Uranus, som har fått sitt namn från den grekiska himlens gud, är en gasjätte och den sjunde planeten från vår sol. Det är också den tredje största planeten i vårt solsystem, rankad efter Jupiter och Saturnus. Liksom sina andra gasjättar har den många månar, ett ringsystem och består främst av gaser som tros omge en fast 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 den upptäcktes flera gånger under de senaste tvåtusen åren, var det inte förrän på 1700-talet som den blev erkänd för vad den var. Sedan dess har den fulla omfattningen av planetens månar, ringsystem och mystiska natur blivit känd.
Upptäckt och namngivning:
Precis som de fem klassiska planeterna – Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus – kan Uranus ses utan hjälp av ett teleskop. Men på grund av dess dunkel och långsamma omloppsbana trodde forntida astronomer att det var en stjärna. Den tidigaste kända observationen utfördes av Hipparchos, som registrerade den som en stjärna i sin stjärnkatalog 128 fvt – observationer som senare inkluderades i Ptolemaios Almagest .
Den tidigaste definitiva iakttagelsen av Uranus ägde rum 1690 när den engelske astronomen John Flamsteed – den första Astronomer Royal – såg den minst sex gånger och katalogiserade den som en stjärna (34 Tauri). Den franske astronomen Pierre Lemonnier observerade det också minst tolv gånger mellan åren 1750 och 1769.
En kopia av teleskopet som William Herschel använde för att observera Uranus. Kredit: Wikipedia Commons
Men det var Sir William Herschels observation av Uranus den 13 mars 1781 som började processen att identifiera den som en planet. Vid den tiden rapporterade han det som en kometobservation, men ägnade sig sedan åt en serie observationer med hjälp av ett teleskop av hans egen design för att mäta dess position i förhållande till stjärnorna. När han rapporterade om det till 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' i själva verket var en planet. Dessa inkluderade den ryske astronomen Anders Johan Lexell, som var den första att beräkna dess nästan cirkulära bana, vilket fick honom att dra slutsatsen att det trots allt var en planet. Berlins astronom Johann Elert Bode, en medlem av 'United Astronomical Society', instämde i detta efter att ha gjort liknande observationer av dess omloppsbana.
Snart blev Uranus status som planet en vetenskaplig konsensus, och 1783 erkände Herschel själv detta för Royal Society. Som ett erkännande av sin upptäckt gav kung George III av England Herschel ett årligt stipendium på 200 pund under förutsättning att han flyttade till Windsor så att kungafamiljen kunde titta genom hans teleskop.
För att hedra sin nya beskyddare bestämde sig William Herschel för att namnge sin upptäcktry george star('Georges stjärna' eller 'Georges Planet'). Utanför Storbritannien var detta namn inte populärt, och snart föreslogs alternativ. Dessa inkluderade den franske astronomen Jerome Lalande som föreslog att den skulle kallasHershelför att hedra dess upptäckt, och den svenske astronomen Erik Prosperin föreslår namnet Neptunus.
Bilder av Uranus fångade av rymdteleskopet Hubble. Bildkredit: NASA/ESA/Hubble
Johann Elert Bode föreslog namnet Uranus, den latiniserade versionen av den grekiska himlens gud, Ouranos. Detta namn verkade lämpligt, med tanke på att Saturnus fick sitt namn efter Jupiters mytomspunna fader, så denna nya planet borde döpas efter Saturnus mytomspunna fader. Till slut blev Bodes förslag det mest använda och blev universellt 1850.
Uranus storlek, massa och omloppsbana:
Med en medelradie på cirka 25 360 km, en volym på 6,833×1013km3och en massa på 8,68 × 1025kg, Uranus är ungefär 4 gånger så stor som jorden och 63 gånger dess volym. Men som en gasjätte är dess densitet (1,27 g/cm3) är betydligt lägre; därför är den bara 14,5 så massiv som jorden. Dess låga densitet betyder också att även om den är den tredje största av gasjättarna, är den den minst massiva (faller efter Neptunus 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 för Uranus ungefär 84 år (eller 30 687 dagar) att fullborda en enda bana om solen.
Rotationsperioden för Uranus inre är 17 timmar, 14 minuter. Som med alla gigantiska planeter upplever dess övre atmosfär starka vindar i rotationsriktningen. På vissa breddgrader, till exempel cirka 60 grader söderut, rör sig synliga delar av atmosfären mycket snabbare, vilket gör en full rotation på så lite som 14 timmar.
Diameterjämförelse av Uranus och jorden. Ungefärlig skala är 90 km/px. Kredit: NASA
En unik egenskap hos Uranus är att den roterar på sin sida. Medan alla solsystemets planeter lutar på sina axlar till viss del, har Uranus den mest extrema axiella lutningen på 98°. Detta leder till de radikala årstider 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 jordår på dagen följt av 42 år av natten.
