Описание планеты уран и интересные факты о ней

Ядерное топливо

При воздействии медленных нейтронов деление атома урана происходит в относительно редком изотопе 235U. Это единственный природный расщепляющийся материал, и он должен быть отделен от изотопа 238U. Вместе с тем после поглощения и отрицательного бета-распада уран-238 превращается в синтетический элемент плутоний, который расщепляется под действием медленных нейтронов. Поэтому природный уран можно использовать в реакторах-преобразователях и размножителях, в которых деление поддерживается редким 235U и одновременно с трансмутацией 238U производится плутоний. Из широко распространенного в природе изотопа тория-232 может быть синтезирован делящийся 233U для использования в качестве ядерного топлива. Уран также важен как первичный материал, из которого получают синтетические трансурановые элементы.

Атмосфера и строение

Выводы о строении планеты и об ее атмосфере делались учеными на основании спектрографических наблюдений и фотографий с зондов. Точно известно, что в недрах Урана нет металлического водорода. Они состоят из горных пород и льда метана, аммиака. Основа атмосферы — гелий и водород. Планету окутывает несколько слоев облаков состоящих из различных газов, молекулярного водорода и льда.

На Уране самая холодная, из всех планет Солнечной системы, атмосфера (-224°С). В этом «заслуга» удаленности от Солнца и почти полном отсутствии внутреннего тепла. При этом это самая беспокойная атмосфера во всей Солнечной системе.

Поверхность планеты трехслойная: скалистое ядро, мантия изо льда и газообразная оболочка из гелия и водорода. Почти 3% составляет метан, придающий планете голубую окраску. В верхних слоях обнаружены окись и двуокись водорода.

Это только гипотетическая модель. Существует как минимум еще три, одна из которых вообще не признает твердых пород на Уране. До сих пор ученые не смогли дать однозначной картины строения седьмой планеты. Многое зависит от точного процентного состава, геофизики и геологии планеты. Такие исследования планируются только в 20-х или 30-х годах нашего века. Ожидается, что будут впервые получены химические пробы прямиком из всех слоев атмосферы.

Кольца планеты Уран

Кольца планеты Уран состоят из темных частичек, чей размер от микрометра до доли метра, поэтому их не так легко разглядеть. Сейчас удается выделить 13 колец, среди которых наиболее яркое – эпсилон. Если не считать двух узких, то тянутся в ширину на несколько км.

Это цветное изображение колец Урана было сделано Вояджером 21 января 1986 года, на расстоянии 4.17 млн. км (2.59 млн миль). На этой фотографии видны все 9 его колец

Кольца молодые и сформировались уже после самой планеты. Есть мнение, что выступают частью разрушенной луны (или нескольких). Одно из первых наблюдений за кольцами выполнили Джеймс Эллиот, Джессика Минк и Эдвард Данхем в 1977 году. В период затмения звезды HD 128598 они отыскали 5 формирований.

Кольца появились и на снимках Вояджера-2 в 1986 году. А новые обнаружил уже телескоп Хаббл в 2005 году. Крупнейшее вдвое шире планеты. В 2006 году обсерватория Кека показала кольца в цвете: внешнее – синее, а внутреннее – красное. Остальные кажутся серыми.

Кольца и спутники

Всего их 13. Первые 9 были рассмотрены ещё в телескопы. 2 были обнаружены в ходе работы космического аппарата „Вояджер-2”. Телескоп Хаббл нашёл ещё 2 самых удалённых кольца от планеты. Всего на орбите планеты вращается 27 спутников, из которых наиболее большими являются: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Названия были даны им по произведениям У. Шекспира и А. Поупа. Все спутники по своему строению и составу напоминают то небесное тело, вокруг которого вращаются. Уран – эта планета, хранящая много тайн для учёных. Её далёкое положение делает затруднительным проведение каких-либо исследований, поэтому это небесное тело всё ещё остаётся загадкой для человечества.

Это интересно: 1179,Доклад про планету Юпитер — изучаем внимательно

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.

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.

Изучение Солнечной системы

Долгое время человечество было убеждено, что все звёзды и планеты вращаются вокруг Земли. Система мира с неподвижной Землёй в центре была разработана греческим учёным Птолемеем во 2 веке до нашей эры и просуществовала более полутора тысяч лет. 

В 1453 году польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля, как и другие планеты (на тот момент их было известно шесть), вращаются вокруг Солнца. Однако вплоть до XVII века церковь считала это учение ересью и боролась с его последователями. 

Одним из них был итальянский монах Джордано Бруно. В 1584 году он опубликовал исследование, в котором утверждал, что Вселенная бесконечна, а Солнце подобно остальным звёздам, просто находится гораздо ближе к Земле. Бруно был схвачен инквизицией и приговорён к сожжению на костре как еретик. 

Другим последователем Коперника стал итальянский учёный Галилео Галилей. Он создал первый телескоп, который позволил увидеть кратеры Луны, пятна на Солнце, открыть четыре спутника Юпитера и установить, что планеты вращаются вокруг своей оси. Чтобы не повторить судьбу Бруно, Галилей был вынужден отречься от своих идей.

В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер открыл законы движения планет — ему удалось установить связь между скоростью вращения планеты и её расстоянием от Солнца. Его идеи воспринял знаменитый английский физик Исаак Ньютон, создатель теории всемирного тяготения. 

В XVIII—XIX веках открытия в области оптики позволили создать более мощные телескопы, которые позволили учёным узнать больше о солнечной системе. Были открыты планеты Уран и Нептун. 

В 1951 году Советский Союз вывел на орбиту Земли первый искусственный спутник. С этого момента началась Космическая эра — эпоха практического изучения солнечной системы. 

В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе, а в 1969 году космический корабль «Аполлон-11» доставил людей на Луну. 

В 1970-х годах Советский Союз и США запустили несколько десятков аппаратов для исследования Марса, Венеры и Меркурия, а запущенные в 1980-х аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили получить данные о дальних планетах — Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне и их спутниках. Большую роль в изучении солнечной системы сыграл вывод на орбиту Земли космического телескопа «Хаббл» в 1990 году. 

В нынешнем десятилетии космические агентства разных стран планируют пилотируемый полёт на Марс. Экспедиция на другую планету станет величайшим событием в истории освоения солнечной системы. И всё же пока человечество находится в самом начале пути изучения космоса.

Удивительные спутники планеты Уран

Как и другие газовые гиганты, Уран окружен целой системой спутников. Однако есть у спутников Урана любопытная особенность –  орбиты большинства из которых почти совпадают с плоскостью экватора планеты. Таким образом, спутники Урана движутся не в плоскости его орбиты (как это происходит со спутниками всех других планет), а почти перпендикулярно ей. Это уникальный случай в Солнечной системе.

Сейчас известно 26 спутников Урана, 5 наиболее крупных открыты уже давно, первые 2 из них обнаружил сам Гершель в 1787 году, спустя 6 лет после открытия Урана. Еще 2 спутника были «найдены» в 1851-м преуспевающим ливерпульским пивоваром Уильямом Ласселлом — выдающимся британским астрономом-любителем Викторианской эпохи.

Наконец, в 1948 году американский астроном Джерард Койпер нашел самый маленький из пяти главных спутников. Интересно, что первооткрыватели первых четырех спутников не дали им названий. Это сделал в XIX веке сын Вильяма Гершеля, Джон Гершель, который и сам являлся одним из виднейших астрономов мира.

Его предложение было принято, и названия спутников стали своего рода английским реваншем за отказ международного астрономического сообщества признать предложенное в свое время Вильямом Гершелем имя английского короля Георга в качестве названия новой планеты.

В нарушение астрономической традиции, требующей брать названия для планет и спутников из мифологических сюжетов разных народов, спутники получили имена персонажей из произведений английских литераторов — Шекспира и Попа. Самый яркий среди сателлитов Урана — Ариэль, отражающий 40% падающего на него света. Поэтому он получил имя доброго, светлого духа воздуха — персонажа, встречающегося и в пьесе Шекспира «Буря», и в поэме Попа «Похищение локона».

Соседний с ним спутник — Умбриэль, по размеру практически такой же, но поверхность его вдвое темнее — она отражает лишь 20% света. Он носит имя злого, темного духа из той же поэмы Попа.

Два наиболее крупных из спутников Урана — Титания и Оберон — также имеют довольно светлую поверхность, отражая около 25%. Эта пара получила имена королевы фей и ее супруга, короля добрых духов из пьесы Шекспира «Сон в летнюю ночь».

