Уран: лежа на боку, слегка вниз головой

Фото Урана, сделанное «Вояджером-2» во время «отбытия» к Нептуну. nasa.gov Самая скучная планета Солнечной системы?

Такую нелестную характеристику получила седьмая планета от Солнца – Уран – после того как в 1986 году мимо него пролетел аппарат «Вояджер-2», не сумевший разглядеть выразительный характер гиганта сквозь умиротворенную атмосферу. Сегодня же науке известно, что Уран – не скучная планета, а яркий и эксцентричный мир, который заслуживает внимания и более частых визитов автоматических земных «посланников».

Уран по популярности уступает другим планетам Солнечной системы – но причины этого не в том, что он «скучный», а в том, что мы, зачастую, не так много о нем знаем. А зря: ведь планета эта во многом примечательна.

Уильям Гершель, prokocmoc.ru

Для начала, Уран стал

первой планетой

, обнаруженной с помощью телескопа. В 1781 году его открыл астроном Уильям Гершель, который, впрочем, первоначально думал, что неторопливо плывущий по небу тусклый объект и не планета вовсе, а комета или звезда. Лишь спустя два года после первой «встречи» с земным ученым Уран был признан планетой, чем отчасти обязан наблюдениям астронома Иоганна Боде. Получив заслуженный планетарный статус, гигант смог претендовать и на довольно громкое имя. Уильям Гершель надеялся назвать его в честь короля Англии Георга III – Георгиум Сидус («Планета Георга»), однако такая идея оказалась непопулярна.

Среди вариантов имен были и Гиперкроний («над Сатурном»), и Минерва (римская богиня мудрости), и Гершель (в честь первооткрывателя объекта). Как известно, научное сообщество приняло решение назвать небесное тело Ураном, в честь древнегреческого бога неба. Так Уран стал единственной планетой, названной в честь греческого бога, а не римского.

Уран – один из двух ледяных гигантов Солнечной системы (второй – Нептун). Своего коллегу он превосходит в диаметре, но при этом уступает ему по массе. Не менее 80 % массы Урана представляет собой жидкую смесь воды, метана и аммиачного льда. Стандартная модель строения Урана предполагает наличие у него трех слоев: каменного ядра, ледяной мантии и внешней газообразной оболочки. Интересно, что ледяная мантия гиганта состоит не из льда в обычном смысле, а из горячей и плотной жидкости, в состав которой входят вода, аммиак и другие летучие вещества. Эту жидкость, обладающую высокой электропроводностью, иногда называют водно-аммиачным океаном. Ледяной гигант «окрашен» в сине-зеленый цвет из-за метана в его преимущественно водородно-гелиевой атмосфере: солнечный свет проходит через атмосферу и отражается верхними слоями облаков, а газообразный метан поглощает красную часть спектра, отражая вовне только более короткие световые волны синей и зеленой частей спектра.

Снимок «Вояджера-2» – Уран в натуральных цветах (1986). nasa.gov

Модель телескопа, с помощью которого Гершель открыл Уран. Находится в музее Уильяма Гершеля, в городе Бат (Англия) Фото: Mike Young, wikipedia.org

Очень странные космические дела

Если титул самой странной планеты Солнечной системы давно принадлежит Венере, то наш космический герой определенно претендует на вторую позицию, хотя издали его странности не так и просто разглядеть: седьмая планета Солнечной системы расположилась на почтительном расстоянии от нашего светила – в среднем в 2,9 млрд км.

Это очень холодный мир, терзаемый ветрами. Он обладает самой низкотемпературной атмосферой из всех крупных планет Солнечной системы, хотя и не расположен дальше всех от Солнца. Низкие температуры в данном случае обусловлены тем, что Уран практически не производит внутреннее тепло. Средняя температура наблюдаемой части атмосферы планеты составляет –195 градусов по Цельсию.

Рекорд по самой низкой температуре на «настоящей» планете Солнечной системы (карликовые могут быть и холоднее) также принадлежит именно ему и составляет –224,2 градуса по Цельсию. Вдобавок скорость атмосферных потоков на Уране может достигать 900 км в час. На экваторе Урана ветры дуют в направлении, обратном вращению планеты, но ближе к полюсам они смещаются и двигаются вместе с вращением гиганта.

