Атмосфера Урана: состав. Какая атмосфера у Урана?
Снимки, полученные со спутника «Вояджер-2» еще в далекие 90-е годы, показали нам поразительные результаты. Загадочная зеленоватая атмосфера Урана – это все, из чего состоит данная планета, за исключением крошечного каменно-металлического ядра. Дело в том, что наши предки, которым принадлежат открытия внешних планет Солнечной системы, были уверены в том, что все они, как и Земля, имеют поверхность, воздушную оболочку и подземные слои. Как оказалось, газовые гиганты лишены всего этого, так как являются представителями двухслойной модели планет.
История открытия и общие данные о планете
По удаленности от Солнца Уран является седьмой планетой. Его открыл Уильям Гершель в конце 18-го столетия, впервые использовав для астрономических наблюдений телескоп. До этого длительное время ученые полагали, что Уран является лишь удаленной очень яркой звездой. Сам Гершель, делая записи об этом небесном теле, изначально сравнивал его с кометой, позже пришел к выводу, что это, возможно, еще одна планета СС. Конечно же, после подтверждения всех наблюдений открытие стало сенсацией. Однако в то время никто еще не знал, какая атмосфера у Урана на самом деле и какое у него строение. Ныне нам известно, что его орбита – одна из самых больших в системе. Вокруг Солнца планета оборачивается за 84 земных года. При этом ее период обращения вокруг своей оси составляет чуть более 17 часов. Из-за этого атмосфера Урана, которая и так состоит из тяжелых газов, становится невероятно плотной и оказывает колоссальное давление на ядро.
История образования атмосферы
Считается, что на внешний вид и физические данные Урана влияет именно его ядро, а также процесс его образования. По сравнению с параметрами самой планеты (25 559 км – экваториальный радиус), ядро просто миниатюрное. Следовательно, оно не является источником энергии или магнитного поля, как в случае с Юпитером, а также недостаточно сильно нагревает все газы, из которых состоит атмосфера Урана. Состав ее, в свою очередь, нельзя сравнить с составом Юпитера или Сатурна, хотя все эти планеты входят в одну категорию. Дело в том, что Уран окружают ледяные газы, лед в самых высоких своих модификациях, облака метана и прочих тяжелых элементов. Такие легкие газы, как водород и гелий, присутствуют в атмосфере лишь в малом количестве. Есть две версии такого парадокса. В соответствии с первой размер и гравитационные силы ядра в момент формирования СС были слишком малыми, чтобы притянуть легкие газы. Вторая заключается в том, что в месте, где образовался Уран, были лишь тяжелые химические компоненты, которые и стали основой планеты.
Наличие атмосферы, ее состав
Уран был впервые детально изучен лишь после путешествия «Вояджера-2», который сделал снимки с большим разрешением. Они позволили ученым установить точную структуру самой планеты, а также ее атмосферы. Так сказать, воздушную оболочку Урана делят на три части:
- Тропосфера лежит глубже всего. Давление тут находится в пределах от 100 до 0,1 бар, а высота этого слоя не превышает 500 км от условного уровня мантии.
- Стратосфера – слой атмосферы, находящий в середине. Занимает высоты от 50 до 4000 км.
- Экзосфера. Внешняя атмосфера Урана, где давление стремится к нулю, а температура воздуха максимально низкая.
Во всех этих слоях содержатся в различных пропорциях следующие газы: гелий, водород, метан, аммиак. Также имеется вода в виде различных модификаций льда и пара. Однако атмосфера Урана, состав которой сравним с воздушной оболочкой Юпитера, отличается невероятной холодностью. Если в самом большом газовом гиганте воздушные массы нагреты до максимума, то тут они остужены до 50 кельвинов, потому и имеют большую массу.
Тропосфера
Самый глубокий слой атмосферы ныне рассчитан лишь теоретически, так как добраться до него техника землян пока что не позволяет. Каменное ядро планеты окружают облака, состоящие из кристаллов льда. Они тяжелые и оказывают огромное давление на центр планеты. За ними следуют облака из гидросульфида аммония, потом - воздушные образования из сероводорода и аммиака. Самый крайний участок тропосферы занимают метановые облака, которые подкрашивают планету в тот самый зеленый цвет. Температура воздуха в тропосфере считается самой высокой на планете. Она колеблется в пределах 200 К. Из-за этого некоторые исследователи полагают, что мантию планеты образует большой ледяной слой. Но это лишь гипотеза.
