На всех других планетах есть кратеры, ледяные шапки, облака или богатая полосчатая структура. Но не Уран.
Восемь основных планет Солнечной системы обладают своими уникальными особенностями. На скалистых планетах есть кратеры, хребты, горы и многое другое: свидетельство бурного прошлого и внутренней активности. Все планеты, кроме Меркурия, имеют атмосферу, в которой летучие вещества образуют облака и дымку. На мирах газовых гигантов обычно можно увидеть полосчатые структуры, бури и бурные потоки. Юпитер, Сатурн и Нептун демонстрируют впечатляющие изменения с течением времени, когда мы подробно изучаем их атмосферы.
Но не Уран. Единственная среди всех планет Солнечной системы, Уран представляет собой светлый голубой мир, в остальном безликий. Даже когда его посетил космический корабль «Вояджер-2», самой примечательной частью истории было то, каким ничем не примечательным был Уран. Для человеческого глаза Уран - единственная планета без интересных особенностей. Вот научная версия почему.
Уран, видимый с Земли, представляет собой всего лишь крошечный бирюзовый диск. «Вояджер-2», который ранее раскрыл беспрецедентные детали штормов и полос на Юпитере и Сатурне, увидел большой безликий бирюзовый шар, когда он приблизился к Урану. Даже при максимальном повышении контрастности изображения практически ничего не было видно. Уран оказался, к большому разочарованию, самой скучной планетой, которую мы только могли себе представить.
Изначально мы думали, что поняли, почему этот мир такой невыразительный. Было высказано предположение, что при таком маленьком размере по сравнению с Сатурном или Юпитером Уран не способен генерировать собственное внутреннее тепло и, следовательно, имеет только ту температуру, которую можно было бы ожидать, если бы он нагревался Солнцем. Оно было голубым и безликим, потому что было холодным, далеким и не производило собственного тепла. В его верхних слоях атмосферы была постоянная температура 58 К. Вот, казалось бы, и все.
Конечно, это совсем не так! Конечно, он холодный и далекий, и не производит много внутреннего тепла; эта часть верна. Но Уран уникален среди всех миров Солнечной системы особым свойством, которым он обладает: своим вращением. В отличие от всех остальных миров, которые вращаются под некоторым наклоном относительно плоскости вращения Солнца, Уран находится практически на боку, катится как бочка, а не крутится как юла.
Когда космический корабль «Вояджер-2» пролетел мимо Урана в 1986 году, это было солнцестояние: сторона, освещенная Солнцем, была одной из полярных областей Урана. Но по мере того, как шли годы и десятилетия, Уран перемещался от солнцестояния к равноденствию, когда вместо этого его экваториальная область освещалась Солнцем. Вместо постоянного притока солнечного света на одно полушарие в течение многих лет произошла быстрая смена дня и ночи, совпадающая с периодом вращения Урана около 17 часов.
Поскольку Урану требуется 84 земных года, чтобы совершить оборот вокруг Солнца, это означает, что от солнцестояния до равноденствия требуется 21 земной год. Поскольку «Вояджер-2» пролетал мимо него в день солнцестояния в 1986 году, это означало, что лучшее время для наблюдения за ним в следующий раз будет в 2007 году, когда он был в день равноденствия. В то время у нас не было еще одной готовой миссии, но у нас был космический телескоп Хаббл.
Как вы можете видеть выше, есть все функции, на которые вы надеялись в первый раз. Есть клубящиеся облака, бури и даже характерные атмосферные полосы. На разных широтах Урана есть темные и светлые пятна, туманы и прозрачные области с разными цветами. Вместо монохромного безликого мира мы наконец нашли ту активную атмосферу, которую ожидали с самого начала.
Причина однородного цвета Урана во время солнцестояния кроется в его температуре в течение непрерывного дня, из-за которой образуется дымка метана. Метан в этом состоянии поглощает красный свет, поэтому отраженный солнечный свет приобретает бирюзовый оттенок. В то же время метановая дымка маскирует облака под ним, из-за чего Уран имеет безликий вид, который мы повсеместно узнали после посещения «Вояджера-2»..
С его осевым наклоном 97,7° Уран солнцестояния будет казаться скучным Ураном. Но эта метановая дымка, столь распространенная в верхних слоях атмосферы Урана, представляет собой только верхний 1% атмосферы. Наблюдение в полосах, отличных от видимого света, выявит еще больше его неоднородных свойств.
Поскольку Уран, подобный равноденствию, остывает ночью, метановый туман превращается из аэрозоля верхнего слоя - , который представляет собой твердую или жидкую частицу, взвешенную в газе - , в частицы, которые смешиваются с нижние слои атмосферы. Таким образом, когда снова появляется день, самый верхний слой частично прозрачен.
И когда это происходит, мы обнаружили, что в верхних слоях атмосферы происходят наблюдаемые изменения, которые содержат ключи к разгадке 99% невидимой атмосферы под ней. Есть штормы, которые присутствуют даже в старой информации «Вояджера-2», видимые только при объединении более 1000 изображений вместе и поиске различий между кадрами.
По словам астронома Эриха Каркошки, который проделал эту работу еще в 2014 году:
Некоторые из этих особенностей, вероятно, являются конвективными облаками, вызванными восходящими потоками и конденсацией. Некоторые из более ярких деталей выглядят как облака, простирающиеся на сотни километров. […] Необычное вращение высоких южных широт Урана, вероятно, связано с необычной особенностью недр Урана. Хотя природа этой особенности и ее взаимодействие с атмосферой еще не известны, тот факт, что я обнаружил это необычное вращение, открывает новые возможности для изучения внутренней части гигантской планеты.
Глядя на длины волн света, выходящие за пределы видимого человеческим глазом, например, в инфракрасном диапазоне, мы можем создавать изображения с улучшенными цветами. Как и следовало ожидать, когда Уран близок к равноденствию, они обнаруживают множество особенностей, невидимых человеческому глазу, в том числе:
- полосы структуры атмосферы,
- полусферные различия между обращенными к солнцу и обращенными в космос полюсами,
- штормы и облака в верхних слоях атмосферы,
- и даже слабая система колец, которая, вероятно, является результатом разрушенных или разрушенных приливом лун.
Бывают также грозы, которые видны только в инфракрасном диапазоне, усиливаются и стихают. Вопреки нашим первоначальным наблюдениям, Уран - это многофункциональный мир, но только если вы посмотрите на него под правильным углом.
Есть еще много загадок, связанных со второй по удаленности планетой Солнечной системы. У Урана странно наклонное, но сильное магнитное поле, примерно в 50 раз превышающее силу земного, которое вращается вокруг планеты как штопор. Двойное присутствие углерода и водорода предполагает, что в нижних слоях атмосферы давление вызывает дождь из алмазов. Уран показывает одинаковую температуру во время солнцестояния, но серьезные перепады температур на его поверхности во время равноденствий, что позволяет предположить, что что-то присущее ему вызывает отставание между температурами и временами года. И штормы, которые мы видим, также вызванные временами года, наводят на мысль о вихре глубже в атмосфере, дальше того, что мы можем видеть.
Уран для многих по-прежнему остается самой скучной планетой, и я полагаю, что это правда, если вы готовы добавить предостережение: иногда. Когда Уран находится в периоде солнцестояния, это действительно самый скучный и невыразительный мир, какой только можно найти среди наших восьми планет. Но отсутствие внутреннего источника тепла и тот факт, что она вращается вокруг перевернутой оси, также дает нам уникальную возможность узнать, как ведет себя газовая планета-гигант, когда ее энергетический баланс определяется Солнцем.
Уран, который когда-то считался безликим миром, оказывается невероятно богатым и разнообразным. Этот бирюзовый мир таит в себе множество загадок, которые наводят на мысль о сложной внутренней структуре под легко наблюдаемыми верхними слоями атмосферы. Пока существует разница в энергиях либо между полярными полушариями, либо между дневной и ночной сторонами, наверняка будут интересные явления для исследования. Доводы в пользу специальной миссии на Уран никогда не были столь убедительны.