Атмосфера урана состав

Состав атмосферы Урана

Атмосфера Урана, хоть и похожа по химическому составу на окружение других газовых гигантов, имеет особенности. Они касаются структуры атмосферы и процессов, происходящих в каждой из ее частей. Особенным атмосферное окружение Урана делает наличие большого количество льда и нескольких слоев облаков, имеющих разный химический состав.

Уран — планета, седьмая по удалённости от Солнца. Credit: ICRAR

Историческая справка о появлении атмосферы

Физические свойства атмосферы, обусловливающие внешний вид небесного тела, зависят от свойств и особенностей ядра планеты, история формирования которого играет важную роль.

В процессе формирования небесного тела ядро Урана не смогло собрать и удержать вокруг себя большое количество гелия и водорода. Это связано с тем, что к тому моменту, когда центральная часть планеты стала достаточно массивной, этих элементов в Солнечной системе осталось мало.

Этим специалисты объясняют большое количество метана, воды и ацетилена на условной поверхности планеты (под ней принято подразумевать уровень с атмосферным давлением 1 бар) и в нижних слоях ее атмосферного окружения.

Структура атмосферы планеты

Особенностью строения атмосферы планеты Уран специалисты считают разделение ее на слои. Верхний (наружный) состоит главным образом из газа метана. Благодаря его свойству поглощать некоторые световые волны человеческому глазу планета Уран видна в сине-зеленом цвете. Световые волны, соответствующие оттенкам красного, это вещество поглощает.

По химическому составу окружения Уран почти не отличается от других планет Солнечной системы, называемых газовыми гигантами. Однако структура его атмосферы имеет особенность: она содержит существенно больше льда.

Такой вывод ученые сделали исходя из замеров температуры на поверхности и в нижних слоях атмосферы планеты. Приборы показали -224°С. Это самая холодная атмосфера в Солнечной системе.

Атмосфера Урана состоит в основном из водорода и гелия. Credit: ICRAR

Условно атмосферу этой планеты делят на следующие части:

  • тропосфера, простирающаяся от -300 до 50 км (где 0 — уровень, давление на котором составляет 1 бар; условная поверхность планеты, соответствующая понятию “уровень моря” на Земле);
  • стратосфера, достигающая 4000 км;
  • термосфера, называемая также “атмосферной короной”, максимальная высота которой 50000 км; в этом слое давление стремится к нулю;
  • граничащая с термосферой часть стратосферы и атмосферная корона образуют ионосферу; ее плотность зависит от активности солнца и превышает аналогичный параметр у других газовых гигантов.

Общая толщина атмосферного окружения Урана — не менее 8000 км.

Химический состав

Метан в верхней части атмосферы Урана представлен в виде ледяных кристаллов и паров, скрывающих бури, происходящие в более низких слоях. Имеются также сведения о наличии в верхних слоях уранианского окружения аммиака.

Этан, который был обнаружен в верхних слоях атмосферы в следовых количествах, по предположениям специалистов, является следствием фотолиза метана в результате воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации. Он вместе с другими, более сложными углеводородами образует надоблачную дымку.

Водяные пары, угарный и углекислый газы, обнаруженные при спектроскопии, попадают в атмосферу Урана извне, например с пролетающих мимо небесных тел (комет).

Большую часть внутреннего слоя атмосферы планеты составляет водород (83 процента). 15% составляет гелий, оставшиеся 2% поделены между небольшими количествами ацетилена и метана. В глубине атмосферы также содержится большое количество этого газа, аммиака и воды.

Такой газовый состав был подтвержден данными аппарата Вояджер 2, сумевшего в 1986 г. передать на Землю результаты спектрографии. До этого события водород и метан считались единственными составными частями атмосферного окружения ледяного гиганта.