Еще 10 небольших сателлитов Урана обнаружены сравнительно недавно –– в 1985 и 1986 годах по телевизионным снимкам, сделанным во время подлета к планете станции «Вояджер-2». Новые спутники также получили имена героинь пьес Шекспира. Продолжение шекспировской темы произошло и при выборе названий для деталей на поверхностях больших спутников, впервые обнаруженных по снимкам с «Вояджера».

Ни у одного из спутников Урана атмосферы нет. Все они слишком малы, чтобы удержать вокруг себя газовую оболочку. 5 больших спутников состоят на 50% из водного льда, на 30% — из льдов метана и аммиака и на 20% — из обычных горных пород — силикатов (соединений кремния с другими химическими элементами).

Странная погода на Уране


На протяжении своей 84-летней орбиты северный полюс Урана обращен к Солнцу, а южный полюс находится в полной темноте. И затем ситуация полностью меняется для остальной части путешествия планеты вокруг Солнца. Вместо того, чтобы нагревать облака на экваторе, Солнце нагревает один полюс, а затем другой. Вы ожидаете, что полюс, обращенный к Солнцу, согреется, и воздушные потоки будут двигаться к другому полюсу.

Но происходит все немного иначе. Погода на Уране следует той же схеме, что и на Юпитере и Сатурне. Погодные системы разбиты на полосы, которые вращаются вокруг планеты. В то время как Уран имеет совершенно иной наклон, чем Юпитер и Сатурн, из-за него поднимается внутреннее тепло. Похоже, что это внутреннее тепло играет гораздо большую роль в создании системы погоды планеты, чем тепло от Солнца.

Уран – одна из планет-гигантов

Лишь с изобретением телескопа удалось разглядеть наших соседей по Солнечной системе поподробнее и обнаружить еще три планеты — Уран, Нептун и Плутон.

Планета Уран, какой её увидел в своей время «Вояджер-2»

И первым из них был открыт Уран – третья по величине планета Солнечной системы. Хотя Уран — очень крупная планета, он расположен так далеко от Земли, что практически недоступен для наблюдения невооруженным глазом. Хотя на самом деле Уран все же можно увидеть с Земли, в виде очень маленькой звездочки, но только точно зная место, где он находится в данный момент.

Для того чтобы получше разглядеть Уран, требуется по крайней мере бинокль, а лучше — телескоп с 60-кратным увеличением, тогда будет возможно увидеть не просто светлую точку, а маленький диск. Из-за такой сложности наблюдений Уран был открыт лишь два века назад, то есть совсем недавно по сравнению с более близкими к Земле планетами, хорошо видимыми невооруженным глазом и известными людям уже несколько тысячелетий.

Обнаружение этой планеты было огромным событием, которое можно сравнить с открытием Америки или с первыми полетами людей в космос. Как ни странно, но Уран был обнаружен случайно, в ходе систематического наблюдения звезд.

Уран — седьмая по удаленности от Солнца планета. Он входит в четверку планет-гигантов, находящихся во внешней части Солнечной системы. Уран движется вокруг Солнца по орбите, расположенной примерно посередине между орбитами соседних планет — Сатурна, находящегося ближе к Солнцу, и Нептуна.

Самая низкая температура в Солнечной системе


Ученые не совсем уверены, почему Уран достигает таких низких температур, несмотря на то, что он находится намного ближе к Солнцу, чем Нептун. Некоторые предполагают, что это может иметь какое-то отношение к странной ориентации планеты.

Трудно прийти к выводам, поскольку использование расстояния в качестве причины низких температур сводится на нет расстоянием между Нептуном и Ураном. Считается, что Уран имеет орбиту с наклоном, не похожим ни на одну другую планету. Наклон заставляет планету изливать много тепла в пространство, сохраняя при этом очень мало. Следовательно, становится холоднее, чем на других планетах.

