнца, чем экваториальные. Однако Уран теплее в экваториальных районах, чем в полярных. Механизм, вызывающий такое перераспределение энергии, пока остаётся неизвестным.

Объяснения необычного положения оси вращения Урана также пока остаются в области гипотез, хотя обычно считается, что во время формирования Солнечной системы протопланета размером примерно с Землю врезалась в Уран и изменила его ось вращения. Многие учёные не согласны с данной гипотезой, так как она не может объяснить, почему ни одна из лун Урана не обладает такой же наклонной орбитой. Была предложена гипотеза, что ось вращения планеты за миллионы лет раскачал крупный спутник, впоследствии утерянный.

Во время первого посещения Урана «Вояджером-2» в 1986 году южный полюс Урана был обращён к Солнцу. Этот полюс называется «южным». Согласно определению, одобренному Международным астрономическим союзом южный полюс — тот, который находится с определённой стороны плоскости Солнечной системы (независимо от направления вращения планеты). Иногда используют другое соглашение, согласно которому направление на север определяется исходя из направления вращения по правилу правой руки. По такому определению полюс, который был освещённым в 1986 году, не южный, а северный. Астроном Патрик Мур прокомментировал эту проблему следующим лаконичным образом: «Выбирайте любой».

Видимость

С 1995 по 2006 год видимая звёздная величина Урана колебалась между +5,6m и +5,9m, то есть планета была видна невооружённым глазом на пределе его возможностей (приблизительно +6,0m)). Угловой диаметр планеты был в промежутке между 3,4 и 3,7 угловыми секундами (для сравнения: Сатурн: 16-20 угловых секунд, Юпитер: 32-45 угловых секунд). При чистом тёмном небе Уран в противостоянии виден невооружённым глазом, а с биноклем его можно наблюдать даже в городских условиях. В большие любительские телескопы с диаметром объектива от 15 до 23 см Уран виден как бледно-голубой диск с явно выраженным потемнением к краю. В более крупные телескопы с диаметром объектива более 25 см можно различить облака и увидеть крупные спутники (Титанию и Оберон).

Причина устойчивости Солнечной системы

Итак, согласно модели Большого Взрыва, пространство Вселенной расширяется
на всех масштабах. Это расширение описывается законом Хаббла v=HR. Пространство
поглощается массивными объектами, согласно упрощенной модели
Вечно Молодая Вселенная, предложенной здесь,
или предметы расширяются на координатной сетке, как в модели «Жук на
ниточке».

Так вот, первый процесс глобального расширения координатной сетки
дает отрицательное ускорение планетам, а второй процесс дает локальное
поглощение координатной сетки и положительное ускорение, описанное выше.

Поскольку метрика пространство искривлена у Солнца, координатная
сетка, деформирована, то мы можем указать лишь приближенный результат,
поскольку о сокращении или удлинении радиальных и тангенциальных масштабов
можно говорить лишь с большой долей приближения, тем не менее, полученный
результат оказывается показательным.

Положительное ускорение вынуждает двигаться по воронке пространства-времени,
описывая некоторую расходящуюся спираль, шаг которой дается ускоряющей
силой, а отрицательное ускорение, описываемое законом Хаббла, дает сходящуюся
спираль на воронке пространства-времени, образованной массивным объектом.
Предположим, что эти два процесса компенсируют друг друга, и мы не наблюдаем
ни расширения координатной сетки воронки, ни её втягивания в массивные
объёкты.

Пускай планета массы m вращается по окружности
радиуса r со скоростью v, а Солнце массой М вращается по окружности
R со скоростью V вокруг общего центра масс C.

Силы, ускоряющие Землю и Солнце соответственно
равны:

F_Sun = Fv/c; F_Earth
= FV/c.

Мощность, расходуемая на ускорение, равна произведению
силы на скорость:

P_Sun = FvV/c; P_Earth
= FVv/c.

Подставим в эти формулы выражения для силы и скорости Земли и Солнца,
которые соответственно равны:

v =sqr(rF/m); V=sqr(RF/M); F=GMm/(r+R)2;

и получим для мощности выражение:

P = GMm/(r+R)2 * sqr(rF/m) * sqr(RF/M)
/ c.