Состав атмосферы Урана. Credit: ICRAR

Уранианские облака

Уранианские облака располагаются в тропосфере — наиболее динамичной части атмосферы планеты — и делятся на 4 слоя, каждый из которых имеет разный состав:

  • самый нижний слой располагается на уровне, соответствующем давлению 1,2 бара и состоит из метана;
  • облака из аммиака и сероводорода в слое тропосферы, соответствующем давлению 3-10 бар;
  • облачный слой, образованный гидросульфидом аммония, образуется при давлении 20-40 бар;
  • на уровне, соответствующем давлению 40-50 бар, располагаются водяные облака, состоящие из кристаллов льда; имеются предположения, что подобные структуры могут присутствовать и в более высоких слоях при уровне атмосферного давления от 50 до 100 бар.

Облака располагаются полосами (поясами) и перемещаются с высокой скоростью. Наблюдение за ними затруднено из-за метановой дымки, окутывающей планету. Прямому наблюдению исследователей космоса доступны только две наиболее высоко расположенные группы уранианских облаков.

При помощи их изучения делаются выводы о характеристиках сезонных явлений на планете, скорости ветров, достигающей 250 м/с. Слои на глубине больше 300 км до сих пор остаются недоступными для детального исследования.

Атмосфера Урана

Атмосфера Урана по аналогии с оной у Сатурна, Юпитера включает в себя преимущественно такие вещества, как гелий, водород. В недрах космического объекта содержится внушительный объем воды, метана, аммиака, как и у Нептуна (это и есть отличительные черты данных планет Солнечной системы). Обратная ситуация складывается в верхних атмосферных слоях. В них присутствует очень малое количество веществ, обладающих массой больше чем у гелия и водорода.

Атмосфера Урана среди атмосфер прочих планет, относящихся к Солнечной системе, является самой холодной. Ее минимальный температурный режим составляет 49 градусов по Кельвину. Современные ученые разделяют ее на три основных части (слоя):

  • тропосфера – пребывает в диапазоне высот от -300 до +50 км (нулевое значение имеет условная граница, в рамках которой давление равно 1 бар) и в промежутке отметок давления от 100 до 0,1 бар;
  • стратосфера покрывает участок между высотами от 50 до 4000 км и давлениями от 0,1 до 10 в минус десятой степени бар;
  • экзосфера начинается на высоте в 4000 км и длится огромное количество километров (до нескольких радиусов планеты), при этом давление подходит к нулю.

Атмосфера Урана в сравнении с Землей мезосферой не наделена. Далее будут изучены исторические факты, связанные с космическим объектом – его открытием и изучением.

Изображение в естественных цветах (слева) и на более коротких волнах (справа), позволяющие различить облачные полосы и атмосферный «капюшон» (снимок «Вояджера-2»)

История открытия планеты

Это 7-я планета от Солнца. Первооткрывателем этого сферического тела является Уильям Гершель. Произошло сие событие по завершении 18-го столетия. Ученый для своих открытий использовал телескоп (впервые), что и помогло ему прийти к определенным выводам. До того времени ученые думали, что Уран – звезда. В своих научных заметках Гершель не раз сравнивал Уран с кометой, однако позже пришел к другому итогу, заявив, что Уран – планета, относящаяся к Солнечной системе.

После того как все гипотезы были подтверждены и обнародованы, открытие стало масштабным событием. Однако в то непростое время атмосфера Урана не была изучена настолько подробно, как сейчас. Сегодня есть данные о том, что орбита планеты является наибольшей во всей Солнечной системе. Период оборота вокруг нашего небесного светила равен 84 года на Земле. А вокруг собственной оси шар делает полный оборот всего за 17 часов. Это наделяет атмосферный слой, состоящий из крайне тяжелых газов, высокой плотностью.

Среди прогрессивных научных специалистов бытует мнение, что внешний вид планеты и его физические свойства зависят от особенностей ядра. Немаловажную роль играет и история его формирования. В сравнении с характеристиками самой планеты ядро является чрезмерно малым по объему и массе. Поэтому оно не может служить в качестве источника магнитного поля или энергетического ресурса.

Атмосфера Урана по своему качественному составу не подлежит сравнению с оными у Юпитера, Сатурна, даже, невзирая на то, что все эти космические тела относятся к одной и той же категории. Связано это с тем, что изучаемый шар целиком и полностью окружен ледяными газами, метановыми облаками и другими тяжелыми веществами. А легкие газы, например, гелий и водород, хоть и присутствуют в атмосферных слоях, но в незначительной концентрации. Поэтому за основу атмосферы следует принимать тяжелые химические компоненты.

