天王星(行星)

Article

December 9, 2021

天王星是太阳系第七大行星,属于巨行星。天王星的直径是地球的 4 倍,质量是地球的 14.5 倍,使其成为太阳系中第三大和第四大行星。天王星成为现代用望远镜发现的第一颗行星。天王星的发现由英国天文学家威廉·赫歇尔于 1781 年 3 月 13 日宣布,从而自古以来首次扩大了太阳系的边界。虽然天王星有时肉眼可见,但早期的观察者从未认出天王星是一颗行星,因为它的晦涩和缓慢的轨道。这颗行星以古老的天王星命名,天王星是天空和天体空间的化身。与其他气态巨行星——土星和木星不同,主要由氢和氦组成——在天王星和类似的海王星的内部,没有金属氢。然而,它们对冰进行了许多高温改造——因此,专家们将这两颗行星确定为单独的“冰巨星”类别。然而,与海王星不同的是,天王星的内部主要由冰和岩石组成。天王星大气的基础是氢和氦。此外,在其中发现了甲烷和其他碳氢化合物的痕迹,以及冰云、固体氨和氢。铀拥有太阳系中最冷的行星大气,最低温度为 49 K(-224°C)。天王星被认为具有复杂的云层结构,其中水是下层,甲烷是上层。像太阳系中的其他气态巨行星一样,天王星有一个环系统和一个磁层。此外,还有27颗卫星围绕它旋转。天王星在太空中的方位不同于太阳系中的其他行星——它的自转轴就好像在围绕太阳自转平面的一侧。结果,这颗行星面向太阳、北极、南方、赤道、中纬度。 1986 年,美国航天器航海者 2 号将天王星的图像传输到地球,他是在距离地球 81,500 公里的地方拍摄的。在距离地球 81,500 公里的地方飞行。在距离地球 81,500 公里的地方飞行。

天王星的发现历史

几个世纪以来,地球上的天文学家只知道五颗“旅行星”——行星。威廉·赫歇尔 (William Herschel) 在 1781 年 3 月 13 日承担了组织完整的星空系统目录的宏伟计划,他在双子座的一颗恒星附近注意到一个有趣的物体,它显然不是一颗恒星:它的表观大小随在望远镜的放大倍数上,最重要的是 - 改变了它在天空中的位置。赫歇尔最初决定发现一颗新彗星(他在 1781 年 4 月 26 日皇家学会会议上的报告被称为“彗星通知”),但彗星假说很快就被放弃了。为了感谢任命赫歇尔皇家天文学家的乔治三世,他提议称这颗行星为“圣乔治之星”,但为了不破坏传统的联系。用神话语言,取名为“天王星”。最初的几次观测还不能以足够的精度确定这颗新行星的轨道参数。但是,首先,这些观测的数量(特别是在俄罗斯、法国和德国)迅速增加,其次,仔细研究过去的观测目录发现,这颗行星之前曾多次被记录,但它被认为是一颗恒星,观察次数也明显增加。因此,对天王星的最早观测可能是公元前 128 年喜帕恰斯的观测。可以在他的星表中将它记录为一颗星,然后将其包含在托勒密的天文学中。第一次明确的观测发生在 1690 年,当时约翰弗莱姆斯蒂德至少观测了天王星六次,将其列为 34 Tauri。法国天文学家P'Pierre Charles Le Monnier 在 1750 年至 1769 年间至少观察了这颗行星十二次,其中包括连续四个晚上。天王星发现后不久,随着观测精度的提高,天文学家注意到了这颗行星运动中的神秘异常:它要么“落后”在计算的轨迹之后,然后开始“超越”它。这些异常现象的理论解释导致了一个新的发现——海王星的发现。这些异常现象的理论解释导致了一个新的发现——海王星的发现。这些异常现象的理论解释导致了一个新的发现——海王星的发现。

轨道和旋转

天王星以近乎圆形的轨道围绕太阳运行(偏心率 0.047),与太阳的平均距离是地球的 19 倍,为 28.71 亿公里或 20 个天文单位(AU)。到太阳的最大距离和最小距离之差为 1.8 a.o.轨道平面以0.8°的角度向黄道倾斜。天王星在 84.01 个地球年绕太阳公转。天王星的自转周期是 17 小时 14 分。与其他巨行星一样,在行星的高层大气中,有强风指向自转。在某些纬度,尤其是南半球 60 度以上的纬度,大气的可见特征旋转得更快,只需 14 小时即可完成一次完整的自转。天王星的自转具有许多显着特征:它的自转轴几乎是水平的,,并且自转方向与围绕太阳的自转方向相反(在所有其他行星中,仅在金星中观察到相反的自转方向)。