P = G2M3/2m3/2/(r+R)4
* sqr(rR)/c.

Рассмотрим два частных случая: когда массы объектов равны, и когда
масса одного значительно больше второго:

1. m=M; r=R,

P=G2M3/(2R)4*R/c=G2M3/(16R3c).

2. Масса планеты m значительно меньше массы звезды M, следовательно,
её радиус обращения r значительно больше радиуса обращения звезды R,
и приближенно равен расстоянию между планетой и звездой, R = r(m/M);
r~R+r.

P = G2M3/2m3/2/(r+R)4
* sqr(rR)/c = G2M3/2m3/2/r4
* sqr(r2m/M)/c = G2Mm2/r3/c.

Итак, каждая планета Солнечной системы потребляет мощность:

P_Laplas =
G2Mm2/(r3c).

Подойдем теперь к этому вопросу с другой стороны.

Пространство Вселенной расширяется повсеместно по закону
n = Hr. При этом должна возрастать потенциальная
энергия системы каждой пары взаимодействующих тел на величину:

dE = GMm/r — GMm/(r+dr).

В этом случае спутник должен «улетать по спирали». Поскольку этого
не наблюдается, будем считать, что воронка пространства времени мобильна,
втягивается в массивный объект, а воображаемый след на воронке как раз
и будет этой спиралью. Разделив dE на dt получим мощность, потребляемую
объектом массы m.

P_Hubble =
dE/dt = GMmdr/r2/dt = GMmdr/r2/dt = GMmn/r2
= GMmHr/r2 = GMmH/r.

Подставив в последнее выражение значение для мощности, мы получим
значение постоянной Хаббла:

P_Hubble =
P_Laplas,

GMmH/r = G2Mm2/(r3c).

H = Gm/(r2c).

Зная постоянную Хаббла и массу планеты, попытаемся найти радиус,
где данная планета находится в состоянии устойчивого равновесия.

r = sqr(Gm/(Hc))

Ниже приведена Таблица наблюдаемых расстояний до Солнца, и отношений
вычисленных к наблюдаемым. Данные по расстояниям и массам планет взяты
из сайта:
.
Другая полезная информация о планетах и их спутниках размещена на сайтах:

Сквозь метановый иней

Когда «Вояджер» добрался до Урана, одной из его главных задач стало исследование атмосферы планеты. Космический аппарат уточнил размеры Урана — диаметр планеты (по уровню облачного слоя) оказался равным 51 200 км, что примерно в 4 раза больше, чем у Земли. Верхнюю границу атмосферы, мощность которой достигает около 7 000 км, составляют облака.

Атмосфера содержит 84% молекулярного водорода, 14% гелия, 2% метана, а также незначительное количество ацетилена, цианида водорода и моноксида углерода. Внешняя часть атмосферы очень прозрачна. Зеленовато-голубой цвет газовой оболочки Урана является результатом того, что красные лучи поглощаются имеющимся в атмосфере метаном. Используя различные светофильтры, «Вояджер-2» сфотографировал пояса атмосферной дымки над южным полюсом планеты, который во время съемки был расположен в центре освещенного Солнцем полушария. Эта дымка образовалась при прохождении солнечных ультрафиолетовых лучей через атмосферу Урана. Кое-где в верхнем слое атмосферы видны белые облачные образования, состоящие скорее всего из метанового инея.

Казалось бы, из-за крайне неравномерного распределения солнечного тепла на Уране должна быть колоссальная разница температуры между освещенными и погруженными во мрак областями планеты. Можно было бы ожидать, что полюс, так надолго обращенный к Солнцу, станет существенно теплее того, который находится в потемках, но похоже, что ничего подобного не происходит. Измерения температуры верхних слоев атмосферы Урана были выполнены со станции «Вояджер-2» как раз в то время, когда зима и лето на полюсах достигли своего максимального развития. Оказалось, что температурные значения и на обоих полюсах, и на экваторе практически одинаковы! Это указывает на наличие какого-то механизма переноса тепла в атмосфере Урана от более нагретых районов к менее нагретым, и наоборот.

Не подтвердились и предположения о циркуляции атмосферы Урана. Все расчеты относительно динамики воздушной оболочки планеты исходили из того факта, что когда один из полюсов Урана обращен в сторону Солнца, он непрерывно освещен, независимо от вращения планеты вокруг оси. Следовательно, можно было ожидать, что в районе полюса, длительно обогреваемого Солнцем, теплый воздух будет подниматься и перемещаться к экватору, а затем далее, на неосвещенную сторону планеты, где начнет, остывая, тяжелеть и опускаться в глубь атмосферы в районе затененного полюса.

Однако если судить по снимкам «Вояджера», то в общей картине циркуляции атмосферы на Уране преобладает перенос в направлении вращения планеты — полосы облачности вытянуты здесь с запада на восток. Впрочем, определить это было довольно трудно, поскольку в атмосфере удалось заметить очень мало отдельных облачных образований, отличающихся по цвету от общей однородной облачной массы, окутывающей всю планету. Эти белые облачка состоят, вероятнее всего, из метана. Они расположены на высоте, где температура составляет 80°К (около –200°С).

Уран, как и три другие газовые планеты-гиганты –— Юпитер, Сатурн и Нептун, — расположен во внешней части Солнечной системы, чрезвычайно далеко от Солнца, поэтому даже на дневной стороне этой планеты температура очень низкая. У верхней границы атмосферы Урана над освещенным полушарием она почти одинаковая в различных районах — от полюса до экватора. Разброс составляет всего лишь 4° (от –208 до –212°С). Это обстоятельство стало еще одним из сюрпризов, который преподнес ученым «Вояджер-2» во время исследований Урана. Как и на других планетах-гигантах, в атмосфере Урана наблюдаются признаки сильных ветров, дующих параллельно экватору планеты. В основном это ветры, несущиеся с запада на восток с ураганными скоростями от 140 до 580 км/ч. А вот вдоль экватора ветры дуют в обратном направлении, но тоже очень сильные — 350 км/ч.

Особенности рельефа

Поверхность

Фотоснимков рельефа поверхности Урана нет. У него нет материков и кратеров. Поверхность Урана покрыта жидкостью и должна быть похожа на океаны Земли, так считают астрономы. Для того, чтобы добраться к твердому центру нужно пройти тысячи километров жидкой среды. Поэтому высадка космонавтов на эту планету невозможна.

На снимках, сделанных космическим аппаратом «Вояджер», поверхность этого гиганта кажется однородной. Облака Урана состоят из твердого льда и аммиака. Из-за очень низкой температуры поверхность кажется спокойной и тихой, что определил «Вояджер», пролетая мимо. Так как твердой поверхности в этом случае не имеется, ученые приняли за поверхность атмосферный слой с давлением 1 бару.

У атмосферы Урана имеется загадка: в удаленных участках атмосферы этой самой холодной планеты температура повышается до огромных значений.

Ученым непонятна причина этого явления. Жара, наблюдаемая в короне ледяной планеты, является ее удивительной особенностью.

Облачность небесного тела имеет многослойную структуру. Основные облака нижнего слоя состоят из сероводорода. Следующий слой облаков состоит из солей аммония. Еще выше располагаются облака состоящие из водяного льда. Конденсация паров ацетилена дает надоблачную дымку.

Всего полосок облаков 10. Это установлено с помощью телескопа «Хаббл». Этот мощный аппарат позволил обнаружить атмосферные вихри, которые кажутся небольшими пятнами темного цвета.

История открытия

Первое упоминание планеты — запись английского ученого Джона Флемстида. В течение 1690 года он несколько раз наблюдал это небесное тело, но зафиксировал его только как звезду 34 созвездия Тельца. Уже в 18-ом веке французский астроном ле Моньер вел наблюдения за планетой почти 20 лет, по — прежнему считая ее звездой.

Уильям Гершель вообще вначале счел Уран кометой. В 1781 году он проводил наблюдения за созвездием Тельца и заметил: там, где согласно всем астрономическим картам того времени обязана быть пустота, имеется небесное тело. Объект медленно двигался относительно соседних звезд и был вполне отчетливо виден.

Уран — первая планета, обнаруженная при помощи телескопа. Модель этого телескопа находится в музее города Бат в Великобритании.

Изучая открытое небесное тело с разными линзами, Гершель пришел к выводу, что это не звезда, так как при приближении ее размер менялся. Но он не обнаружил ни хвоста, ни головы, что свойственно кометам. Но если кометы оставались в объективе телескопа четкими, то новый объект становился расплывчатым. При этом ученый смог уточнить орбиту движения, эллипсоидную и очень вытянутую.

В это же время астроном из России А. И. Лексель определил расстояние от Земли до объекта. Оно превысило в 18 раз расстояние от Солнца до Земли. Ни одной кометы на таком расстоянии в то время известно не было. Немецкий ученый Боде рекомендовал считать объект скорее планетой. Что и подтвердил окончательно в 1783 году сам Гершель. Это открытие принесло ему пожизненную стипендию в 200 тысяч фунтов и приглашение переехать в Виндзорский дворец. Король Англии желал лично разглядывать звезды в телескопы ученого.

Встал вопрос о названии новой планеты. Гершель, пользуясь правом первооткрывателя, предложил назвать ее планетой Георга, в честь английского короля, в эпоху правления которого и была обнаружена планета. Его коллеги-астрономы предлагали другие названия: Кибела, Гершель. Потом вспомнили, что новая планета вращается за Сатурном. По греческой мифологии отцом бога Сатурна являлся Уран, бог неба. Это название прижилось, хотя в Англии еще почти 70 лет планету называли Георгом. Окончательно название Уран официально принято в 1860 году Всемирным астрономическим обществом.

Уран — единственная планета нашей системы, чье название имеет корни в греческой, а не в римской мифологии.

Спутники и кольца

Внутренние спутники Урана. Credit: astroson.com

Вокруг планеты вращаются 27 спутников, названных в честь персонажей произведений А. Поупа и У. Шекспира.

Все они разделены на 3 условные группы:

• 13 внутренних, отличающихся темной поверхностью и незначительными размерами;
• 5 крупных (Ариэль, Миранда, Оберон, Титания, Умбриэль);
• 9 нерегулярных, имеющих сильно вытянутые и наклоненные орбиты, обращающиеся на большом расстоянии от Урана.

Самое внешнее из них синего оттенка, следующее — красноватое, остальные — серые. Существует гипотеза, что это осколки одной из бывших естественных лун планеты. После произошедшего совсем недавно, с астрономической точки зрения, столкновения с Ураном она не покинула свою бывшую орбиту, превратившись в образования круглой формы из частиц пыли и мусора.

Внутреннее тепло планеты

Несмотря на ледяную поверхность планеты, внутри нее находится относительно небольшое ядро, разогретое до температуры +7000ºС. Вокруг него располагается жидкая оболочка — густой металлический океан. Его глубина — 10 тыс. км, а температура в нем достигает +2000ºС.

По этим показателям Уран намного отстает от других планет-гигантов нашей системы, а его тепловой поток по неизвестной причине слабый. Даже Нептун, находящийся дальше от Солнца, излучает в космос больше тепловой энергии, чем Уран.

У астрономов есть 2 версии, объясняющие этот факт:

• в момент своего рождения Протоуран столкнулся с неизвестным космическим телом, что вызвало большой наклон уранианской оси вращения и, как результат, рассеивание тепла, имевшегося у планеты изначально;
• в верхних слоях Урана присутствует прослойка неизвестного состава, препятствующая продвижению тепла от ядра к поверхности.

Совершает обороты практически на боку

Уран – единственная планета, экватор которой находится почти под прямым углом к ее орбите с наклоном 97,77 градуса, возможно, в результате столкновения с объектом размером с Землю давным-давно. Этот уникальный наклон вызывает самые экстремальные времена года в Солнечной системе.

В течение почти четверти каждого уранского года Солнце сияет прямо над каждым полюсом, погружая вторую половину планеты в темную зиму продолжительностью 21 год.

Уран также является одной из двух планет, которые вращаются в противоположном направлении, чем большинство планет (другая – Венера), с востока на запад.

Подробности исследования небесного тела

Космические исследования Урана были проведены один раз с помощью аппарата «Вояджер-2». Запущен он был в 1977 году и его первоначальной целью были Юпитер и Сатурн. В конце семидесятых и начале восьмидесятых годов все планеты-гиганты распределились довольно близко друг к другу.

Это сделало возможным продлить миссию аппарата до Урана и Нептуна. Причем в управлении полетами были проведены гравитационные маневры, во время которых энергия от планет перешла к космическому аппарату. Такие действия позволили значительно сократить общее время и сэкономить топливо. «Вояджер-2», вместо расчетных 30 лет в пути, долетел до Урана в 1986 году.

Сложность ученым доставила работа с аппаратурой, которая не была рассчитана на такое удаление от пульта управления. Поэтому по ходу миссии пришлось по новой программировать бортовые компьютеры. Была введена установка на сжатие видео для быстрейшей передачи в управление, а все антенны были объединены для усиления приема.

Во время пересечения орбиты планеты телекамеры постоянно вели съемку ее поверхности и спутников. Так как Уран слабо освещался Солнцем, приходилось вести съемку с длительной экспозицией. В результате пролета аппарата удалось снять только южное полушарие, так как только оно было освещено. Исследования планеты будут продолжаться, и ближайшие запланированы на начало двадцатых годов нынешнего столетия.

Вариант 3

Солнечная система появилась много миллиардов лет тому назад. Почему это называется системой? А все потому, что она состоит из множества звезд, которые на самом деле являются планетами, а также из небольших объектов, таких как кометы, астероиды. Они носят название — небесные светила. А в эпицентре звездной системы находится огромная одиночная звезда по имени Солнце. Она расположена ближе всего к нам. Все в космическом пространстве движется и планеты тоже, только вращаются они вокруг Солнца. А их путь считают орбитой.

Так как планет насчитывается восемь, естественно каждая из них носит свое название. Чтобы ученые астрономы легче разбирались в поверхностях космических тел, каждую планету изучают в зависимости от группы. Существуют и выделяют как маленькие, так и огромные планеты. Малые данные объекты близко расположены к огромному раскаленному шару. Их — четыре.

• Венера
• Земля
• Меркурий
• Марс.

Остальные большого размера небесные инстанции.

Во вселенной много светил с планетной звездной системой, которые источают тепло и свет. А есть, которые состоят из газа. Космос сплошь кишит разными другими объектами.

В галактическом пространстве невооруженным взглядом можно увидеть млечный путь. Это разводы на небе, которые внешне похожи на молоко. А также в ясную погоду проглядывается несколько видов созвездий. Глядя на небо можно пофантазировать и помечтать, а если повезет увидеть даже падающую звезду или целый звездопад и обязательно загадать желание.

Жаль, что только на Земле есть жизнь, возможно и на других планетах когда-нибудь тоже появится что-то живое. А пока что, только на Земле есть все для существования. В космическом пространстве не только одна единственная звездная система, все время продолжают образовываться миллионы разных межпланетных пространств и своих планетных систем.

Много еще загадок таит в себе космос. Не до конца изучены еще много небесных тел. И много целей стоит перед астрономами, чтобы показать человеку межпланетное галактическое пространство во всей его красе. Ведь в солнечной системе огромнейшее количество астероидов, комет, спутников.

Очень интересна сама по себе полярная звезда. Она ярко светит на небе и всегда находится на одном и том же месте, не меняя своего месторасположения. Поэтому по ней можно найти дорогу домой, в случае если человек заблудился. А найти эту звезду очень просто. Стоит лишь взглянуть на ковш созвездия Малой Медведицы и сразу в глаза бросится эта небесная точка.

Межпланетные галактики всегда будут манить людей своими тайнами. Изучение астрономии актуально во все времена и детям и взрослым.