Астрофизические параметры Млечного Пути

Для того чтобы представить, как выглядит Млечный Путь в масштабах космоса, достаточно взглянуть на саму Вселенную и сравнить отдельные ее части. Наша галактика входит в подгруппу, которая в свою очередь является частью Местной группы, более крупного образования. Здесь наш космический мегаполис соседствует с галактиками Андромеда и Треугольника. Окружение троице составляют более 40 мелких галактик. Местная группа уже входит в состав еще более крупного образования и является частью сверхскопления Девы. Некоторые утверждают, что это только приблизительные предположения о том, где находится наша галактика. Масштабы образований настолько огромны, что все это представить практически невозможно. Сегодня мы знаем расстояние до ближайших соседствующих галактик. Другие объекты глубокого космоса находятся за пределами видимости. Только теоретически и математически допускается их существование.

Что касается обозримого мира, то сегодня имеется достаточно информации о том, как выглядит наша галактика. Существующая модель, а вместе с ней и карта Млечного Пути, составлена на основании математических расчетов, данных полученных в результате астрофизических наблюдений. Каждое космическое тело или фрагмент галактики занимает свое место. Это, как и во Вселенной, только в меньшем масштабе. Интересны астрофизические параметры нашего космического мегаполиса, а они впечатляют.

https://youtube.com/watch?v=QUmLohLA0uM

Наша галактика спирального типа с перемычкой, которую на звездных картах обозначают индексом SBbc. Диаметр галактического диска Млечного Пути составляет порядка 50-90 тысяч световых лет или 30 тысяч парсек. Для сравнения радиус галактики Андромеды равен 110 тыс. световых лет в масштабах Вселенной. Можно только представить насколько больше Млечного Пути наша соседка. Размеры же ближайших к Млечному Пути карликовых галактик в десятки раз меньше параметров нашей галактики. Магеллановы облака имеют диаметр всего 7-10 тыс. световых лет. В этом огромном звездном круговороте насчитывается порядка 200-400 миллиардов звезд. Эти звезды собраны в скопления и туманности. Значительная ее часть – это рукава Млечного Пути, в одном из которых находится наша солнечная система.

Все остальное — это темная материя, облака космического газа и пузыри, которые заполняют межзвездное пространство. Чем ближе к центру галактики, тем больше звезд, тем теснее становится космическое пространство. Наше Солнце располагается в области космоса, состоящем из более мелких космических объектов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.

Масса Млечного Пути составляет 6х1042 кг, что в триллионы раз больше массы нашего Солнца. Практически все звезды, населяющие нашу звездную страну, расположены в плоскости одного диска, толщина которого составляет по разным оценкам 1000 световых лет. Узнать точную массу нашей галактики не представляется возможным, так как большая часть видимого спектра звезд, скрыта от нас рукавами Млечного Пути. К тому же неизвестна масса темной материи, которая занимает огромные межзвездные пространства.

Центр галактики имеет диаметр 1000 парсек и состоит из ядра с интересной последовательностью. Центр ядра имеет форму выпуклости, в которой сосредоточены крупнейшие звезды и скопление раскаленных газов. Именно эта область выделяет огромное количество энергии, которая по совокупности больше, чем излучают миллиарды звезд, входящие в состав галактики. Эта часть ядра самая активная и самая яркая часть галактики. По краям ядра имеется перемычка, которая является началом рукавов нашей галактики. Такой мостик возникает в результате колоссальной силы гравитации, вызванной стремительной скоростью вращения самой галактики.

Рассматривая центральную часть галактики, парадоксальным выглядит следующий факт. Ученые долгое время не могли понять, что находится в центре Млечного Пути. Оказывается, в самом центре звездной страны под названием Млечный Путь устроилась сверхмассивная черная дыра, диаметр которой составляет порядка 140 км. Именно туда и уходит большая часть энергии, выделяемой ядром галактики, именно в этой бездонной бездне растворяются и умирают звезды. Присутствие черной дыры в центре Млечного Пути свидетельствует о том, что все процессы образования во Вселенной, должны когда-то закончиться. Материя превратится в антиматерию и все повторится снова. Как будет себя вести это чудовище через миллионы и миллиарды лет, черная бездна молчит, что указывает на то, что процессы поглощения материи только набирают силу.

Voyager 2 мог пролететь через плазмоид Урана

Проанализировав собранные 34 года назад аппаратом Voyager 2 данные, астрономы из Центра космических полетов Годдарда NASA пришли к выводу, что он мог пролететь через единственный в своем роде «магнитный» пузырь, окружающий Уран, и получить уникальные сведения о его параметрах. Эти измерения можно использовать для последующего анализа других магнитных сред планет Солнечной системы. Результаты своей работы авторы представили в статье журнала Geophysical Research Letters.

Voyager 2 пролетел мимо Урана в конце января 1986 года. Собранные аппаратом данные позволили выявить у планеты 11 новых лун и зафиксировать температуру на ней, которая оказалась равна -214 °C. Казалось, что астрономы «выжали» все что можно из полученных аппаратом измерений.

Все планеты в той или иной степени теряют свою атмосферу. Ее молекулы улетучиваются в космос из-за различных факторов — из-за набора энергии согласно распределению Больцмана или благодаря солнечному ветру. Это характерно даже для таких гигантов, как Юпитер и Уран. Магнитное поле планет может помешать этому, притягивая отдаляющийся газ обратно. Но с другой стороны, оно может способствовать и бегству атмосферы, создавая гигантские магнитные «пузыри».

Сам по себе Уран — необычная планета. Он как бы лежит «на боку» и поэтому движется по своей орбите, как футбольный мяч, в отличие от Земли, движение которой больше похоже на волчок. Ось магнитной индукции Урана при этом наклонена на угол в 60 ° по отношению к его оси вращения. Из-за этой сложности ученым до сих пор плохо удается смоделировать поведение магнитного поля планеты при ее движении.

Авторы новой работы вели работу в рамках проекта по подготовке миссии на газовые гиганты, такие как Уран и Нептун. Они искали, что можно исследовать у этих объектов и какие данные были бы наиболее важны для науки. Чтобы лучше это понять, ученые решили обратиться к данным, полученным аппаратом Voyager 2, который ближе всех подлетал к Урану. Загрузив показания магнитометра в компьютерную программу, ученые не ожидали увидеть ничего сверхъестественного. Это уже делали во многих предыдущих исследованиях.

Но астрономы увеличили масштаб графика, чтобы каждая его точка шла через 1,92 секунды. Гладкие линии сменились зазубренными шипами и провалами. Изучая эти результаты глубже, авторы пришли к выводу, что полученные измерения связаны с прохождением аппарата через плазмоид — гигантский пузырь плазмы, вынесенной магнитным полем Урана и созданной из его атмосферы благодаря ионизации составляющих ее газов.

Сравнивая полученные данные с аналогичными объектами, обнаруженными вокруг Сатурна и Юпитера, авторы смогли вычислить примерный размер плазмоида рядом с Ураном: он оказался 204 тысячи километров в длину и 400 тысяч километров в поперечнике. Исследователи считают, что по большей части это скопление плазмы состояло из ионизированного водорода. По оценкам исследователей, такие плазменные пузыри могут обуславливать от 15 до 55% потерь атмосферы у Урана по массе.

Уран в мире

Самые большие запасы урана находятся в Австралии. Затем идут Казахстан, Россия, Канада, ЮАР, Нигер и Бразилия.

Что касается производства электроэнергии с помощью атомных электростанций, то Канада, Казахстан и Австралия занимают лидирующие позиции. Эти три страны вместе производят более чем половину ядерной энергии в мире.

Смотрите таблицу с данными по производству и запасам урана каждой из перечисленных стран.

Страна Запасы урана (тысяч тонн / в год) Производство обогащённого урана (тонн / в год)
Австралия 1 661 7 743
Казахстан 629 7 994
Россия 487 3 239
Канада 468 10 485
Нигер 421 3 355
Бразилия 276 238

Итоги

  1. Самым большим спутником Урана признан Титания.
  2. До того как планета получили своё название «Уран», её называли «Звезда Георга», но имя не прижилось.
  3. Лишь один космический аппарат посетил Уран – Вояджер 2.
  4. Уран вращается против часовой стрелки.
  5. Как минимум на двадцати картах о космосе, Уран был обозначен как звезда.
  6. Специалисты предполагают, что «лежачее» положение планета получила при столкновении с крупным космическим объектом.
  7. Диаметр планеты составляет примерно 50 000 км.
  8. Уран имеет прозвище самая «скучная» планета по внешнему виду.
  9. Миранда – самый маленький спутник Урана.
  10. Уран, как и Нептун, Сатурн и Юпитер входит в группу планет-гигантов.