Магнитное поле Урана по данным Вояджера-2 (1986 год). Иллюстрация: Ruslik0, wikipedia.org

В отличие от других планет Солнечной системы, Уран настолько сильно наклонен, что вращается вокруг Солнца, «вальяжно» лежа на боку, а ось его вращения практически направлена на звезду. Уран – единственная планета, экватор которой расположен почти под прямым углом к ​​ее орбите с наклоном 97,77 градуса. Поскольку это даже больше 90 градусов, при которых планета как бы «лежит на боку» относительно других планет Солнечной системы, то иногда про это тело говорят: «Он лежит на боку, чуть свесив голову вниз».

Возможно, что путешествовать по орбите в такой неудобной позе Урану приходится после столкновения с другим небесным телом или даже с несколькими небольшими объектами, которое могло произойти еще в «детские» годы планеты. Кроме того, как и Венера, Уран вращается в противоположном остальным планетам направлении, с востока на запад. Очевидно, этот ледяной гигант всеми силами старается показать Вселенной, что он не такой, как все.

То, что «Вояджер» увидел Уран мирным, спокойным и скучным, нисколько нельзя ставить в вину самой планете, атмосфера которой совсем не лишена динамики. Незваный гость с Земли просто неправильно выбрал сезон для визита. Аппарат впервые запечатлел Уран в разгар лета на юге и зарегистрировал лишь несколько видимых облаков. Лишь спустя десятилетия космический телескоп «Хаббл» зарегистрировал на Уране отчетливые облака и штормы, разбушевавшиеся после смены сезона.

Уже в 2014 году астрономы впервые увидели и летние бури на Уране, которые начались через семь лет после максимального сближения Урана с Солнцем. Вероятно, летом они начинаются потому, что атмосфера ледяного гиганта нагревается, и «энергетический бюджет» его ветров растет: ведь он прямо пропорционален разнице температур в разных частях планеты. А чтобы та возникла, нужно, чтобы хоть где-то на Уране было теплее обычного.

Именно уникальный наклон Урана приводит к экстремальной смене местных сезонов. Почти четверть каждого года на Уране (всю свою орбиту планета проходит за 84 земных года) Солнце светит прямо над одним из полюсов, погружая другую половину планеты в темную ледяную зиму, которая длится 21 год. Когда солнечный свет достигает некоторых районов впервые за многие годы, он нагревает атмосферу, вызывая масштабные весенние (и, одновременно, утренние) бури. Мало где еще понятие «утро» – синоним весны, а «вечер» – осени, не правда ли?

Еще одно проявление необычной погоды на Уране, пожалуй, самое эксцентричное, – это алмазные дожди. Считается, что в глубине атмосферы планеты углерод и водород, полученные в результате распада метана, сжимаются под действием высоких температур и давления, образуя алмазы, которые затем опускаются вниз, оседая вокруг ядра.

Первый атмосферный вихрь, замеченный на Уране. Снимок получен «Хабблом». Фото: NASA, ESA, L. Sromovsky, hubblesite.org

Алмазными дождями, необычным наклоном и вращением не в ту сторону «причуды» Урана, разумеется, не ограничиваются. Даже магнитосфера гиганта имеет неправильную форму. Обычно магнитные полюса планет примерно совпадают с их полюсами географическими. Но вот магнитное поле Урана перевернуто: ось его магнитных полюсов наклонена почти на 60 градусов от оси вращения планеты и смещена от центра планеты на одну треть ее радиуса. Как следствие, полярные сияния на Уране не совпадают с полюсами, в отличие от их аналогичных атмосферных явлений на Земле, Юпитере и Сатурне. Опять-таки: где еще полярное сияние регулярно случается на экваторе?

Схема колец Урана. Иллюстрация: Ruslik0, wikipedia.org

Единственная часть биографии Урана, лишенная «изюминки», – это, пожалуй, история его формирования. В ней, кажется, нет ничего примечательного. Вероятно, он сформировался около 4,5 млрд лет назад, как и остальные планеты нашего космического «региона», и около 4 млрд лет назад из-за гравитационного взаимодействия с малыми телами мигрировал во внешнюю часть Солнечной системы из более близкой к Солнцу области.