Uranus sammansättning:
Standardmodellen av 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. Ungefär som Jupiter och Saturnus står väte och helium för majoriteten av atmosfären – cirka 83 % och 15 % – men bara en liten del av planetens totala massa (0,5 till 1,5 jordmassor).
Det tredje vanligaste grundämnet 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 i Uranus, som tros produceras från metan och ultraviolent strålningsinducerad fotolys. De inkluderar etan (C2H6), acetylen (C2H2metylacetylen (CH3C2H) och diacetylen (C2HC2H).
Dessutom har spektroskopi avslöjat kolmonoxid och koldioxid i Uranus övre atmosfär, såväl som närvaron isiga moln av vattenånga och andra flyktiga ämnen såsom ammoniak och vätesulfid. På grund av detta, Uranus och Neptunus anses vara en distinkt klass av jätteplaneter – kända som 'isjättar' – eftersom de huvudsakligen består av tyngre flyktiga ämnen.
Ismanteln består i själva verket inte av is i konventionell mening, utan av en het och tät vätska bestående av vatten, ammoniak och andra flyktiga ämnen.Denna vätska, som har en hög elektrisk ledningsförmåga, kallas ibland ett vatten-ammoniakhav.
Diagram över Uranus inre. Kredit: Public Domain
De kärnan av 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 består av sin bulk, med cirka 13,4 jordmassor, och den övre atmosfären är relativt obetydlig, väger cirka 0,5 jordmassor och sträcker sig över de sista 20 % av Uranus radie.
Uranus kärndensitet uppskattas till 9 g/cm3, med ett tryck i mitten av 8 miljoner bar (800 GPa) och en temperatur på cirka 5 000 K (vilket är jämförbart med solens yta).
Uranus atmosfär:
Som med jorden är Uranus atmosfär uppdelad i lager, beroende på temperatur och tryck. Liksom de andra gasjättarna har planeten inte en fast yta, och forskare definierar ytan som den region där atmosfärstrycket överstiger en bar (trycket som finns på jorden vid havsnivån). Allt som är tillgängligt för fjärravkänningsförmåga – som sträcker sig ner till ungefär 300 km under 1 bar-nivån – anses också vara atmosfären.
Med hjälp av dessa referenspunkter kan Uranus atmosfär delas in i tre lager. Den första är troposfären, mellan höjder på -300 km under ytan och 50 km över den, där trycken varierar 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 10-10bar (10 kPa till 10 µPa).
Temperaturprofilen för den uranska troposfären och den nedre stratosfären. Moln- och dislager är också indikerade. Kredit: Wikipedia/Ruslik0
Troposfären är det tätaste lagret 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, där den övre regionen är kallaste i solsystemet . Tropopausregionen är ansvarig för den stora majoriteten av Uranus termiska infraröda utsläpp, vilket bestämmer dess effektiva temperatur på 59,1 ± 0,3 K.
Inom troposfären finns lager av moln – vattenmoln vid de lägsta trycken, med ammoniumhydrosulfidmoln ovanför dem. Ammoniak- och svavelvätemoln kommer därefter. Till sist låg tunna metanmoln på toppen.
I stratosfären varierar temperaturerna från 53 K (-220 °C/-364 °F) på den övre nivån till mellan 800 och 850 K (527 – 577 °C/980 – 1070 °F) vid basen av termosfären, till stor del tack vare uppvärmning 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 upp 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 forskarna 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.
Precis som Jupiter och Saturnus 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 upptäcktes av rymdteleskopet Hubble 2012. I likhet med Jupiters stora röda fläck, är denna ' Mörk fläck ” var en gigantisk molnvirvel som mätte 1 700 kilometer gånger 3 000 kilometer (1 100 miles gånger 1 900 miles).
Uranus månar:
Uranus har 27 kända satelliter, som är indelade i kategorierna större månar, inre månar och oregelbundna månar (liknande andra gasjättar). Uranus största månar är, i storleksordning, Miranda , Ariel , Umbriel , Oberon och Titania . Dessa månar varierar i diameter och massa från 472 km och 6,7 × 1019kg för Miranda till 1578 km och 3,5 × 10tjugoettkg för Titania. Var och en av dessa månar är särskilt mörka, med låg bindning och geometriska albedos. Ariel är den ljusaste medan Umbriel är den mörkaste.
Ett montage av Uranus månar. Bildkredit: NASA
Alla Uranus stora månar tros ha bildats i ansamlingsskivan, som funnits runt Uranus en tid efter dess bildande, eller berodde på den stora påverkan som Uranus drabbades av tidigt i dess historia. Var och en består av ungefär lika stora mängder sten och is, förutom Miranda som huvudsakligen är gjord av is.
Iskomponenten kan innehålla ammoniak och koldioxid, medan det steniga materialet tros bestå av kolhaltigt material , inklusive organiska föreningar (liknar asteroider och kometer). Deras kompositioner tros vara differentierade, med en isig mantel som omger en stenig kärna.
När det gäller Titania och Oberon tror man att hav med flytande vatten kan finnas vid gränsen mellan kärna och mantel. Deras ytor är också kraftigt kratrerade; men i varje fall har endogen återuppbyggnad lett till en viss förnyelse av deras egenskaper. Ariel verkar ha den yngsta ytan med minst nedslagskratrar medan Umbriel verkar vara den äldsta och mest kratrar.
Uranus stora månar har ingen urskiljbar atmosfär. På grund av sin omloppsbana runt Uranus upplever de också extrema säsongscykler. Eftersom Uranus kretsar runt solen nästan på sin sida, och de stora månarna alla kretsar runt Uranus ekvatorialplan, upplever de norra och södra halvkloten långa perioder av dagtid och nattetid (42 år åt gången).
Från och med 2008 är Uranus känt för att ha 13 inre månar vars banor ligger inuti Mirandas. De är, i ordning efter avstånd från planeten: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Cupid, Belinda, Perdita, Puck och Mab. I enlighet med namngivningen av Uranus större månar är alla uppkallade efter karaktärer från Shakespeares pjäser.
Uranus och dess månsystem. Kredit: NASA/JPL
Alla inre månar är intimt förbundna med Uranus ringsystem, vilket troligen berodde på fragmenteringen av en eller flera små inre månar. Puck, på 162 km, är den största av Uranus inre månar – och den enda avbildad av Reser 2 i vilken detalj som helst – medan Puck och Mab är Uranus två yttersta inre satelliter.
Alla inre månar är mörka föremål. De är gjorda av vattenis som är förorenad med ett mörkt material, vilket förmodligen är organiskt material som bearbetas av Uranus strålning. Systemet är också kaotiskt och till synes instabilt. Datorsimuleringar uppskattar att kollisioner kan inträffa, särskilt mellan Desdemona och Cressida eller Juliet inom de närmaste 100 miljonerna åren.
Från och med 2005 är Uranus också känt för att ha nio oregelbundna månar, som kretsar runt den på ett avstånd som är mycket större än Oberon. Alla de oregelbundna månarna är förmodligen fångade föremål som fångades av Uranus strax efter dess bildande. De är, i ordning efter avstånd från Uranus: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos och Ferdinand (återigen namngivna efter karaktärer i Shakespeare-pjäser).
Uranus oregelbundna månar varierar i storlek från cirka 150 km (Sycorax) till 18 km (Trinculo). Med undantag för Margaret, kretsar alla Uranus i retrograda banor (vilket betyder att de kretsar runt planeten i motsatt riktning av dess spinn).
Uranus ringsystem:
Precis som Saturnus och Jupiter har Uranus ett ringsystem. Dessa ringar är dock sammansatta av extremt mörka partiklar som varierar i storlek från mikrometer till en bråkdel av en meter - därför är de inte alls lika urskiljbara som Saturnus. Tretton distinkta ringar är för närvarande kända, den ljusaste är epsilon-ringen. Och med undantag för två väldigt smala, brukar dessa ringar vara några kilometer breda.
Uranus betraktat i det infraröda spektrumet, avslöjar intern uppvärmning och dess ringsystem. Kredit: Lawrence Sromovsky (Univ. Wisconsin-Madison)/Keck Observatory
Ringarna är förmodligen ganska unga och tros inte ha bildats med Uranus. Materien i ringarna kan en gång ha varit en del av en måne (eller månar) som krossades av stötar i hög hastighet. Från många skräpbitar som bildades som ett resultat av dessa nedslag överlevde endast ett fåtal partiklar, i stabila zoner som motsvarar placeringen av 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) urskiljde de fem ringar som fanns i ett system runt planeten, och observerade fyra till senare.
Ringarna avbildades direkt närReser 2passerade Uranus 1986, och sonden kunde upptäcka ytterligare två svaga ringar – vilket fick antalet observerade ringar till 11. I december 2005 Rymdteleskopet Hubble upptäckte ett par tidigare okända ringar, vilket ger det totala antalet till 13. Den största ligger dubbelt så långt från Uranus som de tidigare kända ringarna, därav varför de kallas det 'yttre' ringsystemet.
I april 2006, bilder på de nya ringarna från Keck Observatory gav de yttre ringarnas färger: den yttersta är blå och den andra röd. Däremot verkar Uranus inre ringar gråa. En hypotes om den yttre ringens blå färg är att den är sammansatt 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 någon rymdfarkost: NASAReser 2rymdsond, som flög förbi planeten 1986. Den 24 januari 1986,Reser 2passerade inom 81 500 km från planetens yta, vilket skickade tillbaka de enda närbilderna som någonsin tagits av Uranus.Reser 2fortsatte sedan att göra ett nära möte med Neptunus 1989.
Dessa två bilder av Uranus – en i sann färg (vänster) och den andra i falsk färg – kompilerades från bilder som returnerades den 17 januari 1986 av Voyager 2:s smalvinkelkamera. Kredit: NASA/JPL
Möjligheten att skicka Cassini rymdfarkoster från Saturnus till Uranus utvärderades under en planeringsfas för förlängning av uppdraget 2009. Detta kom dock aldrig att förverkligas, eftersom det skulle ha tagit cirka tjugo år förCassiniför att komma till Uran-systemet efter att ha lämnat Saturnus.
När det gäller framtida uppdrag har flera förslag lagts fram. Till exempel rekommenderades en Uranus orbiter och sond av 2013–2022 Planetary Science Decadal Survey publicerades 2011. Detta förslag förutsåg en lansering mellan 2020–2023 och en 13-årig kryssning till Uranus. En New Frontiers Uranus Orbiter har utvärderats och rekommenderades i studien, Fallet för en Uranus Orbiter . Detta uppdrag anses dock ha lägre prioritet än framtida uppdrag till Mars och det jovianska systemet.
Forskare från Mullard Space Science Laboratory i Storbritannien har föreslagit ett gemensamt NASA-ESA-uppdrag till Uranus känd som Uranus Pathfinder . Detta uppdrag skulle innebära att ett medelklassuppdrag ska lanseras senast 2022, och kostnaden uppskattas till 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 en kärnkraftsdriven orbiter som bär en uppsättning instrument, inklusive en bildkamera, spektrometrar och en magnetometer. Uppdraget skulle starta i april 2021 och anlända till Uranus 17 år senare.
Uranus, avbildad av rymdteleskopet Hubble. Bildkredit: NASA/Hubble
2009 utvecklade ett team av planetforskare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory möjliga konstruktioner för en soldriven Uranus orbiter . Det mest gynnsamma uppskjutningsfönstret för en sådan sond skulle vara i augusti 2018, med ankomst till Uranus i september 2030. Vetenskapspaketet kan innehålla magnetometrar, partikeldetektorer och, möjligen, en bildkamera.
Det räcker med att säga att Uranus är ett hårt mål när det kommer till utforskning, och dess avstånd har gjort processen att observera den och känna igen den för vad den var problematisk tidigare. Och i framtiden, med det mesta av vårt uppdrag fokuserat på att utforska Mars, Europa och jordnära asteroider, verkar utsikterna för ett uppdrag till denna region av solsystemet inte särskilt troligt.
Men budgetmiljöer förändras, liksom vetenskapliga prioriteringar. Och med intresse för att Kuiperbältet exploderar tack vare upptäckten av många trans-neptuniska objekt under de senaste åren, är det fullt möjligt att forskare kommer att kräva att ett uppdrag till det yttre solsystemet ska utföras. Om och när en sådan inträffar, kan det vara möjligt att få sonden att svänga av Uranus på väg ut och samla information och bilder för att hjälpa oss att förbättra vår förståelse av denna 'isjätte'.
Vi har många intressanta artiklar om Uranus här på Universe Today. Vi hoppas att du hittar det du letar efter i listan nedan:
- Uranus atmosfär
- Uranus färg
- Vad är Uranus gjord av?
- Hur lång är en dag på Uranus?
- Uranus täthet
- Uranus diameter
- Upptäckten av Uranus
- Hur långt är Uranus från jorden?
- Hur ska man uttala Uranus?
- Tyngdkraften på Uranus
- Uranus storlek
- Uranus lutning
- Uranus namn
- Uranus mässa
- Uranus bilder
- Hur långt är året på Uranus?
- Uranus bana
- Vädret på Uranus
- Uranus radie
- Uranus yta
- Symbol för Uranus
- Uranus kärna
- 10 intressanta fakta om Uranus
- Uranus temperatur
- Livet på Uranus
- Uranus ringar
- Årstider på Uranus
- Vatten på Uranus
- Uranus månar
- Hur många månar har Uranus?
- Uranus och Neptunus
- Hur många ringar har Uranus?
- Hur lång tid tar det för Uranus att kretsa runt solen?
- Uranus Avstånd från solen
- Vem upptäckte Uranus?
- När upptäcktes Uranus?
- Uranus faktablad
- Uranus månar
- Oberon
- Titania
- Umbriel
- Vem upptäckte Uranus och när?