物理特性

天王星是巨行星之一:它的赤道半径(25,600 公里)几乎是地球的四倍,其质量(8.7·1025 千克)是地球的 14.6 倍。天王星的平均密度为1270公斤/平方米,是地球密度的4.38倍。这使它成为仅次于土星的密度第二小的行星。相对较低的密度是巨行星的典型特征:在气尘原行星云的形成过程中,最轻的成分(氢和氦)成为它们的主要“构建材料”,而类地行星则大量失去它们,因此具有显着的重元素的比例更高。

组成及内部结构

与其他巨行星一样,天王星的大气主要由氢、氦和甲烷组成,尽管它们的比例略低于木星和土星。天王星结构的理论模型是这样的:它的表层是一个气态的壳,下面是冰地幔(水和氨冰的混合物),更深的是——固体岩石的核心。地幔和原子核的质量约占天王星总质量的 85-90%。固体物质的区域达到行星半径的 3/4。天王星中心的温度约为10,000°C,压力为7-8百万个大气压。在原子核的边界处,压力大约低两个数量级。由行星表面的热辐射决定的条件表面的有效温度约为 55 K。

内部结构

尽管天王星的半径略大于海王星的半径,但其质量略小,这支持了它主要由各种冰水、氨和甲烷组成的假设。根据各种估计,它们的质量为地球质量的 9.3 到 13.5。氢和氦只占总质量的一小部分(在 0.5 到 1.5 个地球质量之间);另一部分(地球质量的 0.5-3.7)落在岩石上(据信这些岩石构成了地球的核心)。天王星的标准模型假设天王星由三部分组成:中心 - 石核,中间 - 冰壳,外部 - 氢氦大气。原子核相对较小,重约 0.55 至 3.7 个地球质量,半径为整个行星半径的 20%。地幔(冰)构成了行星的大部分(总半径的 60%,高达 13.5 个地球质量)。质量仅为 0.5 个地球质量(或根据其他估计为 1.5 个地球质量)的大气层延伸至天王星半径的 20%。在天王星的中心,密度应该增加到 9 公斤/平方米。在 5000 K 的温度下,地核和地幔之间界面处的压力应达到 800 万巴(800 GPa)。冰壳实际上并不是传统意义上的冰,因为它由热而致密的由水、氨和甲烷混合而成的液体。这种具有高导电性的液体有时被称为“氨水海洋”。由于“冰”在气体中占主导地位,天王星和海王星的组成与木星和土星的组成非常不同,这证明天王星和海王星被归类为冰巨星是合理的。虽然上面描述的模型是最常见的,但它不是唯一的。其他模型也可以从观察中构建——例如,如果大量的氢和岩石物质混合在冰地幔中,冰的总质量会更低,因此,氢和岩石物质的总质量会更高.可用数据不允许确定哪个模型更正确。液态的内部结构意味着天王星没有固体表面,因为气态大气平稳地过渡到液态层。然而,为方便起见,决定有条件地采用扁平的旋转球体,其中压力等于 1 bar。这个扁平球体的赤道半径和极地半径分别为 25,559 ± 4 和 24,973 ± 20 公里。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。如果大量的氢和岩石物质混合在冰地幔中,冰的总质量会较低,相应地,氢和岩石物质的总质量会较高。可用数据不允许确定哪个模型更正确。液态的内部结构意味着天王星没有固体表面,因为气态大气平稳地过渡到液态层。然而,为方便起见,决定有条件地采用扁平的旋转球体,其中压力等于 1 bar。这个扁平球体的赤道半径和极地半径分别为 25,559 ± 4 和 24,973 ± 20 公里。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。如果大量的氢和岩石物质混合在冰地幔中,冰的总质量会较低,相应地,氢和岩石物质的总质量会较高。可用数据不允许确定哪个模型更正确。液态的内部结构意味着天王星没有固体表面,因为气态大气平稳地过渡到液态层。然而,为方便起见,决定有条件地采用扁平的旋转球体,其中压力等于 1 bar。这个扁平球体的赤道半径和极地半径分别为 25,559 ± 4 和 24,973 ± 20 公里。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。哪个模型更正确。液态的内部结构意味着天王星没有固体表面,因为气态大气平稳地过渡到液态层。然而,为方便起见,决定有条件地采用扁平的旋转球体,其中压力等于 1 bar。这个扁平球体的赤道半径和极地半径分别为 25,559 ± 4 和 24,973 ± 20 公里。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。哪个模型更正确。液态的内部结构意味着天王星没有固体表面,因为气态大气平稳地过渡到液态层。然而,为方便起见,决定有条件地采用扁平的旋转球体,其中压力等于 1 bar。这个扁平球体的赤道半径和极地半径分别为 25,559 ± 4 和 24,973 ± 20 公里。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。在文章的后面,这个值将作为天王星高度比例的零参考。

内热

天王星的内部热量远低于太阳系中其他巨行星的内部热量。这颗行星的热通量非常低,其原因目前尚不清楚。海王星在大小和组成上与天王星相似,向太空释放的热能是从太阳接收的热能的 2.61 倍。在天王星,多余的热辐射非常小,如果有的话。来自天王星的热通量为 0.042-0.047 W/m²,该值小于地球上的 (~0.075 W/m²)。光谱远红外部分的测量表明,天王星发射的能量仅为从太阳接收的能量的 1.06 ± 0.08 倍。天王星对流层顶记录的最低温度为 49 K(-224°C),这使得这颗行星成为太阳系所有行星中最冷的——甚至比海王星还要冷。有两种假设试图解释这种现象。第一个指出,在太阳系形成期间,原行星与天王星可能发生碰撞,导致其旋转轴大幅倾斜,导致可用热量消散。根据第二个假设,天王星的上层有一些层,可以阻止来自原子核的热量到达上层。例如,如果相邻层具有不同的成分,则从核心向上的对流传热可能很困难。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。太阳系形成期间,原行星可能与天王星发生碰撞,导致其旋转轴大幅倾斜,导致可用热量消散。根据第二个假设,天王星的上层有一些层,可以阻止来自原子核的热量到达上层。例如,如果相邻层具有不同的成分,则从核心向上的对流传热可能很困难。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。太阳系形成期间,原行星可能与天王星发生碰撞,导致其旋转轴大幅倾斜,导致可用热量消散。根据第二个假设,天王星的上层有一些层,可以阻止来自原子核的热量到达上层。例如,如果相邻层具有不同的成分,则从核心向上的对流传热可能很困难。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。导致可用热量消散。根据第二个假设,天王星的上层有一些层,可以阻止来自原子核的热量到达上层。例如,如果相邻层具有不同的成分,则从核心向上的对流传热可能很困难。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。导致可用热量消散。根据第二个假设,天王星的上层有一些层,可以阻止来自原子核的热量到达上层。例如,如果相邻层具有不同的成分,则从核心向上的对流传热可能很困难。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。从原子核向上的对流热传递可能很复杂。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。从原子核向上的对流热传递可能很复杂。行星没有多余的热辐射使得确定其内部温度变得更加困难,但是如果我们假设天王星内部的温度条件与其他巨行星的温度条件接近,那么可能存在液态水,因此,天王星可能属于太阳系的行星,可能存在生命。

大气层

虽然天王星没有通常意义上的固体表面,但气体壳层最远的部分称为大气层。据信,天王星的大气层始于距外层 300 公里处,压力为 100 巴,温度为 320 K。“大气日冕”延伸到距离“表面”半径两倍的距离压力为 1 bar。大气可分为 3 部分:对流层(-300 公里 - 50 公里;压力为 100 - 0.1 巴)、平流层(50-4000 公里;压力为 0.1 - 10-10 巴)和热层/大气日冕(4000-距地表 50 000 公里)。天王星的中间层不存在。

贮存

由于氦和分子氢的含量高,天王星的大气成分与地球其他部分的成分明显不同。对流层上层氦的摩尔分数(即氦原子数与所有原子和分子数之比)等于0.15±0.03,对应的质量分数为0.26±0.05。该值非常接近于氦的原恒星质量分数 (0.275 ± 0.01)。氦并不位于行星的中心,这是其他气态巨行星的典型特征。天王星大气的第三个成分是甲烷 (CH4)。甲烷在可见光和近红外光谱中具有明显可见的吸收带。它是分子数的 2.3%(在 1.3 bar 的压力下)。由于极低的温度会导致甲烷“冻结”,因此该比率会随着海拔升高而显着降低。甲烷的存在会吸收光谱中红色部分的颜色,赋予行星绿蓝色。大气深处普遍存在的挥发性较低的化合物,如氨、水和硫化氢,我们知之甚少。此外,在天王星的上层发现了痕量的乙烷(C2H6)、甲基乙炔(CH3C2H)和丁二炔(C2HC2H)。这些碳氢化合物显然是太阳紫外线辐射甲烷光解的产物。光谱分析还揭示了水蒸气、一氧化碳和二氧化碳的痕迹。它们可能从外部来源(例如,从附近飞行的彗星)到达天王星。是甲烷通过太阳紫外线辐射光解的产物。光谱分析还揭示了水蒸气、一氧化碳和二氧化碳的痕迹。它们可能从外部来源(例如,从附近飞行的彗星)到达天王星。是甲烷通过太阳紫外线辐射光解的产物。光谱分析还揭示了水蒸气、一氧化碳和二氧化碳的痕迹。它们可能从外部来源(例如,从附近飞行的彗星)到达天王星。

对流层

对流层 - 大气中最低和最密集的部分 - 的特点是温度随海拔升高而降低。温度从对流层底部(300 公里深度)的 320 K 下降到 50 公里高度的 53 K。根据纬度,对流层最高部分(对流层顶)的温度在 57 到 49 K 之间变化。行星的大部分红外辐射(在光谱的远红外部分)落在对流层顶上,可以确定行星的有效温度 (59.1 ± 0.3 K)。对流层结构复杂:水云可能位于 50 到 100 巴的压力范围内,氢硫化铵云可能位于 20 到 40 巴的范围内,氨和硫化氢云可能位于 3 到 10 巴的范围内.甲烷云可以位于 1 到 2 巴之间。对流层是大气中非常活跃的部分,季节变化在其中清晰可见,云和强风。

大气的上部

在对流层顶之后,平流层开始,温度不降低,相反,随着高度增加:从对流层顶的 53 K 到热层主要部分的 800-850 K。平流层的加热是由甲烷和其他由甲烷光解形成的碳氢化合物吸收太阳红外线和紫外线辐射引起的。此外,平流层也被热层加热。碳氢化合物占据 100 到 280 公里的相对低层,压力范围从 10 到 0.1 毫巴,温度限制在 75 到 170 K 之间。最常见的碳氢化合物 - 乙炔和乙烷 - 在该区域内相对于氢的浓度为 10-7其中接近于甲烷和一氧化碳的浓度。在较重的碳氢化合物、二氧化碳和水蒸气中,这个比率要低三个数量级。乙烷和乙炔在较冷和较低的平流层和对流层顶凝结形成雾。然而,这些雾气上方的碳氢化合物浓度远低于其他巨行星。大气层中离地表最远的部分——热层和日冕——的温度为 800 到 850 K,但这个温度的原因尚不清楚。太阳紫外线辐射(无论是近紫外线还是远紫外线)和北极光都不能提供所需的能量(尽管由于平流层上层缺乏碳氢化合物而导致冷却效率低下)。除了分子氢外,热层还含有大量的自由氢原子。它们的低质量和高温可能有助于解释为什么热层延伸 50,000 公里(两个行星半径)。这个长冠是天王星的一个独特特征。这是其环中灰尘含量低的原因。天王星的热层和平流层的上层形成电离层,电离层位于海拔2000至10000公里之间。天王星的电离层比土星和海王星的电离层密度大,这可能是由于平流层上层的碳氢化合物浓度低。电离层主要由太阳紫外线辐射支撑,其密度取决于太阳活动。极光在这里不像木星和土星那样频繁和重要。与其他巨行星的大气相比,天王星的大气异常平静,即使与海王星相比,海王星在成分和大小上都与天王星相似。当航海者 2 号接近天王星时,它仅在这颗行星的可见部分捕获了 10 条云带。如此平静的气氛可以用极低的内部温度来解释。它比其他巨行星要低得多。天王星对流层顶记录的最低温度为 49 K(-224°C),这使得这颗行星成为太阳系中最冷的行星——它甚至比距离太阳更远的海王星和冥王星还要冷。

天王星环

铀有一个微弱的环系统,由直径从微米到几分之一米的非常暗的粒子组成。这是在太阳系中发现的第二个环系统(第一个是土星环系统)。天王星目前有 13 个已知的环,其中最亮的是 ε(ε)环。天王星环可能还很年轻——这可以通过它们之间的间隙以及它们透明度的差异来表明。这表明环没有与行星一起形成。这些环可能以前是天王星的卫星之一,它在与天体碰撞或潮汐力作用下坍塌。 1789 年,威廉·赫歇尔声称看到了这些环,但这份报告似乎令人怀疑,因为两个世纪后其他天文学家无法探测到它们。天王星环系统的存在仅在 1977 年 3 月 10 日被美国科学家 James L. Elliot、Edward W. Dunham 和 Douglas J. Mink 正式确认,他们使用了柯伊伯星上的天文台。这一发现是偶然的——一群发现者计划在天王星覆盖恒星 SAO 158687 时观察天王星的大气。然而,分析信息,他们发现这颗恒星在被天王星覆盖之前减弱了,这种情况发生了几次连续几次。结果,发现了 9 个天王星环。当航海者 2 号宇宙飞船抵达天王星附近时,在机载光学器件的帮助下又探测到了 2 个环,从而将已知环的总数增加到 11 个。2005 年 12 月,哈勃太空望远镜发现了另外两个以前未知的光环。它们的位置是先前发现的环的两倍,因此它们通常被称为“天王星环外系统”。除了环之外,哈勃还帮助发现了两颗以前未知的小卫星,其中一颗(Meb)的轨道与最远的环重合。考虑到最后两个环,天王星环的总数为 13。2006 年 4 月,夏威夷凯克天文台获得的新环图像使得区分外环的颜色成为可能。其中一个是红色的,另一个(最外部的)是蓝色的。据信,外环呈蓝色是由于它由来自 Meb 表面的小水冰颗粒组成。行星的内环看起来是灰色的。在天王星的发现者威廉·赫歇尔的著作中,第一次提到环是在 1789 年 2 月 22 日的记录中发现的。在观察笔记中,他指出天王星暗示了环的存在。赫歇尔还怀疑它们是红色的(2006 年凯克天文台对倒数第二个环的观测证实了这一点)。赫歇尔的笔记于 1797 年发表在《皇家学会杂志》上。然而,后来几乎两个世纪——从 1797 年到 1979 年——文献中根本没有提到这些环,这当然赋予了怀疑科学家错误的权利。然而,对赫歇尔所见的足够准确的描述并不能简单地拒绝他的观察。当地球穿过天王星环的平面时,从边缘可以看到它们。例如,2007-2008 年就是这种情况。这表明天王星有环。赫歇尔还怀疑它们是红色的(2006 年凯克天文台对倒数第二个环的观测证实了这一点)。赫歇尔的笔记于 1797 年发表在《皇家学会杂志》上。然而,后来几乎两个世纪——从 1797 年到 1979 年——文献中根本没有提到这些环,这当然赋予了怀疑科学家错误的权利。然而,对赫歇尔所见的足够准确的描述并不能简单地拒绝他的观察。当地球穿过天王星环的平面时,从边缘可以看到它们。例如,2007-2008 年就是这种情况。这表明天王星有环。赫歇尔还怀疑它们是红色的(2006 年凯克天文台对倒数第二个环的观测证实了这一点)。赫歇尔的笔记于 1797 年发表在《皇家学会杂志》上。然而,后来几乎两个世纪——从 1797 年到 1979 年——文献中根本没有提到这些环,这当然赋予了怀疑科学家错误的权利。然而,对赫歇尔所见的足够准确的描述并不能简单地拒绝他的观察。当地球穿过天王星环的平面时,从边缘可以看到它们。例如,2007-2008 年就是这种情况。近两个世纪——从 1797 年到 1979 年——文献中根本没有提到这些环,当然,这赋予了怀疑科学家错误的权利。然而,对赫歇尔所见的足够准确的描述并不能简单地拒绝他的观察。当地球穿过天王星环的平面时,从边缘可以看到它们。例如,2007-2008 年就是这种情况。近两个世纪——从 1797 年到 1979 年——文献中根本没有提到这些环,当然,这赋予了怀疑科学家错误的权利。然而,对赫歇尔所见的足够准确的描述并不能简单地拒绝他的观察。当地球穿过天王星环的平面时,从边缘可以看到它们。例如,2007-2008 年就是这种情况。

磁层

在航海者 2 号研究之前,没有对铀的磁场进行测量。 1986年航天器到达天王星之前,假设它与太阳风的方向相对应,地磁极应与位于黄道平面的地理磁极重合。航海者 2 号的测量结果显示,天王星中有一个特定的磁场,该磁场与行星的几何中心不重合,并且相对于旋转轴倾斜 59 度,磁偶极子从行星中心向南极移动了大约是行星半径的 1/3。这种不寻常的几何形状导致了一个非常不对称的磁场,南半球的表面张力可以达到 0.1 高斯,而在北半球可以达到 1.1 高斯。在地球上,这个数字平均为 0.23 高斯。天王星的偶极矩是地球的 50 倍。除了天王星,在海王星中也观察到了类似的偏移磁场——在这方面,假设这种配置是冰巨星的特征。一种理论解释了这一现象,即类地行星和其他巨行星的磁场是在中央核心产生的,“冰巨星​​”的磁场是在相对较浅的深度形成的:例如,在液氨海洋中,在一个薄的对流壳,围绕着具有稳定分层结构的液体内部。类地行星和其他巨行星的磁场是在中央核心产生的,“冰巨星​​”的磁场是在相对较浅的深度形成的:例如,在液氨海洋中,在薄的对流壳中,周围具有稳定层状结构的液体内部。类地行星和其他巨行星的磁场是在中央核心产生的,“冰巨星​​”的磁场是在相对较浅的深度形成的:例如,在液氨海洋中,在薄的对流壳中,周围具有稳定层状结构的液体内部。

气候

大气形成、云和风

航海者 2 号在 1986 年拍摄的照片显示,可见的天王星南半球可分为两个区域:明亮的“极地罩”和不太明亮的赤道区。这些区域的边界位于纬度 -45°。 -45°和-50°之间的窄带,被称为南“环”,是半球和一般可见表面最显着的特征。 “罩”和环可能位于 1.3 到 2 巴的压力范围内,是密集的甲烷云。不幸的是,航海者2号在“极地夏季”接近天王星,未能捕捉到北极圈。然而,在 21 世纪初,当通过哈勃太空望远镜和凯克天文台望远镜可以看到天王星北半球时,在这部分行星上并没有发现“罩”或“环”。因此,观察到了天王星结构的另一种不对称性,在南极附近特别明亮,而在“南环”以北的地区则均匀黑暗。除了大气的大尺度条纹结构外,航海者2号还注意到10个小亮云,其中大部分在“南环”以北几度的区域被观测到;在所有其他方面,天王星看起来像一颗“动态死亡”的行星。然而,在 1990 年代,记录的明亮云的数量显着增加,其中大部分在北半球被发现,此时已变得可见。对此的第一个解释(明亮的云在北半球比在明亮的南半球更容易看到)尚未得到证实。两个半球的云结构存在差异:北方的云更小、更亮、更清晰。显然,它们位于更高的高度。云的寿命各不相同——一些观测到的云在几个小时内都不存在,而自天王星“航海者 2”附近的飞行以来,至少有一个南部的云幸存了下来。最近对海王星和天王星的观测表明,这些行星的云层之间有许多相似之处。尽管天王星上的天气较为平静,但在天王星和海王星上都观察到了“黑点”(大气漩涡)——2006 年,在其大气层中首次发现并拍摄到了一个漩涡。跟踪不同的云层可以确定在天王星对流层上部吹的纬向风。在赤道,风是逆行的,即相对于行星的自转吹向相反的方向,其速度(因为运动与自转相反)分别为-100 和-50 m/s。随着从赤道到纬度±20°的距离增加,风速变为零,几乎没有风的地方。风开始沿着行星的自转方向吹向两极。风速开始增加,在纬度 ± 60° 达到最大值,在极地几乎降至零。纬度-40°的风速从150到200 m / s变化,然后观测受到“南环”的阻碍,它的亮度遮蔽了云层,无法计算更靠近南方的风速极。在地球上观测到的最大风速记录在北半球纬度 + 50° 并且超过 240 m/s。它的亮度遮蔽了云层,并且无法计算靠近南极的风速。在地球上观测到的最大风速记录在北半球纬度 + 50° 并且超过 240 m/s。它的亮度遮蔽了云层,并且无法计算靠近南极的风速。在地球上观测到的最大风速记录在北半球纬度 + 50° 并且超过 240 m/s。

季节性变化

在 2004 年 3 月至 5 月的短暂时间内,在天王星的大气中观察到了更活跃的云层,几乎就像在海王星上一样。观测记录了高达 229 m/s(824 km/h)的风速和持续的雷暴,称为“七月四日烟花”。 2006 年 8 月 23 日,外太空研究所(美国科罗拉多州博尔德市)和威斯康星大学在天王星表面观测到一个黑点,这扩大了对这个星球上季节变化的认识。目前尚不清楚为什么会发生这种活动增加——也许天王星轴的“极端”倾斜会导致季节的“极端”变化。确定天王星的季节变化只是时间问题,因为关于其大气的第一个定性信息是在不到 84 年前获得的(天王星上的一年持续 84 个地球年)。测光,大约一半的天王星一年前(1950 年代)开始,显示了这颗行星的亮度在两个范围内的变化:在冬至时达到最大值,在春分时达到低点。由于从 1960 年代开始对对流层进行微波测量,观察到了这种周期性变化。出现在 1970 年代的平流层温度测量结果也显示了至至期间的峰值(尤其是 1986 年)。大多数这些变化可能是由于行星的不对称性。然而,研究表明铀的季节性变化并不总是取决于上述因素。在 1944 年的上一次“北至”期间,天王星在北半球的亮度水平上升,表明它并不总是暗淡的。可见的,在冬至期间转向太阳的极点会增加亮度,而在春分之后迅速变暗。对视觉和微波测量的详细分析表明,在冬至期间并不总是会增加亮度。经向反照率也有变化。最后,在 1990 年代,天王星离开冬至时,哈勃太空望远镜注意到南半球开始明显变暗,北半球变得更亮,风速增加,云层增多,但有澄清的趋势。控制季节变化的机制仍然知之甚少。在夏至和冬至附近,天王星的两个半球要么处于阳光下,要么处于外太空的黑暗中。阳光照射区域的澄清,显然,由于对流层层中雾和甲烷云的局部增厚而发生。纬度-45°的亮环也与甲烷云有关。极地地区的其他变化可以用下层的变化来解释。来自地球的微波辐射强度变化可能是由深层对流层环流的变化引起的,因为厚厚的极地云和雾会干扰对流。随着秋分这一天的临近,驱动力发生变化,对流可能再次发生。由深层对流层环流的变化引起,因为厚厚的极地云和雾会干扰对流。随着秋分这一天的临近,驱动力发生变化,对流可能再次发生。由深层对流层环流的变化引起,因为厚厚的极地云和雾会干扰对流。随着秋分这一天的临近,驱动力发生变化,对流可能再次发生。

天王星的形成

许多论点表明,冰巨星和气巨星之间的差异是由于太阳系的形成造成的。太阳系被认为是由一个巨大的气体和尘埃球体形成的,即所谓的旋转太阳星云。渐渐地,球体变得越来越密,形成了一个以太阳为中心的圆盘。大部分氢和氦都进入了太阳的形成过程。尘埃粒子开始聚集在一起形成原行星。随着行星尺寸的增加,其中一些行星形成了相当强的磁场,这使得它们开始将残余气体集中在自身周围。它们接收的气体越多,它们变得越多,它们变得越多,它们接收的气体就越多,直到它们的质量达到临界点,之后它开始呈指数增加。冰巨人设法积累的气体少得多(它们接收到的气体只有地球质量的几倍),因此它们的质量没有达到这个临界点。太阳系形成的现代理论在解释天王星和海王星的形成方面存在一些困难。这些行星对于它们与太阳的距离来说太大了。它们之前可能离太阳更近,但后来不知何故改变了它们的轨道。然而,行星建模的新方法表明,天王星和海王星确实可能在它们现在的位置形成,因此根据这些模型,它们的真实尺寸不会干扰太阳系起源的理论。太阳系形成的现代理论在解释天王星和海王星的形成方面存在一些困难。这些行星对于它们与太阳的距离来说太大了。它们之前可能离太阳更近,但后来不知何故改变了它们的轨道。然而,行星建模的新方法表明,天王星和海王星确实可能在它们现在的位置形成,因此根据这些模型,它们的真实尺寸不会干扰太阳系起源的理论。太阳系形成的现代理论在解释天王星和海王星的形成方面存在一些困难。这些行星对于它们与太阳的距离来说太大了。它们之前可能离太阳更近,但后来不知何故改变了它们的轨道。然而,行星建模的新方法表明,天王星和海王星确实可能在它们现在的位置形成,因此根据这些模型,它们的真实尺寸不会干扰太阳系起源的理论。天王星和海王星确实可能在它们现在的位置形成,因此根据这些模型,它们的真实尺寸并不妨碍太阳系起源理论。天王星和海王星确实可能在它们现在的位置形成,因此根据这些模型,它们的真实尺寸并不妨碍太阳系起源理论。

天王星的卫星

Uranium 有 27 颗卫星和一个环形系统。所有卫星均以威廉·莎士比亚和亚历山大·波普作品中的人物命名。前两颗卫星 Titania 和 Oberon 于 1787 年由 William Herschel 发现。 1851 年,威廉·拉塞尔又发现了另外两颗球形卫星(Ariel 和 Umbriel)。 1948 年,杰拉德·柯伊伯发现了米兰达。最后一颗卫星是在 1985 年之后,在航海者 2 号任务期间,或在先进的地面望远镜的帮助下发现的。天王星卫星可以分为三组:十三颗内卫星,五颗大九颗不规则卫星。五颗大卫星的质量足以使流体静力平衡,使它们具有球体形状。在其中四个中观察到内部和外部活动的迹象,例如峡谷形成和假设的地表火山活动。其中最大的 Titania 直径为 1578 公里,是太阳系中的第八大卫星。它的质量比地球的月球小20倍。天王星的不规则卫星具有椭圆形且非常倾斜(主要是逆行)的轨道,距离行星很远。

铀研究

发现年表

自动行星际站的研究

1986 年,美国宇航局的航海者 2 号航天器在轨道上穿越天王星,并从行星表面飞行了 81,500 公里。这是航天史上唯一一次由人造飞船访问天王星外围。航海者 2 号于 1977 年发射升空,在飞近天王星之前探索了木星和土星(以及后来的海王星)。该设备发送的照片在可见光谱中显示了一颗模糊的行星,没有云层和大气风暴,这是其他巨行星的典型特征。然而,到目前为止,地面观测已经确定了由天王星接近其春分点引起的季节变化和地球上天气活动增加的迹象。 “航海者二号”研究了天王星大气的结构和组成,发现了11颗新卫星,研究了97年轴向滚转造成的独特天气条件,77°并研究了环系统。还研究了磁场和磁层结构,特别是横向旋转引起的“磁尾”。发现了 2 个新环,并拍摄了 5 颗最大的卫星。由于航海者 2 号获得的信息,佐治亚研究所得出结论,天王星的磁场每天都在改变极点,以便下降到天王星。发射时间定于 2020 年代; MUSE - 由欧空局提供的一项任务,也计划进行大气探测。上一个发射年份 - 2026 年,到达天王星轨道的年份 - 2044 年。这将分别研究天王星和海王星。 Oceanus 天王星探路者是英国提出的一项任务。

文化中的铀

在占星术中,天王星(符号 -)被认为是水瓶座的守护星。因为天王星的颜色是青色并且与电有关,所以接近青色的电蓝色与水瓶座有关。化学元素铀由德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗 (Martin Heinrich Klaprot) 于 1789 年发现,以最近发现的天王星命名。在古斯塔夫·霍尔斯特 (Gustav Holst) 于 1914 年至 1916 年间创作的交响组曲“行星”中,其中一个部分是献给天王星的,它被称为“天王星巫师”。此外,天王星行动是第二次世界大战期间的军事行动之一。除上述内容外,天王星还出现在小说和科幻小说的众多文学作品中:首次亮相 - 发现天王星 3 年后,即 1784 年,天王星 - 一位不知名的作家先生的讽刺小册子的场景。维文航空,他发表了“最近在空气静力球体(通常称为气球)中进行的飞行之旅,从这个地球仪到新发现的行星 Georgium Sidus”。在克苏鲁的神话中,天王星以 L'gy'hx 的名字出现,居住着崇拜洛格的立方金属腿生物。在拉里·尼文 (Larry Niven) 的“超越时间的世界”(World Beyond Time) 中,天王星配备了一个巨大的热核发动机,用来轻轻地将地球从太阳上移开,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人工形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。通常称为气球,从这个地球仪到新发现的行星 Georgium Sidus »。在克苏鲁的神话中,天王星以 L'gy'hx 的名字出现,居住着崇拜洛格的立方金属腿生物。在拉里·尼文 (Larry Niven) 的“超越时间的世界”(World Beyond Time) 中,天王星配备了一个巨大的热核发动机,用来轻轻地将地球从太阳上移开,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人工形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。通常称为气球,从这个地球仪到新发现的行星 Georgium Sidus »。在克苏鲁的神话中,天王星以 L'gy'hx 的名字出现,居住着崇拜洛格的立方金属腿生物。在拉里·尼文 (Larry Niven) 的“超越时间的世界”(World Beyond Time) 中,天王星配备了一个巨大的热核发动机,用来轻轻地将地球从太阳上移开,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人工形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。在克苏鲁的神话中,天王星以 L'gy'hx 的名字出现,居住着崇拜洛格的立方金属腿生物。在拉里·尼文 (Larry Niven) 的“超越时间的世界”(World Beyond Time) 中,天王星配备了一个巨大的热核发动机,用来轻轻地将地球从太阳上移开,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人工形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。在克苏鲁的神话中,天王星以 L'gy'hx 的名字出现,居住着崇拜洛格的立方金属腿生物。在拉里·尼文 (Larry Niven) 的“超越时间的世界”(World Beyond Time) 中,天王星配备了一个巨大的热核发动机,用来轻轻地将地球从太阳上移开,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人工形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。小心地将地球移离太阳,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人为形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。小心地将地球移离太阳,这是由于地球与其殖民地之间的内战而人为形成的。在谢尔盖·巴甫洛夫 (Sergei Pavlov) 的科幻小说《月亮彩虹》(The Moon Rainbow) 中,情节线始于首次载人远征天王星卫星奥伯伦 (Oberon) 时发生的无法解释的戏剧性事件。

笔记

文学

天文百科辞典/通用。编。IA Klymyshyn 和 AO Korsun。- 利沃夫:头。天文学家。乌克兰国家科学院天文台:利沃夫。自然 大学 伊万·弗兰科 (Ivan Franko),2003 年。 - 548 页 : 伊尔。- ISBN 966-613-263-X。М.Пришляк。天文学:11 年级的教科书。- 哈尔科夫:Ranok,2011。 - 第 77 页。 - ISBN 978-617-540-424-9。矿工,ED (1998)。天王星:行星、环和卫星。纽约:约翰威利父子。ISBN 978-0-471-97398-0。戈尔,瑞克(1986 年 8 月)。天王星 - 航海者访问一个黑暗的星球。国家地理 170 (2): 178–194。ISSN 0027-9358。OCLC 643483454。埃弗雷特·富兰克林·布莱勒、理查德·J·布莱勒。科幻小说:早年。- 肯特州立大学出版社,1990 年。 - 998 页。- ISBN 9780873384162。

关联

(Ukr.) 天王星的剧情——法国科普系列《所有人都在轨道上!》(fr. Tous sur orte!)。(俄语) astrolab.ru 上的铀(俄语) allplanets.ru 上的铀(俄语) www.astronet.ru 上的铀