Презентация "Уран" (7 класс) по астрономии – проект, доклад

Уран

Сьома за віддаленості від Сонця, третя по діаметру і четверта за масою планета Сонячної системи.

Підготував : Путінцев Володимир 7-А

План

1 Відкриття планети 1.1 Назва 2 Орбіта і обертання 2.1 Нахил осі обертання 2.2 Видимість 3 Фізичні характеристики 3.1 Внутрішня структура 3.2 Внутрішня температура 3.3 Атмосфера 3.3.1 Склад 3.4 Кільця Урана 3.5 Магнітосфера Урана

4 Клімат 4.1 Атмосферні освіти, хмари і вітер 5 Формування Урана 6 Супутники Урана 7 Дослідження Урану 7.1 Хронологія відкриттів 7.2 Дослідження автоматичними міжпланетними станціями 8 Уран в культурі

Відкриття планети

Уран став першою планетою, виявленої в Новий час і за допомогою телескопа. Була відкрита в 1781 англійським астрономом Вільямом Гершелем і названа на честь грецького бога неба Урана. Про відкриття Урана Вільям Гершель оголосив 13 березня 1781, тим самим вперше з часів античності розширивши кордони Сонячної системи в очах людини

Вільям Гершель ( 1738, Ганновер - 1822)

Походження назви

Німецький астроном Йоганн Боде першим з учених висунув пропозицію іменувати планету Ураном, на честь бога неба з грецького пантеону. Він мотивував це тим, що "так як Сатурн був батьком Юпітера, то нову планету слід назвати в честь батька Сатурна". Найбільш раннє офіційне іменування планети Ураном зустрічається в науковій роботі 1823, вже через рік після смерті Гершеля.

Йоган Боде (1747-1826(79 років))

Уран - єдина планета, назва якої походить не з римської, а з грецької міфології.

Орбіта і обертання

Середня віддаленість планети від Сонця становить 19,1914 а. е. (2,8 млрд км). Період повного звернення Урана навколо Сонця становить 84 земних року. Відстань між Ураном і Землею змінюється від 2,7 до 2,9 млрд км. Велика піввісь орбіти дорівнює 19,229 а.е., або близько 3 млрд км. Інтенсивність сонячного випромінювання на такій відстані складає 1 / 400 від значення на орбіті Землі .

Уран - його кільця і ​​супутники

а.е -Астрономічна одиниця

Період обертання Урану навколо своєї осі становить 17 годин 24 хвилини. Однак, як і на інших планетах-гігантах, у верхніх шарах атмосфери Урана дмуть дуже сильні вітри в напрямку обертання, що досягають швидкості 240 м / c. Таким чином, у районі 30 градусів південної широти деякі частини атмосфери роблять оберт навколо планети всього за 14 годин .

Нахил осі обертання

Площина екватора Урана нахилена до площини його орбіти під кутом 97,86 - тобто планета обертається, "лежачи на боку". Це дає повністю відмінний від інших планет Сонячної системи процес зміни пір року. Якщо інші планети можна порівняти з обертовими вовчками, то Уран більше схожий на котиться куля.

Як причину такого аномального обертання зазвичай називається зіткнення Урана з іншою планетезималлю на ранньому етапі його формування . У моменти сонцестоянь один з полюсів планети виявляється спрямованим на Сонце. Тільки вузька смужка близько екватора відчуває швидку зміну дня і ночі; при цьому Сонце в цей час розташоване дуже низько над горизонтом - як у земних полярних широтах. Через півроку ситуація змінюється на протилежну: "полярний день" наступає в іншій півкулі. Кожен полюс 42 земних роки перебуває в темряві - і ще 42 роки під світлом Сонця . У моменти рівнодення Сонце стоїть "перед" екватором Урана, що дає майже той же цикл день / ніч, що й на інших планетах

Планетозімалей (від англ. planet - Планета і infinitesimal - Нескінченно мала) - небесне тіло на орбіті навколо протозірки, що утворюється в результаті поступового збільшення більш дрібних тіл

Завдяки такому нахилу осі протягом року полярні області Урана отримують більше енергії від Сонця, ніж екваторіальні. Однак Уран "тепліший" в екваторіальних районах, ніж у полярних областях. Механізм процесу, що викликає такий перерозподіл енергії, поки залишається невідомим. Причина незвичайного положення осі обертання Урана також залишається поки що в області гіпотез, хоча зазвичай прийнято вважати, що під час формування Сонячної системи протопланета розміром приблизно з Землю врізалася в Уран і змінила його вісь обертання.

Видимість

Уран видно неозброєним оком в протистоянні на чистому небі в темний час доби, і його можна спостерігати навіть у міських умовах з біноклем . У великі аматорські телескопи з діаметром об'єктива від 15 до 23 см Уран видно як блідо-блакитний диск з явно вираженим потемнінням до краю. У більш великі телескопи з діаметром об'єктива більше 25 см можна розрізнити хмари і побачити великі супутники ( Титанія іОберон) .

Внутрішня структура

Уран важча за Землю в 14,5 разів, що робить його найменш масивною з планет-гігантів Сонячної системи. Щільність Урана, рівна 1,270 г / см , ставить його на друге місце після Сатурна за найменшою щільності серед планет Сонячної системи. Незважаючи на те, що радіус Урана трохи більше радіуса Нептуна, його маса дещо менша , що свідчить на користь гіпотези, згідно з якою він складається в основному з різних льодів - водного, аміачного і метанового .

Внутрішня будова

Стандартна модель Урана припускає, що Уран складається з трьох частин: у центрі - кам'яне ядро, в середині - крижана оболонка, зовні - воднево-гелієва атмосфера . Ядро є відносно маленьким, з масою приблизно від 0,55 до 3,7 земних мас і з радіусом в 20% від радіуса всієї планети. Мантія (льоди) складає велику частину планети (60% від загального радіуса, до 13,5 земних мас). Атмосфера при масі, що становить всього 0,5 земних мас (або, за іншими оцінками, 1,5 земної маси), простягається на 20% радіуса Урана . У центрі Урана щільність повинна підвищуватися до 9 г / см . Тиск на кордоні ядра і мантії має сягати 8 млн бар (800 ГПа) при температурі в 5000 До .

Внутрішній склад

Крижана оболонка фактично не є крижаною в загальноприйнятому розумінні цього слова, тому що складається з гарячої та щільної рідини, що є сумішшю води, аміаку та метану. Цю рідину, яка має високу електропровідність, іноді називають "океаном водного аміаку" . Склад Урана і Нептуна сильно відрізняється від складу Юпітера і Сатурна завдяки "кригами", переважаючим над газами, виправдовуючи приміщення Урана і Нептуна в категорію крижаних гігантів.

Внутрішня температура

Температура Урана значно нижча температури інших планет-гігантів Сонячної системи. Теплове випромінювання планети дуже низьке, і причина цього в даний час залишається невідомою. Нептун, схожий з Ураном розмірами і складом, випромінює в космос в 2,61 рази більше теплової енергії, ніж одержує від Сонця. Вимірювання в далекій інфрачервоній частині спектра показали, що Уран випромінює лише 1,06 0,08% енергії від тієї, що отримує від Сонця (тобто надмірна теплота вкрай мала, майже відсутня) . Найнижча температура, зареєстрована в тропопаузі* Урана, становить 49 К, що робить планету найхолоднішою з усіх планет Сонячної системи - навіть більш холодною, ніж Нептун .

Тропопауза (від греч. τροπος - Поворот, зміна і παυσις - Зупинка, припинення) - шар атмосфери, в якому припиняється зниження температури з висотою; перехідний шар від тропосфери до стратосфери.

Атмосфера

Хоча Уран і не має твердої поверхні у звичному розумінні цього слова, найбільш віддалену частину газоподібної оболонки прийнято називати його атмосферою. Вважають, що атмосфера Урана починається на відстані в 300 км від зовнішнього шару при тиску в 100 бар і температурі в 320 K . "Атмосферна корона" простягається на відстань, в 2 рази перевищує радіус від "поверхні" з тиском в 1 бар . Атмосферу умовно можна розділити на 3 частини: тропосфера (-300 км - 50 км; тиск становить 100 - 0,1 бар), стратосфера (50 - 4000 км; тиск становить 0,1 - 10 -10 бар) термосфера / атмосферна корона (4000 - 50000 км від поверхні)[10]. Мезосфера у Урана відсутня.

Склад атмосфери

Склад атмосфери Урана помітно відрізняється від решти складу планети завдяки високому вмісту молекулярного водню і гелію. Гелій не локалізований в центрі планети, що характерно для інших газових гігантів. Третя складова атмосфери Урана - метан (CH 4) . Метан має добре видимі смуги поглинання у видимому і ближньому інфрачервоному спектрі. Молекули метану становлять 2,3% від загальної масової фракції на рівні тиску в 1,3 бар. Поширеність менше летючих сполук, таких як аміак, вода і сірководень, в глибині атмосфери відома погано. Крім того, у верхніх шарах Урана виявлені сліди етану (C 2 H 6), Метилацетилену (CH 3 C 2 H) і діацетілену (C 2 HC 2 H) . Ці вуглеводні, як припускають, є продуктом фотолізу метану сонячної ультрафіолетовою радіацією .

Фотоліз або фотодисоціація— хімічна реакція розпаду хімічної сполуки при поглинанні фотона.

Кільця Урану

У Урана є слабо виражена система кілець, що складається з частинок діаметром від декількох міліметрів до 10 метрів . Це - друга кільцева система, виявлена ​​в Сонячній системі (першою була система кілець Сатурна) . На даний момент у Урана відомо 13 кілець, найяскравішим з яких є кільце ε (епсилон). Кільця Урана, ймовірно, дуже молоді - на це вказують проміжки між ними, а також відмінності в їх прозорості. Це говорить про те, що кільця не були сформовані разом з планетою. Можливо, раніше кільця були одним із супутників Урана, який зруйнувався або при зіткненні з якимось небесним тілом, або під дією приливообразующих сил.

Внутрішні кільця Урана. Яскраве зовнішнє кільце - кільце ε, також видно вісім інших кілець

Магнітосфера Урану

Вимірювання "Вояджера-2" дозволили виявити у Урана вельми специфічне магнітне поле, яке не спрямовано з геометричного центру планети і нахилений на 59 градусів відносно осі обертання . Фактично магнітний диполь зміщений від центру планети до південного полюса приблизно на 1 / 3 від радіуса планети. Ця незвичайна геометрія призводить до дуже асиметричному магнітному полю, де напруженість на поверхні в південній півкулі може становити 0,1 гауса, тоді як у північній півкулі може досягати 1,1 гауса . В середньому по планеті цей показник дорівнює 0,23 гауса Одна з теорій пояснює цей феномен тим обставиною, що магнітне поле в планет земної групи і інших планет-гігантів генерується в центральному ядрі, а магнітне поле у ​​"крижаних гігантів" формується на відносно малих глибинах: наприклад, в океані рідкого аміаку, у тонкій конвективної оболонці, навколишнього рідку внутрішню частину, що має стабільну шарувату структуру .

На Урані добре розвинені полярні сяйва, які видно як яскраві дуги навколо обох полярних полюсів .

Клімат планети

Зображення в природному кольорі (ліворуч) і в більш далеких частинах видимого спектру (праворуч), що дозволяють розрізнити хмарні смуги і атмосферний "капюшон" (знімок "Вояджера-2")

Атмосферні освіти, хмари і вітер

Знімки, зроблені "Вояджером-2" в 1986 році, показали, що видиме південну півкулю Урана можна поділити на дві області: яскравий "полярний капюшон" і менш яскраві екваторіальні зони . Ці зони межують на широті -45 . Вузька смуга в проміжку між -45 і -50 , іменована південним "кільцем", є найпомітнішою особливістю півкулі і видимої поверхні взагалі. "Капюшон" і кільце, як вважають, розташовані в інтервалі тиску від 1,3 до 2 бар і є щільними хмарами метану

Крім загальної атмосферної структури планети, "Вояджер-2" також відзначив 10 маленьких яскравих хмарок, велика частина яких була відзначена в області кількох градусів північніше "південного кільця" ; у всіх інших відносинах Уран нагадував "динамічно мертву" планету. Проте в 1990-х роках число зареєстрованих яскравих хмар значно зросла, причому більша їх частина була виявлена ​​в північній півкулі планети. Недавні спостереження Нептуна і Урана показали, що між хмарами цих планет є і багато схожого . Хоча погода на Урані більш спокійна, на ньому, так само як і на Нептуні, були відзначені "темні плями" (атмосферні вихори) - в 2006 році вперше в його атмосфері був помічений і сфотографований вихор .

Вітер

Відстеження різних хмар дозволило визначити зональні вітри, що дмуть у верхній тропосфері Урана. На екваторі вітри є ретроградними, тобто дмуть у зворотному по відношенню до обертання планети напрямку, і їх швидкості (так як рух назад обертанню) складають -100 і -50 м / с. Швидкості вітрів ідутьдо нуля зі збільшенням відстані від екватора аж до широти 20 , де вітру майже немає. Вітри починають дути у напрямку обертання планети аж до полюсів . Швидкості вітрів починають рости, досягаючи свого максимуму в широтах 60 і падаючи практично до нуля на полюсах. Швидкість вітру на широті в -40 коливається від 150 до 200 м / с, а далі спостереженнями заважає "Південне кільце", своєю яскравістю затінюючі хмари і не дозволяє обчислити швидкість вітру ближче до південного полюса. Максимальна ж швидкість вітру, помічена на планеті, була зареєстрована на північній півкулі на широті +50 і дорівнює більш ніж 240 м / с.

Формування Урану

Є багато аргументів на користь того, що відмінності між крижаними і газовими гігантами зародилися ще при формуванні Сонячної системи . Як вважають, Сонячна система сформувалася з гігантського обертового кулі, що складається з газу і пилу і відомого як протосонячній туманність. Потім куля ущільнився, і сформувався диск з Сонцем в центрі . Велика частина водню з гелієм пішла на формування Сонця. А частинки пилу стали збиратися разом, щоб згодом сформувати протопланети.

Оскільки планети збільшувалися в розмірах, деякі з них обзавелися досить сильним магнітним полем, що дозволив їм сконцентрувати навколо себе залишковий газ. Вони продовжували набирати газ до тих пір, поки не досягали межі, і далі їх розміри збільшувалися по експоненті. Крижаним ж гігантам вдалося "отримати" значно менше газу - по масі отриманий ними газ тільки в кілька разів перевершував масу Землі. Таким чином, їх маса не досягала цієї межі . Сучасні теорії формування Сонячної системи мають деякі труднощі в поясненнях формування Урана і Нептуна. Ці планети занадто великі для відстані, на якій вони знаходяться від Сонця. Можливо, раніше вони були ближче до Сонця, але потім якимось чином змінили орбіти . Втім, нові методи планетарного моделювання показують, що Уран і Нептун дійсно могли сформуватися на своєму теперішньому місці, і, таким чином, їх справжні розміри згідно з цими моделями не є перешкодою в теорії походження Сонячної системи .

Супутники Урану

Найбільші супутники Урана. Зліва направо: Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія, Оберон.

Міранда

Міра́нда (Уран V) — найближчий і найменший серед п'яти великих супутників Урана. Супутник відкрито 1948 року. З усіх супутників Урана Міранду було найкраще вивчено завдяки тому, що вона опинилася найближче до траекторії «Вояджера-2». Однак, вивчити вдалося лише південну півкулю, бо північна перебувала в тіні.

Аріель

Аріель (англ. Ariel) — супутник Урана, відкритий одночасно з Умбріелем 24 жовтня 1851 року Вільямом Лассалем; названий ним же. Аріель також відомий як Уран І.

Умбріель

Відкрито Вільямом Лассела в 1851 році, одночасно з Аріелем. Названий на честь персонажа (гнома) поеми А. Попа «Викрадення пасма». Умбріель є третім за розмірами і темнішим з великих супутників Урану, він віддзеркалює всього 16% світла, що на нього падає. Поверхня сильно кратерирована, але на ньому немає кратерів із світлими променями, наявних на інших супутниках Урана. Особливість Умбріель - незвичайний світлий круг близько 140 км у діаметрі. Його природа невідома, хоча це можуть бути відкладення паморозі, пов'язані з ударним кратером.

Титанія

Титанія — найбільший супутник Урана, відкритий Вільямом Гершелем в 1787 році. Його діаметр становить близько 1800 км, середня відстань від центра планети — 439 тис. км.

Оберон

Оберо́н — другий за розміром та масою супутник планети Уран, дев'ятий за масою супутник планет сонячної системи. Також відомий як «Уран IV». За одним з припущень Оберон сформувався з акреційного диску, що існував навколо Урана відразу після утворення планети. Супутник, ймовірно, має кам'яне ядро і крижану мантію, при цьому кількість льод становить 50%, каменю— 30%, метану таазоту — 20%. Між мантією та ядром, можливо, є шар рідкої води.

Хронологія відкриттів

Дослідження автоматичними міжпланетними станціями

В 1986 космічний апарат НАСА " Вояджер-2 "по пролітної траєкторії перетнув орбіту Урана і пройшов в 81 500 км від поверхні планети. Це єдине в історії космонавтики відвідування околиць Урана." Вояджер-2 "стартував у 1977, до прольоту повз Урана провів дослідження Юпітера і Сатурна (а пізніше - і Нептуна). Апарат провів вивчення структури і складу атмосфери Урана , виявив 10 нових супутників, вивчив унікальні погодні умови, викликані осьовим креном в 97,77 , і досліджував систему кілець.

Фото Урана, зроблене "Вояджером-2" під час "відбуття" до Нептуна

Майбутні дослідження

У пропозиції, представленому Європейському космічному агентству групою з 168 вчених, описується подорож до зовнішньої частини Сонячної системи, в якому кінцевою метою є планета Уран. Місія названа Uranus Pathfinder. Вона дозволить вивчити унікальний хімічний склад планети, її кільця і ​​супутники, а також розкрити декілька найважливіших таємниць планети. Ця місія, в свою чергу, сприятиме збільшенню наших знань про Сонячну систему. Керівник проекту розповів, що мотивацією до цієї місії є дослідження гігантських зовнішніх областей Сонячної системи, про які ми дуже мало знаємо. Залежно від розмірів корабля, місія може зайняти від 8 до 15 років, щоб досягти місця призначення. Команда сподівається, що місія Uranus Pathfinder може бути запущена в 2021 році.

Кінець