Уран и его команда

В космическом полете Уран сопровождает «свита» из 27 спутников, названных в честь персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа, английского поэта, жившего на век позже Шекспира. Все внутренние «компаньоны» Урана примерно наполовину состоят из водяного льда и наполовину из камня, а состав внешних спутников на сегодняшний день не известен.

Вероятно, в прошлом они были «свободными» астероидами, которые оказались «коварно» захвачены гравитационным влиянием Урана. У ледяного гиганта множество спутников среднего размера, но нет ни одного по-настоящему крупного. Самые большие луны Урана – Миранда, Ариэль, Умбриэль, Оберон и Титания.

Обнаружить многочисленные «миниатюрные» спутники гиганта астрономам было непросто. Их диаметры составляют от 12 до 16 км, поверхности имеют очень низкую отражательную способность (чернее асфальта), и расположены они на расстоянии нескольких миллиардов километров от нас. Между спутниками Урана Корделией, Офелией и Мирандой также обнаружен «рой» из восьми маленьких спутников, «живущих» в такой тесноте, что астрономы до сих пор не понимают, как этим телам удалось избежать столкновения друг с другом.

Отметим: обнаружить их было непросто настолько, что в 1980-х советский физик Николай Горькавый предсказал целый ряд спутников Урана теоретически, расчетно – и лишь затем их подтвердили снимки американского «Вояджера-2». В норме в Солнечной системе все наоборот: спутники планет открывают в телескопы, а совсем не «на кончике пера». И тут седьмая планета оказалась с характером: уж слишком далеки ее луны от земных телескопов.

Есть у Урана и кольца, причем сразу два набора – внутренний и внешний, выполненные в разных цветовых гаммах. На сегодняшний день известно о 13 «украшениях» Урана. Внутренняя система, более скромная, состоит в основном из узких темно-серых колец.

Самые модные «приобретения» ледяного гиганта – внешние кольца. Одно из них – красноватое, а другое – синее. Кольца, вероятно, не образовались одновременно с Ураном. Они могут быть остатками карликовых планет, подобных Плутону, которые оказались слишком близко к гиганту и были разорваны огромными гравитационными полями.

Ариэль (спутник). nasa.gov

Что могут рассказать ледяные гиганты

За всю историю исследований Урана его посетил всего один космический аппарат. Хотя сейчас к планете не спешат и даже не собираются лететь новые автоматические межпланетные станции, астрономы постоянно исследуют планету с помощью телескопов «Хаббла», обсерваторий Кека и Джемини и надеются на новые миссии к этому небесному телу.

Однако как пункт назначения для межпланетных миссий Уран – труднодостижимая цель в силу его удаленности от нас, а также из-за того, что он просто кажется не таким важным и интересным, как популярные сегодня Венера, Марс, Европа и потенциально несущие угрозу нашей планете околоземные астероиды. Поэтому перспектива миссии в этот регион Солнечной системы кажется маловероятной.

И все же исследования Урана и ледяных гигантов весьма важны. Они могут рассказать нам много интересного о Солнечной системе. Например, как сформировались планеты-соседи Земли, как они оказались на своих орбитах. Кроме того, исследования Урана и Нептуна могут помочь в изучении атмосферных процессов далеких экзопланет, особенно в случае холодных атмосфер и экстремальных погодных явлений.

Ну а «компаньоны» Урана интересны с точки зрения исследований спутников с подповерхностными океанами. Если подледные океаны найдены на Европе, Ганимеде и Энцеладе, возможно, водные резервуары могут быть спрятаны и под поверхностью Титании, кружащей вокруг Урана. Этот спутник диаметром более полутора тысяч километров имеет немало водного льда. В комбинации с аммиаком, действующим как антифриз, он может обеспечить Титании настоящий подледный океан. И если это так, то в копилке астробиологов может появиться еще один потенциально пригодный для жизни объект.

Если приоритеты космических агентств изменятся и Уран все же получит должное внимание, долгая и дорогая дорога к ледяному гиганту сможет принести весьма интересные для науки плоды.