Стратосфера
Наличие атмосферы Урана обеспечивают соединения тяжелых и легких газов, а их синтез окрашивает планету в зеленоватый оттенок. Все эти процессы происходят в средней воздушной прослойке, где встречаются молекулы аммиака и метана с гелием и водородом. Кристаллы льда тут принимают совсем иные модификации, нежели в тропосфере, они, благодаря аммиаку, поглощают любой свет, поступаемый из космоса. Скорость ветров в стратосфере достигает 100 м/с, благодаря чему все облака быстро меняют свое положение в пространстве. В стратосфере случаются полярные сияния, нередко образуются туманы. Но таких осадков, как снег или дождь, не наблюдается.
Экзосфера
Изначально о том, какая атмосфера у Урана, судили именно по ее внешней оболочке. Это тонкая полоса кристаллизованной воды, которая окутывается сильными потоками ветров и является средоточием самой низкой температуры в Солнечной системе. Она состоит из легких газов (молекулярный водород и гелий), метан же, который в большом количестве находится в более плотных слоях, здесь отсутствует. Скорость ветра в экзосфере достигает 200 м/с, температура воздуха опускается до 49 К. Потому-то планета Уран, атмосфера которой столь ледяная, стала самой холодной в нашей системе, даже по сравнению со своим более дальним соседом – Нептуном.
Загадка магнитного поля Урана
Всем прекрасно известно, что зеленоватый Уран крутится вокруг своей оси, лежа на боку. Ученые полагают, что в момент образования СС планета столкнулась с астероидом или иным космическим телом, которое изменило ее положение, исказив при этом магнитное поле. От оси, которая определяет север и юг планеты относительно экватора, магнитная ось смещена на 59 градусов. Это создает, во-первых, неравномерное распределение гравитации, во-вторых – неравную напряженность в северном и южном полушариях. Тем не менее, скорее всего, именно это загадочное положение обеспечивает наличие атмосферы Урана и ее уникальный состав. Вокруг ядра удерживаются только тяжелые газы, в средних слоях – кристаллизованная вода. Возможно, если бы температура воздуха тут была повыше, Уран стал бы огромным океаном, состоящим из обычной воды, которая является источником жизни.
Уран поглощает все и вся вокруг
Как мы уже говорили выше, атмосфера Урана наполнена огромным количеством метана. Этот газ достаточно тяжелый, потому он способен поглощать инфракрасные лучи. То есть весь свет, который исходит от Солнца, от других звезд и планет, касаясь атмосферы Урана, превращается в зеленоватый оттенок. Недавно ученые заметили, что планета также заглатывает посторонние газы, которые находятся в открытом космосе, что парадоксально с ее слабым магнитным полем. В составе средних слоев атмосферы были обнаружены углекислый и угарный газы. Считается, что они притянулись к планете от пролетающих мимо комет.
Ледяные царства нашей системы
Две самые крайние планеты СС – это Уран и Нептун. Обе характерны синеватыми оттенками, обе образованны из газов. Атмосфера Урана и Нептуна – это практически одно и то же, за исключением пропорций. Сила гравитации и масса ядер обоих планет практически одинакова. Нижние слои атмосферы Нептуна, как и Урана, образованы из кристаллизованной воды, перемешанной с метаном и сероводородом. Тут, возле ядра, ледяные гиганты нагреваются до 200 и более Кельвинов, тем самым формируя свое магнитное поле. Атмосфера Урана и Нептуна имеет одинаковое количество молекулярного водорода в своем составе – более 80 процентов. Внешний воздушный слой Нептуна также характерен сильными ветрами, но температура воздуха тут немного выше – 60 К.
Заключение
Наличие атмосферы Урана в принципе обеспечивает существование этой планеты. Воздушная оболочка является главной составляющей частью Урана. Она сильно разогревается возле ядра, но при этом максимально остывает в крайних слоях. Пока что планета является безжизненной по причине отсутствия кислорода, а также воды в жидком виде. Но по прогнозам исследователей, если температура ядра начнет повышаться, кристаллы льда превратятся в огромный океан, в котором смогут зародиться новые формы жизни.