§3. Уран

Рис. 101. Уран. Стрелками показаны три наиболее крупных спутника Урана

Еще недавно наши знания об этой планете были весьма ограничены. Но после пролета около Урана автоматической станции «Вояд­жер‑2» в январе 1986 г. стали известны новые факты о строении этой отдаленной от Солнца на 2869 млн. км планеты (рис. 101). Ее период обращения – 84 земных года, осевая скорость – 10 часов 49 минут, средняя плотность с атмосферой – 1,35 г/см³, твердого тела планеты, имеющей, по расчетам Кесарева (1976), радиус 15580 км, – 5,55 г/см³. Мощность атмосферы – 8520 км. Масса планеты – 84,9×10²⁷ г.

До пролета «Вояд­жера-2» по наб­­людениям с Зем­ли у Урана было известно пять неболь­ших спутников: Оберон, Титания, Умбриэль, Ариэль, Миранда, диаметр которых – от 480 до 1500 км.

«Вояджером» было обнаружено еще 10 спутников. Все они имеют маленький диаметр – от 16 до 160 км – и являются, скорее всего, астероидами, захваченными гравитационным полем Урана при сближение с его орбитой.

Ось вращения Урана расположена почти в плоскости орбиты – отклонена от вертикали на 98. Планета как бы лежит на своей орбите. Как уже отмечалось, Уран обладает магнитным полем, напряженность которого немного меньше поля Земли и составляет около 25000 нТ на магнитном экваторе. Причины столь небольшого для планет-гигантов поля мы уже обсуждали. Они распространяются и на Уран.

Рис. 102. Миранда (снимок

с раcстояния 146000 км)

В пределах магнитосферы располагаются орбиты трех больших спутников – Миранды (рис. 102), Ариэля (рис. 103) и Умбриэля (рис. 104), которые создают возмущения в структуре поля планеты.

В плотной атмосфере Урана обнаружены, как и у Юпитера и Сатурна, кольцевые образования, пятна, вихри, струйные течения. Направление ветров совпадает с вращением планеты, причем в высоких широтах оно сильнее. Возможно, это связано с аномальным наклоном оси вращения. Как и в атмосфере других планет, в том числе и Земли, обнаружена корона атомарного водорода над слоем молекулярного водорода. Температура ее на освещенной стороне ‑750 К, на ночной ‑1000 К. Напомним, что температура протоносферы Земли выше из-за значительно большей энергии солнечного ветра +1400 – 1600 К. Зеленовато-голубой цвет атмосферы Урана может быть обусловлен наличием радикалов ОН^-1, образующихся при разложении молекулы воды ультрафиолетовым солнечным излучением по реакции: Н₂О + + hf  Н⁺ + Н^-, где h – кванты энергии с частотой излучения f. Это значит, что в нижних слоях атмосферы может присутствовать молекулярная вода. Содержание гелия в атмосфере составило 15%. В глубине атмосферы обнаружены метановые облака. Таким образом, наблюдается принципиальное сходство состава верхних слоев атмосфер планет-гигантов. Это атмосфера, слабо эволюционировавшая в сравнении с атмосферой Земли. Она, скорее всего, отвечает составу ранней атмосферы нашей планеты и ничего не говорит об исключительности строения твердого тела планет-гигантов.

Рис. 104. Умбриэль (снимок с расстояния 557000 км; в верхней части лимба видно светлое пятно)

Рис. 103. Ариель (снимок

с расстояния 130000 км)

Подтверждением этому является строение колец и спутников Урана. Всего обнаружено 10 колец – шириной от нескольких сот метров до нескольких километров – белого и зелено-голубого цветов. Большинство частиц в кольцах имеет в поперечнике 1 м и более. Материал колец темный – отражает всего 2,5% света. Внутри колец движутся каменные глыбы неправильной формы радиусом 8 – 12 км, названные спутниками-пастухами. Вероятно, это астероиды. При столкновении некоторых из них со спутниками или друг с другом и возникли кольца Урана. Фотографии крупных спутников планеты показывают их шарообразную форму. Следовательно, это тела, испытавшие гравитационную организацию вещества и сжатие в ходе вращения. Поверхность этих спутников, по всей вероятности, покрыта льдом (см. рис. 102, 103, 104). Низы ледяной коры вполне могут состоять из водного льда. Давление в крупных астероидах и спутниках планет при исходной плотности вещества 3,6 г/см³ возрастает по линейному закону, что обеспечивает разогрев и частичную фракционную дифференциацию недр (Войткевич, 1979). В ходе этой частичной дифференциации, как мы теперь понимаем – в конечной ее фазе, могут быть произведены некоторые объемы воды, которая при дефиците солнечного тепла немедленно превращается в лед. Следы тектонической деятельности в виде гигантских разломов линейных очертаний хорошо просматриваются на фотографиях Титании, Оберона, Уимбриэля и Ариэля. На маленькой Миранде (r = 241 км) очень выразительные полосы некоторые объясняют ее расколом от удара большого – диаметром до 20 км – метеорита, после которого куски Миранды вновь собрались. Однако не ясно, почему после такого удара обломки Миранды не пополнили кольца Урана. Думается, живописные борозды спутника – касательные удары пролетавших метеоритов.