Первый атмосферный вихрь, замеченный на Уране. Снимок получен «Хабблом»

Облака

Атмосфера Урана наделена целыми четырьмя облачными слоями:

  • метановые облака (встречаются на границе давления 1,2 бар);
  • сероводородные облака и аммиачные (находятся на рубеже давлений 3-10 бар и в условиях температуры 100К);
  • гидросульфидно-аммониевые облака (простираются в слоях давления 20-40 бар);
  • водяные (кристаллические) находятся в слое с давлением 50 бар.
    Всего два облачных слоя находятся в доступе взгляда наблюдателя. Присутствие остальных слоев – лишь теория, не имеющая под собой практического обоснования.

Итоги наблюдения за планетой

Атмосфера Урана располагается над поверхностью планеты. Под ней понимают часть газовой оболочки, которая имеет наибольшую удаленность от ядра и является доступной для наблюдения посредством оптических телескопов. Для исследовательских мероприятий, проводимых на расстоянии (дистанционно), доступными считаются слои глубиной до 300 км, где преобладает давление 100 бар, а температурный показатель равен 320К.

Историческая картина, связанная с наблюдениями за планетой, полна тайн и разочарований. Было выяснено одно: планета представляет собой слабое космическое тело с видимым угловым диаметром, не превышающим отметку в 4 единицы. Впервые атмосфера Урана подверглась наблюдениям соответственно в 1869 и 1871 годах. Имя первого открывателя – А. Секки, а второй ученый – У. Хаггинс. Именно ими были обнаружены темные полосы непонятного происхождения.

Но найти какие-либо линии спектра, имеющие соответствие свету солнца, специалисты так и не сумели. В 1889 г. их представлениям были присвоены некоторые опровержения. С тех самых пор природа этих полосок оставалась не изученной. Изменения произошли лишь в 40-х годах прошлого столетия.

Состав Урана

Вплоть до 1986 г. считалось, что метан и водород – единственные вещества, присутствующие в атмосферном слое планетарного объекта. Однако с 1967 г. было проведено немало детальных наблюдений, позволивших получить общие представления о приблизительном тепловом балансе, которым наделен состав атмосферы Урана. Было обнаружено, что тепловые источники, присутствующие изнутри, почти не оказывают воздействия на температурный режим атмосферы, а нагревание происходит исключительно за счет солнечного излучения.

В 1986 г. планета была посещена аппаратом под названием «Вояджер-2». Устройство пролетало на максимально близкой дистанции от космического объекта, и им впервые в истории были получены картинки, на которых изображен спектр атмосферы вблизи. Проведенные аналитические работы подтвердили следующее:

  • состав атмосферы Урана – преимущественно водород (на 72%);
  • также в нем присутствует гелий – 26%;
  • на метан приходится лишь 2%.

Тем временем освещенная часть объекта вследствие проведения экспериментов проявила себя вполне спокойно, т. е. никаких крупных образований обнаружено не было. Т. к. на другой стороне тела царила «полярная ночь», определить ее состояние было невозможно. Исследования повторились и в 1990-м, 2000-м году. В качестве корабля использовалось устройство «Хаббл», а также несколько наземных телескопов с адаптивными оптическими приспособлениями. Это привело к возможности изучения учеными скорости ветра на планете, а также дало шансы на измерение атмосферной динамики.

Вывод-заключение

Существование планеты доказано в силу присутствия на ней атмосферного слоя. Базовая составляющая – оболочка из воздуха. У ядра наблюдается ее существенное нагревание, в то время как в крайних слоях происходит быстрое остывание. В настоящее время планету принято считать безжизненной в связи с отсутствием на ней основных веществ – воды и кислорода. Но ученые не бросают надежду на то, что однажды льды превратятся в океаническую массу, в которой непременно зародятся новые формы жизни, и появится почва для новых исследований.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *