close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Fizicheskie kharakteristiki Urana4

код для вставкиСкачать
На конкурс : «Моя презентация»
Удивительная планета
Выполнила:
Студентка 1 курса
«Прикладная информатика (по отраслям)»
ГБПОУ УМПК
Гумирова Арина
Уран тяжелее Земли в 14,5 раз, что делает его наименее массивной из планет-гигантов
Солнечной системы. Плотность Урана, равная 1,270 г/см³, ставит его на второе после Сатурна
место среди наименее плотных планет Солнечной системы. Несмотря на то, что радиус Урана
немного больше радиуса Нептуна, его масса несколько меньше, что свидетельствует в пользу
гипотезы, согласно которой он состоит в основном из различных льдов — водного, аммиачного
и метанового. Их масса, по разным оценкам, составляет от 9,3 до 13,5 земных масс. Водород и
гелий составляют лишь малую часть от общей массы (между 0,5 и 1,5 земных масс); оставшаяся
доля (0,5 — 3,7 земных масс) приходится на горные породы (которые, как полагают, составляют
ядро планеты).
Стандартная модель Урана предполагает, что Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное
ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Состав Урана
и Нептуна сильно отличается от состава Юпитера и Сатурна благодаря «льдам»,
преобладающим над газами, оправдывая помещение Урана и Нептуна в категорию ледяных
гигантов.
Несмотря на то, что описанная выше модель наиболее распространена, она не является
единственной. На основании наблюдений можно также построить и другие модели —
например, в случае если существенное количество водородного и скального материала
смешивается в ледяной мантии, то общая масса льдов будет ниже, и соответственно, полная
масса водорода и скального материала — выше. В настоящее время доступные данные не
позволяют определить, какая модель правильней. Жидкая внутренняя структура означает, что у
Урана нет никакой твёрдой поверхности, так как газообразная атмосфера плавно переходит в
жидкие слои. Однако, ради удобства за «поверхность» было решено условно принять
сплющенный сфероид вращения, где давление равно 1 бару. Экваториальный и полярный радиус
этого сплющенного сфероида составляют 25 559 ± 4 и 24 973 ± 20 км. Далее в статье эта величина
и будет приниматься за нулевой отсчёт для шкалы высот Урана.
Газовая
атмосфера
Сопоставление размеров Земли и Урана
Жидкий
водород
Вода,
метан,
амииак
Ядро
из
соединений
кремния
и
металлов
Внутреннее строение Урана
Внутреннее тепло Урана значительно меньше, чем у других планет-гигантов
Солнечной системы. Нептун, схожий с Ураном размерами и составом, излучает в
космос в 2,61 раза больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. У Урана же
избыток теплового излучения очень мал, если вообще есть. Тепловой поток от Урана
равен 0,042 — 0,047 Вт/м², и эта величина меньше, чем у Земли (~0,075 Вт/м²).
Измерения в дальней инфракрасной части спектра показали, что Уран излучает лишь
1,06 ± 0,08 % энергии от той, что получает от Солнца. Самая низкая температура,
зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К, что делает планету самой
холодной из всех планет Солнечной системы — даже более холодной, чем Нептун.
Существуют две гипотезы, пытающиеся объяснить этот феномен. Первая из них
утверждает, что предположительное столкновение протопланеты с Ураном во время
формирования Солнечной системы, которое вызвало большой наклон его оси
вращения, привело к рассеянию исходно имевшегося тепла. Вторая гипотеза гласит,
что в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая тому, чтобы тепло
от ядра достигало верхних слоёв. Например, если соседние слои имеют различный
состав, конвективный перенос тепла от ядра вверх может быть затруднён. Отсутствие
избыточного теплового излучения планеты значительно затрудняет определение
температуры её недр, однако если предположить, что температурные условия внутри
Урана близки к характерным для других планет-гигантов, то там возможно
существование жидкой воды и, следовательно, Уран может входить в число планет
Солнечной системы, где возможно существование жизни.
Хотя Уран и не имеет твёрдой поверхности в привычном
понимании этого слова, наиболее удалённую часть газообразной
оболочки принято называть его атмосферой. Полагается, что
атмосфера Урана начинается на расстоянии в 300 км от внешнего
слоя при давлении в 100 бар и температуре в 320 K. «Атмосферная
корона» простирается на расстояние, в 2 раза превышающее
радиус от «поверхности» с давлением в 1 бар. Атмосферу условно
можно разделить на 3 части: тропосфера (-300 км — 50 км;
давление составляет 100 — 0,1 бар), стратосфера (50 — 4000 км;
давление составляет 0,1 — 10−10 бар) и термосфера/атмосферная
корона (4000 — 50000 км от поверхности). Мезосфера у Урана
отсутствует.
Состав атмосферы Урана заметно отличается от состава остальных частей
планеты благодаря высокому содержанию гелия и молекулярного водорода.
Гелий не локализован в центре планеты, что характерно для других газовых
гигантов. Третья составляющая атмосферы Урана — метан (CH4). Метан обладает
хорошо видимыми полосами поглощения в видимом и ближнем инфракрасном
спектре. Он составляет 2,3 % по числу молекул (на уровне давления в 1,3 бара).
Это соотношение значительно снижается с высотой из-за того, что чрезвычайно
низкая температура заставляет метан «вымерзать». Присутствие метана,
поглощающего свет красной части спектра, придаёт планете её зелёно-голубой
цвет. Распространённость менее летучих соединений, таких как аммиак, вода и
сероводород, в глубине атмосферы известна плохо. Кроме того, в верхних слоях
Урана обнаружены следы этана (C2H6), метилацетилена (CH3C2H) и диацетилена
(C2HC2H). Эти углеводороды, как предполагают, являются продуктом фотолиза
метана солнечной ультрафиолетовой радиацией. Спектроскопия также
обнаружила следы водяного пара, угарного и углекислого газов. Вероятно, они
попадают на Уран из внешних источников (например, из пролетающих мимо
комет).
Тропосфера — самая нижняя и самая плотная часть атмосферы —
характеризуется
уменьшением
температур
с
высотой.
Температура падает от 320 К в самом низу тропосферы (на
глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км. Температура в самой
верхней части тропосферы (тропопаузе) варьирует от 57 до 49 К в
зависимости от широты. Тропопауза ответственна за большую
часть инфракрасного излучения (в дальней инфракрасной части
спектра) планеты и позволяет определить эффективную
температуру планеты (59,1 ± 0,3 K). Тропосфера обладает
сложным строением: предположительно, водные облака могут
находиться в промежутке давления от 50 до 100 бар, облака
гидросульфида аммония — в диапазоне 20-40 бар, облака
аммиака и сероводорода — в диапазоне 3-10 бар. Метановые же
облака могут быть расположены в промежутке между 1 и 2
барами. Тропосфера — очень динамичная часть атмосферы, и в
ней хорошо видны сезонные изменения, облака и сильные ветры.
График зависимости давления от температуры на Уране
После тропопаузы начинается стратосфера, где температура не понижается, а, наоборот,
увеличивается с высотой. Нагревание стратосферы вызвано поглощением солнечной инфракрасной
и ультрафиолетовой радиации метаном и другими углеводородами, образующимися благодаря
фотолизу метана. Кроме того, стратосфера нагревается также и термосферой. Наиболее
распространённые углеводороды — ацетилен и этан — составляют в этой области 10−7 относительно
водорода, концентрация которого здесь близка к концентрации метана и угарного газа. У более
тяжёлых углеводородов, углекислого газа и водяного пара это отношение ещё на три порядка ниже.
Этан и ацетилен конденсируются в более холодной и низкой части стратосферы и тропопаузе,
формируя туманы. Однако концентрация углеводородов выше этих туманов значительно меньше,
чем на других планетах-гигантах. Наиболее удалённые от поверхности части атмосферы —
термосфера и корона — имеют температуру в 800—850 К], но причины такой температуры ещё
непонятны. Ни солнечная ультрафиолетовая радиация (ни ближняя, ни дальняя часть
ультрафиолетового спектра), ни полярные сияния не могут обеспечить нужную энергию (хотя
низкая эффективность охлаждения из-за отсутствия углеводородов в верхней части стратосферы
может вносить свой вклад). Кроме молекулярного водорода, термосфера содержит большое
количество свободных водородных атомов. Их маленькая масса и большая температура могут помочь
объяснить, почему термосфера простирается на 50 000 км (на два планетарных радиуса). Эта
протяжённая корона — уникальная особенность Урана. Именно она является причиной низкого
содержания пыли в его кольцах. Термосфера Урана и верхний слой стратосферы образуют
ионосферу, которая находится на высотах от 2000 до 10000 км. Ионосфера Урана более плотная, чем у
Сатурна и Нептуна, возможно, по причине низкой концентрации углеводородов в верхней
стратосфере. Ионосфера поддерживается главным образом солнечной ультрафиолетовой радиацией
и её плотность зависит от солнечной активности. Полярные сияния здесь не настолько часты и
существенны, как на Юпитере и Сатурне.
У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из очень тёмных частиц диаметром от микрометров
до долей метра. Это — вторая кольцевая система, обнаруженная в Солнечной системе (первой была система
колец Сатурна). На данный момент у Урана известно 13 колец, самым ярким из которых является кольцо ε
(эпсилон). Кольца Урана, вероятно, весьма молоды — на это указывают промежутки между ними, а также
различия в их прозрачности. Это говорит о том, что кольца сформировались не вместе с планетой. Возможно,
ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким
небесным телом, либо под действием приливных сил. В 1789 году Уильям Гершель утверждал, что видел
кольца, однако это сообщение выглядит сомнительным, поскольку ещё в течение двух веков после этого
другие астрономы не могли их обнаружить. Наличие системы колец у Урана было подтверждено официально
лишь 10 марта 1977 года американскими учёными Джеймсом Л. Элиотом (James L. Elliot), Эдвардом В.
Данемом (Edward W. Dunham) и Дагласом Дж. Минком (Douglas J. Mink), использовавшими бортовую
обсерваторию Койпера. Открытие было сделано случайно — группа первооткрывателей планировала
провести наблюдения атмосферы Урана при покрытии Ураном звезды SAO 158687. Однако, анализируя
полученную информацию, они обнаружили ослабление звезды ещё до её покрытия Ураном, причём
произошло это несколько раз подряд. В результате было открыто 9 колец Урана. Когда в окрестности Урана
прибыл космический аппарат «Вояджер-2», при помощи бортовой оптики удалось обнаружить ещё 2 кольца,
тем самым увеличив общее число известных колец до 11. В декабре 2005 года космический телескоп «Хаббл»
позволил открыть ещё 2 ранее неизвестных кольца. Они удалены на расстояние в два раза большее, чем ранее
открытые кольца, и поэтому их ещё часто называют «внешней системой колец Урана». Кроме колец, «Хаббл»
также помог открыть два ранее неизвестных небольших спутника, орбита одного из которых (Маб) совпадает
с самым дальним кольцом. С учётом последних двух колец общее количество колец Урана составляет 13. В
апреле 2006 года изображения новых колец, полученные обсерваторией Кека на Гавайских островах,
позволили различить цвета внешних колец. Одно из них было красным, а другое (самое внешнее) — синим.
Предполагают, что синий цвет внешнего кольца обусловлен тем, что оно состоит из мелких частиц водяного
льда с поверхности Маб. Внутренние кольца планеты выглядят серыми. Земля пересекает плоскость колец
Урана, они видны с ребра. Такое было, например, в 2007—2008 годах.
Схема колец Урана
Внутренние
кольца
Урана.
Яркое внешнее кольцо —
кольцо ε, также видны восемь
других колец.
До начала исследований с помощью «Вояджера-2» никаких измерений магнитного поля Урана не проводилось.
Перед прибытием аппарата к орбите Урана в 1986 году предполагалось, что оно будет соответствовать
направлению солнечного ветра. В этом случае геомагнитные полюса должны были бы совпадать с
географическими, которые лежат в плоскости эклиптики. Измерения «Вояджера-2» позволили обнаружить у
Урана весьма специфическое магнитное поле, которое не направлено из геометрического центра планеты и
наклонено на 59 градусов относительно оси вращения. Фактически магнитный диполь смещён от центра
планеты к южному полюсу примерно на 1/3 от радиуса планеты. Эта необычная геометрия приводит к очень
асимметричному магнитному полю, где напряжённость на поверхности в южном полушарии может составлять
0,1 гаусса, тогда как в северном полушарии может достигать 1,1 гаусса. В среднем по планете этот показатель
равен 0,23 гауссам (для сравнения, магнитное поле Земли одинаково в обоих полушариях, и магнитный экватор
примерно соответствует «физическому экватору»). Дипольный момент Урана превосходит земной в 50 раз.
Кроме Урана, аналогичное смещённое и «накренившееся» магнитное поле также наблюдается и у Нептуна — в
связи с этим предполагают, что такая конфигурация является характерной для ледяных гигантов. Одна из
теорий объясняет данный феномен тем обстоятельством, что магнитное поле у планет земной группы и других
планет-гигантов генерируется в центральном ядре, а магнитное поле у «ледяных гигантов» формируется на
относительно малых глубинах: например, в океане жидкого аммиака, в тонкой конвективной оболочке,
окружающей жидкую внутреннюю часть, имеющую стабильную слоистую структуру. Тем не менее, по общему
строению магнитосферы Уран схож с другими планетами Солнечной системы. Имеются развитые магнитный
хвост и радиационные пояса. В целом Уран по структуре магнитосферы отличается от Юпитера и больше
напоминает Сатурн. Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и вращением
планеты искривлён «в штопор». Магнитосфера Урана содержит заряженные частицы: протоны, электроны и
небольшое количество ионов H2+. Никаких более тяжёлых ионов в ходе исследований обнаружено не было.
Многие из этих частиц наверняка берутся из горячей термосферы Урана. Важную роль в магнитосфере Урана
играют его спутники, образующие большие полости в магнитном поле. Поток частиц достаточно высок, чтобы
вызвать затемнение поверхности лун за время порядка 100 000 лет. Это может быть причиной тёмной окраски
спутников и частиц колец Урана. На Уране хорошо развиты полярные сияния, которые видны как яркие дуги
вокруг обоих полярных полюсов. Однако, в отличие от Юпитера, на Уране полярные сияния не значимы для
энергетического баланса термосферы.
Магнитосфера Урана, исследованная Вояджером-2 в 1986 году.
Спасибо за просмотр !!!
1 слайд –
фон из сайта: http://lfly.ru/rezultaty-issledovaniya-planety-uran.html.
2 слайд – фон из сайта: http://widefon.com/load/12-1-0-636;
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
3 слайд – фон из сайта: http://ilovelencha.com/
изображения из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) и
http://сезоны-года.рф/уран.html .
4 слайд – фон из сайта: https://www.youtube.com/watch?v=vd-wy8kwKuY
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
5 слайд –
фон из сайта: http://www.fonstola.ru/138582--zvyozdy-galaktika--sinii.html
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
6 слайд –
фон из сайта: http://ria.ru/gagarin_analysis/20110321/356222953.html
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
7 слайд – фон из сайта:
http://arscity.ru/neveroyatnaya-krasota-i-garmoniya-kosmosa-20130224.html
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
8 слайд – фон из сайта:
http://desktopwallpapers.org.ua/download/2484/1920x1080/
изображение из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
9 слайд –
фон из сайта: http://oblisk87.deviantart.com/art/Blue-Starfield-14450727
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
10 слайд –
фон из сайта: http://www.rusif.ru/wallpaper-sb/fl-kosmos/kosmos-sb-1.html
текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
11 слайд – фон из сайта: http://www.infuture.ru/article/10077
изображение из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета) .
12 слайд –
фон из сайта: http://www.hotel-polustrovo.ru/about/iarticles/love/
Текст из сайта: https://ru.wikipedia.org/wiki/Уран_(планета)
13 слайд – фон из сайта:
http://arttower.ru/forum/index.php?showtopic=1057&st=30
изображение из сайта: https://www.stihi.ru/2016/04/30/738
14,15 слайд ы –
фон из сайта: http://zakagioboi.ru/katalog/kosmos/fotooboi-zvezdyikosmosa.html
изображения из сайтов:
http://www.liveinternet.ru/users/tigrenok/rubric/2154467/ ,
http://astronom-ntl.narod.ru/astro/soulsys/uran_nept.htm ,
http://ru.shararam-smeshi.wikia.com/wiki/Файл:Солнце.gif ,
17, 17, 18 слайды –
фоны из сайта:
http://arttower.ru/forum/index.php?showtopic=1057&st=30
Автор
valeriya
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
9 054 Кб
Теги
urana4, kharakteristik, fizicheskie
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа