Планета Уран. Основные сведения о Уране. Атмосфера и поверхность Урана.
Подробно:
© Владимир Каланов,
сайт «Знания-сила».
Планета Уран
Уран — седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран — крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³. Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.
При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран — очень далёкая планета.
Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в
течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе
атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических
условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных
этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет
достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с).
• В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.
Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.
И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.
Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.
Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси
углерода, ацетилена и азота.
Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном,
содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.
Температурный профиль тропосферы и нижней стратосферы Урана
На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
представляющие основной облачный слой, — в диапазоне 3-10 бар, метана — в диапазоне 1-2 бар.
Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера — самая нижняя и самая плотная часть атмосферы — характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.
Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 — 2 бар.
Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных
лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность
температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на
«дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется
удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова,
колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C).
Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.
В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.
Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.
© Владимир Каланов,
«Знания-сила»
Уважаемые посетители!
У вас отключена работа JavaScript. Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!Что делает Уран самой холодной планетой в Солнечной системе?
Основные факты об Уране
Относительно Солнца, Уран — это седьмая планета в Солнечной системе. Он расположен между Сатурном и Нептуном; и имеет осевой наклон 98°. Уран был первой планетой, которую ученые открыли с помощью телескопа. В прошлом медленная орбита и тусклость затрудняли распознать невооруженным глазом его как планету. Уран имеет 13 колец и экваториальный диаметр 51 118 км.
Температуры Урана
Температуры планет варьируются от горячих до холодных в зависимости от их расстояния до Солнца. Используя этот принцип, можно быстро заключить, что Плутон — самая холодная планета, так как он расположен дальше всех от Солнца. Температура Плутона иногда падает до уровня ниже -232° С. Такие низкие температуры наводят на мысль, что Плутон — самая холодная планета. Однако, поскольку Плутон лишился статуса девятой планеты Солнечной системы, он не может претендовать на это звание.
Нептун находится в 4,5 миллиардах км от Солнца, тогда как Уран удален от нашей звезды на 2,8 миллиарда км. Он получает только 40% солнечной радиации по сравнению с излучением, которое получает Уран. Фактически, Нептун находится на расстоянии более 1,5 миллиарда км от Урана. Таким образом, он должен быть самой холодной планетой в Солнечной системе. Однако это не совсем верно, так как ученые доказали, что Уран иногда достигает очень низких температур, которых не бывает на Нептуне. Тем не менее средняя температура Нептуна ниже, чем у седьмой планеты. Нептун имеет среднюю температуру около -200° С, а средняя температура Урана находится в пределах -195° С. Самая холодная температура Урана, когда-либо зафиксированная составляла -224° С. Это означает, что в определенные периоды он достигает очень низких температур. Низкие температуры Урана не имеют себе равных по отношению к любой другой планете Солнечной системы.
Теории о самой холодной планете
Существует много теорий, которые пытаются объяснить, почему Уран достигает таких низких температур. Трудно было прийти к выводам, поскольку использование расстояния в качестве причины для низких температур отрицается расстоянием между Нептуном и Ураном. Углы, на которых Уран получает солнечную радиацию, также должны сделать его более теплой планетой, чем Нептун.
Некоторые ученые считают, что столь низкие температуры обусловлены структурными компонентами Урана, влияющими на скорость, с которой он сохраняет солнечное тепло. Другие предполагают, что планета испытает такое странное изменение температуры из-за своей уникальной орбиты. Считается, что Уран имеет орбиту с наклоном, которого нет у других планет. Наклон заставляет планету отдавать много тепла в космическое пространство, сохраняя при этом лишь его малую часть. Следовательно, Уран становится охлаждается сильнее других планет Солнечной системы.
Вывод
Дальнейшие исследования продолжаются, чтобы определить причину чрезвычайно низких температур, обнаруженных на Уране. Однако следует отметить, что Нептун также можно назвать самой холодной планетой в Солнечной системе, если основываться на показателях средних температур.
Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту
Понравилась статья? Оставь комментарий и поделись с друзьями
Уран — планета солнечной системы
На окраине нашей Солнечной системы есть настоящие ледяные гиганты. Так называют самую холодную планету Уран. Он состоит он из разных газов и льдов. А температура там держится около -220 градусов. И постоянно дуют сильные ветра. Луч солнца со скоростью света добирается до этой планеты только за 2-3 часа. Вот так погодка!
Уран очень долго принимали за далекую звёздочку из-за его тусклого света и медленного передвижения. Полный оборот вокруг своей оси он делает за 84 земных года. Уран – ледяная планета-гигант. Он больше Земли в 4 раза и тяжелее в 14. В центре планеты находится относительно маленькое каменное ядро. А большую часть составляет ледяная оболочка – мантия. Однако, лёд там совсем не такой, как мы с вами привыкли видеть. Он похож на плотную вязкую жидкость. И если ты захочешь прогуляться по Урану, у тебя ничего не получится.
Здесь нет твердой оболочки, и сделав шаг, ты провалишься в огромное ледяное море. Да и вообще очень сложно определить, где у этой планеты заканчиваются облака, и начинается поверхность. Даже ученые долго не могли договориться, что считать за атмосферу, а что за саму планету.
Вокруг своей оси Уран оборачивается за 17 часов . Однако, как и на других планетах-гигантах, здесь дуют сильнейшие ветра, достигающие скорости 240 метров в секунду. Поэтому некоторые части атмосферы обгоняют планету и делают оборот вокруг планеты всего за 14 часов. Но по меркам планет-гигантов это очень спокойная погода. Например, ветра на Нептуне могут преодолеть 2000 метров в секунду.
Зима на Уране длится почти 42 года и всё это время Солнце не поднимается над горизонтом. То есть царит полная темнота. Так происходит из-за того, что Уран вращается совсем не так как другие планеты. Его ось так сильно наклонена, что он «лежит» на боку. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Ученные предполагают, что давным-давно Уран столкнулся с небольшой планетой, которая «уронила» его. А сама стала одним из 13 колец Урана.
Такие же холодные у Урана его 27 спутников. Одни из самых крупных – Ариэль и Титания на половину состоят изо льда, в том числе и водяного. А поверхность спутников покрыта инеем. А на загадочном темном спутнике Умбриэль можно увидеть светлое вещество на дне кратеров. Считается, что это чистый лёд, из которого, возможно, состоит ядро.
До сих пор планета Уран остается мало изученной планетой. Лишь один космический аппарат «Вояджер-2» приближался к этой планете в 1986 году. И смог изучить только южный полюс Урана. Остальное ученные досчитали и додумали сами. Однако неизвестно сколько ещё тайн хранит в себе огромное ледяное царство.
Для того, чтобы оставить комментарий необходимо зарегистрироваться, либо войти на сайт под своим логином и паролемИндивидуальное задание «Солнечная система» — Астрономия в Московской гимназии на Юго-Западе № 1543
1.
Как же зависит смена времен года на разных планетах, скажем Уране, от вращения планеты?
Звездные сутки на Уране длятся 17 часов 14 минут. Уран вращается, как говорят, «лежа на боку». Наклон экватора к плоскости орбиты (97°55′) приходится считать большим 90°, чтобы направление оси вращения, как и у других планет, подчинялось правилу буравчика. У большинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики, но ось Урана почти параллельна этой плоскости. Причины «лежачего» обращения Урана неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана – северный? Вопрос о вращении Урана значит очень многое для космогонии Солнечной системы. Если Уран образовался, лежа на боку, то это сильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы. Правда, сейчас все больше полагают, что такое положение Урана — результат столкновения с большим небесным телом, возможно, крупным астероидом, на ранних стадиях формирования Урана. Подобная проблема есть и у Венеры, которая хоть и не лежит на боку, но также вращается в «обратную сторону».
Ось вращения Урана наклонена к плоскости эклиптики на угол 97°55′. Таким образом, полюс, соответствующий «обычному» вращению планет, обращен в южную полусферу эклиптики. Поэтому его вращение можно назвать обратным, хотя бы и «лежа на боку». При орбитальном движении с периодом 84 года, ночь на широте 30° длится 14 лет, на широте 60° – 28 лет, а на полюсах – по 42 года.
2. Когда наступают времена года с астрономической точки зрения?
В северном полушарии Земли наступает лето, когда северный полюс Земли освещается Солнцем, а южный полюс планеты располагается в ее тени. При этом в южном полушарии наступает зима. Когда в северном полушарии весна, то в южном — осень. Когда в северном полушарии осень, в южном — весна. Времена года в южном и северном полушариях всегда противоположны. Примерно 21 марта и 23 сентября во всем мире день и ночь продолжаются 12 часов.
Эти дни называются днями весеннего и осеннего равноденствия. Летом продолжительность светлого времени суток больше, чем зимой, следовательно, северное полушарие Земли в течение весны и лета с 21 марта по 23 сентября получает гораздо больше тепла, чем осенью и зимой — с 23 сентября по 21 марта. С астрономической точки зрения времена года наступают 21 марта, 22 июня, 23 сентября, 22 декабря.
3. В каком полушарии Земли лето теплее?
Поток энергии от Солнца, падающий на Землю, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому зимы в северном полушарии менее суровые, чем в южном, а лето в северном полушарии более прохладное. Лето теплее в южном полушарии Земли.
4. Как определяется понятие «климат» в географии?
«На формирование климата любого участка Земли влияют три причины, называемые климатообразующими факторами. Это полуденная высота Солнца над горизонтом, или географическая широта, движение воздушных масс и подстилающая поверхность» (Душина И.В., В.А. Коринская, В.А. Щенев «География 7 класс»).
5. От каких важнейших факторов зависит климат на планетах Солнечной системы?
Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты.
Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими путями:
а) парниковый эффект увеличивает температуру поверхности;
б) атмосфера сглаживает суточные колебания температуры;
в) движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом.
6. Чем определяется излучение планет?
Каждая планета в окружающее космическое пространство излучает энергию, при этом излучение планеты в окружающее пространство имеет два максимума.
Первый максимум соответствует отраженному солнечному излучению, а второе — тепловому излучению планеты. При этом первый максимум соответствует длинам волн солнечного излучения, а второй максимум приходится на более длинноволновое излучение, то есть чаще приходится на длинноволновую (инфракрасную) часть спектра. Именно так проявляется тепловое излучение поверхности Меркурия, Марса, излучение которых приходится на инфракрасную область спектра 4 — 100мкм. Положение второго максимума определяется законом Вина , где Тэфф — температура в К. Равновесная температура это такая, которую должна иметь планета, светящаяся только за счет переизлучения солнечного излучения. Расчеты для Юпитера дают Травн= – 173С°. Но реальные измерения дают Тэфф= – 143С°, что на 30° больше. Расчеты показывают, что для Юпитера тепловое излучение планеты в 2,5 раза больше, чем планета получает от Солнца. Таким образом, внутри Юпитера имеется собственный источник энергии. Предполагается, что дополнительное тепло может поступать из энергии, которая выделяется в процессе медленного сжатия Юпитера.
7. От каких параметров зависит тепловой баланс планеты, определяющий климат?
Для планеты, лишенной атмосферы, энергия, излучаемая в окружающее космическое пространство, зависит от энергии, получаемой от Солнца. Последняя, в свою очередь, зависит от альбедо (степени отражения) планеты, высоты Солнца над горизонтом, теплопроводности поверхности планеты. Поэтому ночью энергия, излучаемая в окружающее космическое пространство, зависит только от теплопроводности поверхности планеты. Например, в полдень на экваторе Меркурия +430С°, а ночью – 170 С°.
8. Что называется парниковым эффектом?
Парниковый эффект — это повышение температуры поверхности планеты и нижних слоев атмосферы планеты из-за того, что атмосфера пропускает солнечное излучение (как говорят, атмосфера прозрачна для солнечного излучения) и задерживает тепловое излучение планеты.
Почему это может происходить? Тепловое излучение планеты задерживается (поглощается) сложными молекулами, например углекислым газом СО2, водой Н2О и другими. (Атмосфера прозрачна для солнечного излучения и непрозрачна для теплового (инфракрасного) излучения планеты).
Именно вследствие парникового эффекта температура Венеры повышается с Т = – 44 С° до Т= 462 С°. Венера как бы укрыта слоем углекислого газа, как овощи в парнике — полиэтиленовой пленкой. Парниковый эффект играет очень важную роль в формировании климата Земли. Например, на Титане из-за парникового эффекта температура повышается на 3 – 5 С°.
9. Вид звездного неба с поверхности планет. Какое влияние имеет атмосфера на вид звездного неба.
Рассмотрим влияние атмосферы на вид звездного неба на примере планеты Меркурий. Атмосфера на Меркурии очень сильно разрежённая. Давление у поверхности планеты в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли (это меньше, чем в современных вакуумных установках на Земле). Меркурий расположен очень близко к Солнцу и захватывает солнечный ветер своим тяготением. В атмосфере Меркурия зарегистрированы атомы гелия, водорода и щелочных металлов. Атом гелия, захваченный Меркурием, находится в атмосфере в среднем 200 дней. Атмосфера на Меркурии намного менее плотная, чем самый лучший вакуум в лабораториях Земли.
Из-за практического отсутствия атмосферы небо для будущих космонавтов на Меркурии будет всегда черное. Поэтому звезды видны всегда, и ночью, и днем. День и ночь на Меркурии продолжаются по 88 суток.
Впервые измерена температура колец Урана. А вот объяснить аномальную природу одного из них все равно не получилось — Наука
Самая известная «окольцованная» планета — Сатурн. Но еще три небесных тела — Юпитер, Уран и Нептун — тоже имеют кольца, просто их нельзя увидеть столь же легко, как и кольца Сатурна. Кольца Урана были открыты лишь в 1977 году, а детально изучить их смогли только после пролета «Вояджера-2» и запуска космического телескопа «Хаббл».
Появление крупных наземных телескопов с адаптивной оптикой — зеркалом, форма которого постоянно подстраивается для компенсации вносимых атмосферой искажений, — тоже существенно помогло астрономам.
В новой статье для Astronomical Journal (пока что доступен только препринт текста) ученые использовали как раз Очень Большой Телескоп (это имя собственное, сокращенно VLT) и радиотелескоп ALMA. Комбинация этих инструментов позволила не только получить изображения колец, но и измерить их температуру. Она оказалась равна температуре жидкого азота, около -196 градусов Цельсия.
Кроме того, астрономы определили состав колец и обнаружили, что самое яркое из них, кольцо ϵ (так и читается: кольцо эпсилон), существенно отличается от всех прочих. Причем под всеми прочими подразумеваются не только другие кольца Урана, но и кольца иных планет-гигантов.
Изображения Урана и его колец в разных диапазонах, от микроволн до ИК-лучей. Edward Molter, Imke de Pater, Michael Roman and Leigh Fletcher, 2019
Исследователи выяснили, что эпсилон-кольцо состоит в основном из крупных частиц, включая даже обломки размером с небольшой дом. В то же время внутренние кольца Урана образованы мелкой пылью, а кольца Сатурна и вовсе богаты частицами микрометрового диаметра. Почему эпсилон-кольцо, самое яркое из колец Урана, имеет такую особенность, астрономы пока не знают.
Кольца Урана также имеют ряд иных особенностей. Они заметно тоньше сатурнианских: от 20 до 100 километров против нескольких сотен или даже тысячи километров. Кроме того, они состоят из более темного материала, и почему это так и как вообще эволюционируют кольца планет, тоже остается неясным.
Авторы новых измерений также подчеркивают, что изначально хотели вообще изучать не кольца, а атмосферу газовых гигантов, причем поначалу астрономы хотели наблюдать не Уран, а Юпитер. А на Уран переключились из-за того, что оригинальную цель, Юпитер, наблюдать было все тяжелее: в период наблюдений тот опустился слишком низко к горизонту (чем ниже в небе объект, тем больше помех из-за атмосферы).
Они использовали сочетание радионаблюдений при помощи ALMA с инфракрасными данными VLT. Но полученные изображения проявили кольца настолько хорошо, что ученые решили отойти немного в сторону от намеченного плана: никому раньше не удавалось не только заснять кольца Урана, но и определить их температуру.
«Я вообще подумал, что облажался и понаделал артефактов при съемке (ха-ха, не то чтобы такое было впервые), — написал руководитель исследований Лей Флетчер (Leigh Fletcher) в своем твиттере. — И только когда я отдалил изображение, понял, на что я смотрю».
Артефактами в данном случае называют ложное изображение, которое не имеет ничего общего с реальным объектом, а возникает из-за неправильно настроенного оборудования. Но в данном случае четкое кольцо было совершенно реальным.
Алексей Тимошенко
Далекая планета Уран – ледяная пустыня Солнечной системы
С древних времен мы наблюдаем в небе Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Соответственно определялся и состав Солнечной системы — шесть планет. Границы ближнего космоса определялись орбитой Сатурна, поэтому мало кто допускал мысль, что Солнечная система значительно больше по своим масштабам. Отсутствие технических средств не позволяло глубже заглянуть в космос и выявить другие объекты, которые имеют отношение к нашей планетарной системе. Такой чести удостоилась седьмая планета Солнечной системы — Уран.
Уран
Открытие седьмой планеты
Еще в 128 году до н.э. Гиппарх наблюдал в ночном небе тусклую точку, которая практически все время оставалась на месте. По этой причине небесное тело считали далекой звездой. В течение человеческой жизни не представляется возможным определить точную траекторию движения такого удаленного объекта. К тому же в те далекие годы отсутствовало систематизированное изучение космического пространства. Положение небесных тел на небе не фиксировалось и не отслеживалось.
Древние астрономы
К слову, продолжительность орбитального полета Урана составляет 84 земных лет.
Анализировать увиденное в ночном небе и фиксировать события, происходящие в космосе, стали гораздо позже, когда появились первые телескопы. Так произошло и с Ураном, за которым стали наблюдать только в конце XVII века. В 1690 году Джон Фламстид впервые задокументировал свои наблюдения, присвоив далекому объекту в созвездии Тельца звездный статус. Впоследствии за седьмой планетой вели наблюдения другие известные в научном мире личности — французский астроном Пьер Лемонье и англичанин Уильям Гершель.
Англичанин детально изучал увиденный объект, считая обнаруженное небесное тело кометой. Однако Гершель недолго заблуждался относительно своего открытия. Ученого смущала траектория орбиты небесного тела, которое совершало движение по небосводу по круговой орбите. Для комет характерной является эллиптическая орбита. После того, как этот факт подтвердили другие исследователи, стало понятно, что перед нами новая планета. Уильяму Гершелю предоставили право дать название седьмой планете, однако предложенный известным астрономом вариант «звезда Георга» не получил поддержки в научном сообществе.
Телескоп Гершеля
Ученые сходились во мнение, что в названиях планет Солнечной системы нужно придерживаться установившейся традиции, давать название в честь богов древнеримского пантеона. Планета, находясь за Сатурном, получила название в честь древнеримского бога Урана. Это название прижилось и стало употребляться в астрономии с середины XIX века.
Древнеримский бог Уран
Характеристики и описание седьмой планеты
Первоначально о далекой планете имелись крайне скудные сведения. Ученым путем математических расчетов удалось узнать астрофизические параметры небесного тела, установить его приблизительные размеры. Выяснилось, что Уран имеет почти круговую орбиту, совершая за 84 года полный оборот вокруг нашего центрального Светила. Объект несется по орбите со средней скоростью 6,81 км/с. Эксцентриситет планеты составляет 0,0457.
В перигелии он приближается к Солнцу на расстояние 2 млрд. 748 млн. 938 тыс. 461 км. В афелии Уран удаляется от нашей звезды на расстояние в 3 млрд. километров. Чтобы достичь окрестностей столь далекой планеты, космическому кораблю, стартовавшему с Земли, придется лететь 9 лет. Космический зонд «Вояджер-2», стартовавший в 1977 году достиг окрестностей Урана только 1986 году. К слову, эта пока единственный космический аппарат, достигший далекой планеты.
Минимальная дистанция между двумя мирами составляет 2 млрд. 570 млн. километров или 17,17 а.е. Для будущих миссий, планируемых в эту область Солнечной системы, можно будет использовать другую траекторию полета. Соответственно сократиться и время пути.
Расстояние между Солнцем, Землей и Ураном
Сама седьмая планета представляет собой уникальный объект. В отличие от других объектов Солнечной системы планетарного типа, Уран лежит на боку. Ось планеты располагается к плоскости эклиптики под углом 98⁰. Этот гигантский шар резво вертится вокруг собственной оси с периодом 17 часов и 24 минуты.
Такое осевое положение можно назвать аномальным. Все остальные планеты Солнечной системы имеют оси вращения, расположенные под небольшим углом к плоскости обращения вокруг Солнца. Это объясняется центростремительными процессами, под воздействием которых шло формирование системы нашей звезды и самих планет. Что стало причиной столь необычного положения седьмой планеты, остается загадкой для ученых. Сегодня имеет место версия, согласно которой такое положение оси планеты стало результатом столкновения Урана с крупным небесным телом, масса которого примерно соответствовала массе Земли.
Находясь в таком положении, Уран неравномерно разогревается потоками солнечного света. Полюса Урана — самые освещаемые области планеты. Соответственным образом поделены и сутки на планете, которые в каждом полушарии длятся 42 земные года.
Угол наклона Урана к орбите
Хрестоматийные данные о планете
Уже в современную эпоху, когда появились мощные оптические приборы, ученым удалось получить информацию о реальных размерах седьмой планеты.
Как выглядит планета Уран в объектив телескопа? Тусклая точка в космосе при близком рассмотрении оказалась ярким гигантским диском сине-зеленой расцветки. Такой необычный цвет вызван химическим составом атмосферы планеты, которая состоит из замерших газов. При детальном рассмотрении выяснилось, что Уран является очередным газовым гигантом, размер которого уступает только размерам Юпитера и Сатурна. Планета схожа со своими старшими братьями Юпитером и Сатурном по составу и структуре.
Планеты-гиганты
Позже, когда ученые открыли восьмую планету, получившую название Нептун, было решено выделить Уран и Нептун в отдельный класс — ледяные гиганты.
Диаметр планетарного диска планеты составляет 50 тыс. км. Его максимальная звездная величина – 5,32. Однако масса Урана не такая большая, как ее размеры. Масса седьмой планеты составляет 8,7х10²⁵ кг, что меньше массы Нептуна. Причина столь незначительной массы кроется в невысокой плотности объекта, которая составляет всего 1,29 г/см³. Это больше, чем плотность Сатурна, почти одинаково с аналогичными параметрами Юпитера и меньше, чем плотность Нептуна.
Плотность планет земной группы
Для сравнения, плотность планет земной группы составляет:
- плотность Меркурия 5,42 г/см³;
- плотность Венеры составляет 5,25 г/см³;
- плотность Земли равняется 5,51 г/см³;
- у Марса этот параметр равен 3,94 г/см³.
Невысокая плотность является главным отличительным признаком всех планет-гигантов, которые представляют собой плотное газообразное тело. Существует теория, что все газовые гиганты — это несостоявшиеся звезды, процесс формирования которых был прерван на начальной стадии. Спектральный анализ поверхности планетарного диска планеты позволил получить данные о составе атмосферы Урана и температурах, царящих в этом далеком мире. Выяснилось, что седьмая планета является полюсом холода Солнечной системы. На поверхности Урана отмечена температура -1200⁰С. Это и послужило поводом считать планету ледяным гигантом, в котором преобладает органический лед в жидком, полужидком и твердом состоянии.
Строение Урана и основные компоненты
Ранее считалось, что твердь планеты находится глубоко в недрах Урана. На практике оказалось, что у ледяного гиганта практически нет твердой поверхности. В центре гиганта имеется небольшое по диаметру железно-каменное ядро, размером с Марс и с такой же массой. Температура в ядре Урана недостаточно высокая, чтобы оказывать влияние на геологию планеты. Плотности ядра достаточно для формирования магнитного поля планеты, удерживающего воздушно-газовую оболочку.
Строение Урана
Ядро Урана заключено в ледяную мантию, которая в основном состоит из горячего ледяного образования, в состав которого входят метан, водяной пар и аммиак. Здесь важно отметить, что 90% всей массы планеты приходится на горячий лед. Другими словами, в недрах Урана плещется океан из воды и аммиака. Подобная модель была построена теоритически благодаря изучению сил гравитации, которыми обладает седьмая планета. Над всем этим ледяным миром возвышается атмосфера, обеспечивающая сине-зеленое сияние далекого ледяного гиганта. В отличие от глубинных слоев, в атмосфере Урана преобладает водород и гелий, которых имеется 82% и 15% соответственно. Остальные 13% атмосферы — это ацетилен и аммиак.
Атмосфера ледяной планеты
Атмосфера Урана
Как и в истории с другими газовыми гигантами, атмосфера на Уране является самой динамичной частью планеты. На планете нет четкой границы между ледяной поверхностью и воздушно-газовой оболочкой. Примерно на высоте 50 км над мнимой поверхностью начинается тропосфера, которая простирается в высоту на 250-300 км. В этом слое атмосферное давление составляет 100 бар при температурах 320К. На этом горизонте царствуют плотные аммиачные облака и скопления сероводородов. Быстрое вращение планеты вокруг собственной оси, причем в противоположную сторону орбитальному движению планеты, приводит к интенсивному возмущению атмосферы. В атмосфере Урана бушуют гигантские ураганы, а скорость ветров на этой планете является рекордной для Солнечной системы – более 900 км/ч.
В 2012 году с борта космического телескопа Хаббл был замечен гигантский шторм, бушующий на поверхности седьмой планеты. Параметры этого урагана по-настоящему апокалиптические: длина штормовой области составляла 3000 км и 1700 км в поперечнике.
Ураганы на Уране
Выше этого слоя начинается стратосфера, простирающая на 4000 км. ввысь. Здесь давление подходит к нулевой отметке и к аммиаку добавляется метан. Облачность принимает разреженные формы и мало влияет на формирования планетарного климата. Температура в стратосфере постоянно варьируется, в зависимости от времени суток. Ночью здесь ледяной холод с температурой -200 градусов Цельсия. Днем в стратосфере начинается настоящее пекло, когда под воздействием солнечной радиации температура растет до отметки 550⁰С.
В химический состав стратосферы добавляется этан, придающий облику планеты характерный сине-зеленый оттенок. Присутствие ацетилена и метана в стратосфере, способствует образованию парникового эффекта, удерживающего то солнечное тепло, которое доходит до далекой планеты.
Исследования Урана сегодня и завтра
Как и другие газовые гиганты, Уран имеет свою свиту. У этой планеты есть даже своя система колец. Эти образования не столь яркие, как у Сатурна, однако достаточно плотные. Из 13 колец 2 имеют четко выраженный цветовой оттенок. Окольцованный ледяной гигант бежит в космическом пространстве в соседстве с 27 спутниками. Первые два самых крупных спутника Титанию и Оберон открыл еще Уильям Гершель в 1787 году. Впоследствии оказалось, что за ними расположены орбиты еще 25 естественных спутников, среди которых Умбриэль, Ариэль и Миранда имеют довольно крупные размеры.
«Вояджер» возле Урана
Изучение Урана осложняется тем, что планета лежит на значительном удалении от нашей планеты. Имеющиеся данные об этой планете и ее спутниках, не дают основания считать эту область Солнечной системы привлекательной с точки зрения практического освоения. Прикладная наука сосредоточена главным образом на спутниках Юпитера и Сатурна, которые имеют уникальные геофизические характеристики и могут быть интересны для последующего изучения.
Этим объясняется отсутствие миссий, в программе которых предусматривается изучение Урана и его окрестностей. Единственным кораблем, который сумел приблизиться к Урану на расстояние вытянутой руки, стал аппарат «Вояджер-2», достигший далекой планеты в 1986 году.
На Нептуне и Уране действительно идут дожди из алмазов. Ученые доказали это на Земле
Автор фото, NASA
Ученые давно подозревали, что на Уране и Нептуне могут идти дожди из настоящих алмазов. Теперь это предположение получило еще одно подтверждение — причем новые доказательства были получены опытным путем.
Обе эти планеты относятся к так называемым ледяным гигантам, хотя на самом деле вещество, из которого они состоят, находится в жидко-газообразном состоянии, а его температура достигает нескольких тысяч градусов.
Атмосфера как Урана, так и Нептуна, состоит в основном из гелия и водорода, но глубже находятся более тяжелые элементы и вещества, в том числе метан. Согласно гипотезе, на глубине около 7 тыс. км температура и давление достигают такой величины, что метан должен распадаться на составляющие его элементы: углерод и водород.
В результате более легкий водород поднимается в атмосферу, а углерод под действием окружающей среды превращается в кристаллы алмаза и, напротив, медленно опускается ближе к каменно-ледяному ядру.
Чтобы подтвердить эту теорию, исследователи американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете решили воссоздать на Земле условия, близкие к тем, что можно найти в глубинах Урана.
Сделать это открытие ученым из SLAC удалось при помощи уникальной аппаратуры лаборатории, а вместо метана (Ch5) они использовали стирол (C8H8) — его физические свойства больше похожи на вещество, в которое превращается метан при столь колоссальном давлении и температуре.
При чем здесь слоны?
При помощи лазера на свободных электронах LCLS (Linac Coherent Light Source) стирол разогрели до температуры 5000 кельвинов (примерно настолько жарко, если забраться вглубь Урана или Сатурна на 10 тысяч километров), а давление увеличили до 1,5 млн бар — по словам одного из авторов эксперимента, «это все равно что поставить 250 африканских слонов на ноготь большого пальца».
Автор фото, AFP
Подпись к фото,Так выглядит планета Уран
В результате им удалось увидеть, как содержащийся в стироле углерод превращается в алмазы, а оставшаяся часть вещества выделяется в виде чистого водорода.
Первый в мире рентгеновский излучатель на свободных электронах был разработан в той же лаборатории. Он усиливает рентгеновские волны, генерируя лазерное излучение без использования системы зеркал, и за счет этого позволяет проводить более точные измерения.
Теория возникновения алмазов на ледяных гигантах была выдвинута несколько десятилетий назад — и с тех пор неоднократно подтверждалась как расчетами, так и экспериментально.
В 2017 году ее почти удалось доказать специалистам все той же лаборатории SLAC в Калифорнии. Тогда они использовали оптический лазер Matter in Extreme Conditions (MEC), но теперь — при помощи нового точного оборудования — процесс превращения углерода в алмазы изучен значительно более подробно.
Об Уране и Нептуне — самых отдаленных планетах нашей Солнечной системы — ученым известно сравнительно немного. Обе они находятся настолько далеко от Земли, что добраться до них удалось только космическому зонду «Вояджер-2» — но и тот лишь пролетел мимо них, поскольку у него не было задачи пристально изучать эти планеты.
По данным НАСА, в нашей галактике примерно в 10 раз больше ледяных гигантов, похожих на Уран и Нептун (иногда их так и называют — холодные нептуны), чем так называемых холодных юпитеров (к ним в Солнечной системе относятся сам Юпитер и Сатурн).
Новое открытие это, в свою очередь, подтверждает и еще одну догадку ученых. Дело в том, что Нептун излучает примерно в 2,6 раза больше энергии, чем получает от Солнца. По всей видимости, если к ядру планеты действительно постоянно опускаются алмазы, то их гравитационная энергия превращается в тепловую за счет трения с другими материалами, что и разогревает планету.
Планета Уран
Уран — третий «газовый гигант» из четырех планет, расположенных вблизи Солнца. В целом, Уран — седьмая планета в нашей солнечной системе, находящаяся на среднем расстоянии 1,8 миллиарда миль от Солнца (вдвое дальше Сатурна). Его вращение быстрое, около 18 часов, достаточно, чтобы сгладить планету на ее полюсах (характеристика всех газовых гигантов). Урану требуется 84 года, чтобы вращаться вокруг Солнца, а у планеты цвета морской волны есть 27 известных спутников. Шесть из этих спутников были открыты с 1997 года.
Атмосфера и погода: В течение многих лет считалось, что Уран — безвкусная планета. Однако недавний анализ, проведенный космическим телескопом Хаббла, показывает, что Уран — это планета с динамической погодой, характеризующаяся огромными штормами (некоторые из которых покрывают половину или более Соединенных Штатов), полосатым облачным покровом и самыми яркими верхними частями облаков во внешней Солнечной системе. В конце 2006 года телескоп Хаббла обнаружил на Уране темное облако. Размер этого шторма составлял две трети США.Облака окутывают планету широтной полосой, подобной Юпитеру и Сатурну, но гораздо более тусклой. Средняя температура облаков составляет -315 градусов по Фаренгейту, а кристаллы льда аммиака и метана составляют состав облаков. Недавно было обнаружено, что скорость ветра на Уране колеблется от 90 до 360 миль в час, а средняя температура планеты составляет -353 градуса по Фаренгейту. Самая холодная температура, обнаруженная в нижних слоях атмосферы Урана, составляет -371 градус по Фаренгейту, что соперничает с температурой Нептуна. низкие температуры.Данные Хаббла показывают, что облака окружают Уран со скоростью более 300 миль в час. На этом изображении в ближнем инфракрасном диапазоне, сделанном телескопом Хаббл, показано справа, на левой стороне диска видны яркие вершины облаков. Как и у других газовых гигантов, Уран имеет атмосферу, состоящую в основном из водорода, за которым следуют гелий и немного метана.
Что очень интересно в Уране, так это то, что его ось имеет огромный наклон 98 градусов. В основном он лежит на боку так, чтобы на столбы попадали прямые солнечные лучи.Это создает экстремальные сезоны, и когда Солнце встает на одном из полюсов, этот полюс будет получать прямой солнечный свет в течение 42 лет. Поэтому сезонные колебания огромны: когда темная сторона планеты выходит из своего более чем 40-летнего сна, замерзшая атмосфера резко нагревается, вызывая сильные штормы. Любопытно, однако, что Уран все еще теплее на своем экваторе, чем на полюсах, хотя на полюса попадает прямой солнечный свет с очень низким углом наклона Солнца над экваториальной областью. Не совсем понятно, почему.Кроме того, в отличие от других газовых гигантов, Уран не излучает больше тепла, чем получает. Это говорит о том, что у планеты может быть холодное внутреннее пространство без внутреннего источника тепла.
Примечание: У Урана очень узкая и сложная кольцевая система, которая кажется хрупкой из-за того, что она колеблется. У других газовых гигантов «шатких» колец нет. Уран — последняя планета в нашей солнечной системе, которую можно увидеть невооруженным глазом. Однако нужно иметь чрезвычайно темное небо и хорошее зрение, чтобы увидеть Уран без помощи бинокля.Уран светит со средней величиной +5,5, что уже выходит за рамки того, что может обнаружить человеческий глаз. Если посмотреть в нужном месте, Уран можно легко найти в стандартный бинокль.
КРАТКИЕ ФАКТЫ( Данные взяты из НАСА Годдарда)
| Среднее расстояние от Солнца | 1,8 миллиарда миль |
| Перигелий | 1,7 миллиарда миль |
| Афелий | 1.86 миллиардов миль |
| Звездное вращение | 17,24 земных часа |
| Продолжительность светового дня | 17,24 земных часа |
| Звездная революция | 84 земных года |
| Диаметр на экваторе | 31 693 миль |
| Наклон оси | 97,77 градусов |
| Луны | 27 известных |
| Атмосфера | Водород (82.5%), гелий (15%), метан (2,3%) |
| Первооткрыватель | Уильям Гершель |
| Дата открытия | 13 марта 1781 |
ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
Среднее расстояние от Солнца: Среднее расстояние от центра планеты до центра Солнца.
Перигелий: Точка на орбите планеты, ближайшая к Солнцу.
Афелий: Точка на орбите планеты, наиболее удаленная от Солнца.
Звездное вращение: Время, за которое тело совершит один оборот вокруг своей оси относительно неподвижных звезд, таких как наше Солнце. Сидерическое вращение Земли составляет 23 часа 57 минут.
Продолжительность дня: Среднее время, за которое Солнце переместится из положения полудня на небе в точку на экваторе обратно в то же положение. Продолжительность дня Земли = 24 часа
Звездное вращение: Время, необходимое для совершения одного полного оборота вокруг Солнца.
Наклон оси: Если представить, что плоскость орбиты тела идеально горизонтальна, то наклон оси — это величина наклона экватора тела относительно плоскости орбиты тела. Земля наклонена вокруг своей оси в среднем на 23,45 градуса.
Какова средняя температура поверхности планет в нашей Солнечной системе?
Не секрет, что Земля — единственная обитаемая планета в нашей Солнечной системе. На всех планетах, кроме Земли, отсутствует пригодная для дыхания атмосфера для земных существ, но также многие из них слишком горячие или слишком холодные, чтобы поддерживать жизнь.«Обитаемая зона», которая существует в каждой системе планет, вращающихся вокруг звезды. Планеты, находящиеся слишком близко к своему солнцу, расплавлены и токсичны, а планеты, находящиеся слишком далеко за его пределами, ледяные и замороженные.
Но в то же время силы, отличные от положения относительно нашего Солнца, могут влиять на температуру поверхности. Например, некоторые планеты заблокированы приливом, что означает, что у них одна из сторон постоянно обращена к Солнцу. Другие нагреваются внутренними геологическими силами и достигают некоторого тепла, которое не зависит от воздействия солнечных лучей.Так насколько же горячие и холодные миры в нашей Солнечной системе? Какие именно температуры на поверхности этих скалистых миров и газовых гигантов делают их неприветливыми для жизни, какой мы ее знаем?
Меркурий:
Из восьми наших планет Меркурий находится ближе всего к Солнцу. Таким образом, можно было бы ожидать, что он будет испытывать самые высокие температуры в нашей Солнечной системе. Однако, поскольку Меркурий также не имеет атмосферы и вращается очень медленно по сравнению с другими планетами, температура поверхности колеблется в довольно широких пределах.
Это означает, что сторона, открытая солнцу, остается открытой в течение некоторого времени, позволяя температуре поверхности достигать 465 ° C. Между тем, с другой стороны, температура может опускаться до -184 ° C. Следовательно, Меркурий колеблется от экстремальной жары до экстремального холода и не является самой горячей планетой в нашей Солнечной системе.
Венера — невероятно горячий и враждебный мир из-за сочетания плотной атмосферы и близости к Солнцу. Кредит изображения: НАСА / Лаборатория реактивного движенияВенера:
Эта честь достается Венере, второй ближайшей к Солнцу планете, которая также имеет самые высокие средние температуры поверхности — до 460 ° C на регулярной основе.Частично это связано с близостью Венеры к Солнцу, находящейся как раз на внутреннем краю зоны обитаемости, но также и с плотной атмосферой Венеры, которая состоит из тяжелых облаков из углекислого газа и двуокиси серы.
Эти газы создают сильный парниковый эффект, который задерживает значительную часть солнечного тепла в атмосфере и превращает поверхность планеты в бесплодный расплавленный ландшафт. Поверхность также отмечена обширными вулканами и потоками лавы и покрыта облаками серной кислоты.Ни в коем случае не гостеприимное место!
Земля:
Земля — третья планета от Солнца, и пока это единственная известная нам планета, способная поддерживать жизнь. Средняя температура поверхности здесь составляет около 14 ° C, но она варьируется в зависимости от ряда факторов. Во-первых, ось нашего мира наклонена, что означает, что одно полушарие наклонено к Солнцу в определенное время года, а другое — наклонно.
Это не только вызывает сезонные изменения, но и обеспечивает более высокую температуру в местах, расположенных ближе к экватору, а в местах на полюсах — холоднее.Поэтому неудивительно, почему самая высокая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, была в пустынях Ирана (70,7 ° C), а самая низкая была зафиксирована в Антарктиде (-89,2 ° C).
Тонкая атмосфера Марса, видимая на горизонте, слишком слаба, чтобы сохранять тепло. Предоставлено: НАСАМарс:
Средняя температура поверхности Марса составляет -55 ° C, но Красная планета также испытывает некоторую изменчивость: в полдень температура колеблется от 20 ° C на экваторе до -153 ° C на полюсах.Однако в среднем он намного холоднее Земли, поскольку находится на внешнем краю обитаемой зоны и из-за ее тонкой атмосферы, которой недостаточно для удержания тепла.
Кроме того, температура его поверхности может варьироваться на целых 20 ° C из-за эксцентрической орбиты Марса вокруг Солнца (что означает, что он ближе к Солнцу в определенных точках своей орбиты, чем в других).
Юпитер:
Поскольку Юпитер — газовый гигант, у него нет твердой поверхности, следовательно, у него нет температуры поверхности.Но измерения, сделанные с верхней части облаков Юпитера, показывают температуру примерно -145 ° C. Ближе к центру температура планеты повышается из-за атмосферного давления.
В точке, где атмосферное давление в десять раз больше, чем на Земле, температура достигает 21 ° C, что мы, земляне, считаем комфортной «комнатной температурой». В ядре планеты температура намного выше, достигая 35 700 ° C — это жарче, чем даже поверхность Солнца.
Сатурн и его кольца, видимые сверху космическим кораблем «Кассини». Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Институт космических исследований / Гордан УгарковичСатурн:
Из-за удаленности от Солнца Сатурн — довольно холодный газовый гигант со средней температурой -178 ° по Цельсию. Но из-за наклона Сатурна южное и северное полушария нагреваются по-разному, что вызывает сезонные колебания температуры.
И так же, как Юпитер, температура в верхних слоях атмосферы Сатурна холодная, но увеличивается ближе к центру планеты.Считается, что в ядре планеты температура достигает 11700 ° C.
Уран:
Уран — самая холодная планета в нашей Солнечной системе с самой низкой зарегистрированной температурой -224 ° C. Несмотря на удаленность от Солнца, наибольший фактор, способствующий его холодной природе, связан с его ядром.
Как и другие газовые гиганты в нашей Солнечной системе, ядро Урана выделяет гораздо больше тепла, чем поглощается Солнцем. Однако при внутренней температуре около 4737 ° C внутренняя часть Урана дает только одну пятую тепла, которое дает Юпитер, и менее половины тепла Сатурна.
Нептун, сфотографированный космическим аппаратом Вояджер 2. Изображение предоставлено НАСА / Лаборатория реактивного движенияНептун:
При температурах в верхних слоях атмосферы Нептуна до -218 ° C, планета является одной из самых холодных в нашей Солнечной системе. И, как и у всех газовых гигантов, у Нептуна есть гораздо более горячее ядро, которое составляет около 7000 ° C.
Короче говоря, Солнечная система работает от очень холодных до экстремально жарких, с большим разбросом и лишь несколькими местами с умеренным климатом, достаточным для поддержания жизни. И из всего этого только планета Земля, кажется, обеспечивает тщательный баланс, необходимый для ее постоянной поддержки.
Universe Today есть много статей о температуре каждой планеты, включая температуру Марса и температуру Земли.
Вы также можете ознакомиться с этими статьями о фактах о планетах и обзоре планет.
У НАСА есть отличный график, на котором сравниваются температуры всех планет в нашей Солнечной системе.
Astronomy Cast имеет эпизоды на всех планетах, включая Меркурий.
Нравится:
Нравится Загрузка…
Какая самая холодная планета в нашей Солнечной системе
Если коротко, то у Нептуна самая низкая общая средняя температура, а у Урана самая холодная зарегистрированная температура.
Длинный ответ заключается в том, что когда-то давным-давно ответ на этот вопрос был простым. Плутон был самой удаленной от Солнца планетой, а также самой холодной. Однако Плутон был рассекречен как планета в 2006 году и теперь известен как карликовая планета. Итак, какая сейчас самая холодная планета в нашей Солнечной системе?
Звучит как простой вопрос, но на самом деле за это звание претендуют две планеты.Все зависит от того, говорим ли мы о средней температуре планеты или о самой низкой температуре, которой достигает планета.
Нептун
Большинство скажет, что самой холодной планетой в нашей солнечной системе является морозный Нептун. Это потому, что это восьмая планета в нашей солнечной системе и, следовательно, самая удаленная от Солнца. Солнце — наш основной источник тепла, поэтому было бы логично предположить, что наиболее удаленная от него планета будет самой холодной. Нептун не зря называют ледяным гигантом.
Средняя температура составляет около -214 градусов по Цельсию. Это намного холоднее, чем в среднем на Земле — 15 градусов по Цельсию. Нептун не имеет твердой поверхности как таковой, а вместо этого имеет ледяной слой воды, который служит мантией планеты. Это затрудняет определение температуры поверхности, но исследования, проводимые с Земли и с помощью миссий, смогли получить эту среднюю температуру из верхних слоев атмосферы.
Уран
Любопытно, но Нептун имеет титул самой холодной средней температуры, и это седьмая планета от Солнца, Уран, которая имеет рекорд самой низкой температуры.Это было зарегистрировано при очень низкой температуре -224 градуса по Цельсию.
Это неожиданно, поскольку Уран более чем на миллиард миль ближе к Солнцу, чем Нептун. Это долгий путь! Так как же может быть холоднее? Что ж, несмотря на большое расстояние между этими двумя ледяными гигантами, они оба настолько далеко в Солнечной системе, что Солнце мало влияет на температуру планет. Любая жара в основном вызвана движением планет и их недр, в чем и заключаются различия между ними.
Одна теория связана с любопытным положением Урана. Уран расположен на оси 98 градусов, что означает, что планета вращается вокруг Солнца на своей стороне. Это уникально, хотя некоторые из них немного наклонены, ни одна из других семи планет в нашей Солнечной системе не делает этого.
Астрономы не совсем уверены в причине этого, но считается, что давным-давно, когда Солнечная система только формировалась, Уран был поражен большим объектом. Этот объект должен был быть очень большим, может быть, даже размером с планету Земля, чтобы иметь возможность сбить целую планету со своей оси.Это вызвало бы огромные возмущения в ядре планеты, и в процессе было бы потеряно много тепла, при этом тепло продолжало бы выходить из атмосферы планеты из-за ее странной ориентации.
У Нептуна и Урана очень похожие атмосферы с высоким содержанием метана. Метан — это газ, очень хорошо улавливающий тепло. Он будет пытаться удерживать любое тепло, достигающее планеты. В атмосфере Нептуна немного выше уровень метана, поэтому он более эффективно удерживает тепло, выделяемое в его ядре.Итак, Нептун изначально имеет больше тепла и атмосферу, которая лучше удерживает его.
Связанные вопросы
Какой порядок планет от самых горячих до самых холодных?
Планеты от самых горячих к самым холодным почти соответствуют их близости к Солнцу, потому что Солнце является основным источником тепла. Однако еще один фактор, влияющий на температуру атмосферы планеты, — это газы, из которых состоит атмосфера. Такие газы, как углекислый газ, вызывают парниковый эффект, задерживая тепло.
Hottest
Атмосфера Венеры состоит из углекислого газа и азота с облаками из капель серной кислоты. Парниковые газы в атмосфере Венеры улавливают тепло и делают его настолько горячим, что можно расплавить свинец. Фактически, любой исследовательский космический корабль НАСА, который приземлился на Венере, мог продержаться всего несколько часов. С атмосферной температурой 864 градуса по Фаренгейту вторая планета самая горячая.
Cool
На фотографиях Марса вы можете увидеть лед в атмосфере.Из-за своего наклона у Марса есть сезоны, как у Земли. Зимой температура может опускаться до -125 градусов по Фаренгейту. Нынешние температуры и атмосферные условия не позволяют воде существовать на планете очень долго, что делает сомнительным существование жизни на Марсе. Однако ученые нашли доказательства того, что вода когда-то существовала на планете.
В некоторых частях Земли температура может достигать -126 градусов по Фаренгейту, что похоже на самые низкие температуры на Марсе.
Холодный
Как ближайшая к Солнцу планета, можно ожидать, что Меркурий будет одной из самых горячих планет, и это так.Также он один из самых холодных. Поскольку у Меркурия нет атмосферы, температура на стороне планеты, обращенной к Солнцу, может достигать 800 градусов, а на стороне, противоположной Солнцу, самая низкая температура может упасть до -290 градусов по Фаренгейту.
Известный своими кольцами из кусков льда и камней, самые низкие температуры Сатурна могут достигать -288 градусов по Фаренгейту. Если вы весите 100 фунтов на Земле, вы будете весить примерно 107 фунтов на Сатурне. Атмосфера состоит в основном из гелия и водорода.
Самая большая планета в нашей солнечной системе содержит систему лун и колец, которые делают ее похожей на минисистему.У Юпитера 50 спутников — четыре больших и 46 меньших. Массивная планета может похолодать до -234 градусов по Фаренгейту. Подобно Сатурну и Урану, атмосфера состоит из водорода и гелия.
Самая холодная планета
Уран с температурой -357 градусов по Фаренгейту является самой холодной планетой в Солнечной системе. Атмосфера состоит из метана, водорода и гелия — метан придает ей зеленый вид. Большая часть массы Урана состоит из воды, метана и аммиачного льда.
Поскольку Плутон был классифицирован как карликовая планета в 2006 году, Нептун стал самой дальней планетой от Солнца. Неудивительно, что Нептун, расположенный в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, является одной из самых холодных планет. Он имеет температуру -214 градусов по Фаренгейту. Атмосфера, как и у Урана, состоит из водорода, гелия и метана. Ученые считают, что в атмосфере существует еще один неизвестный газ, потому что он кажется ярко-синим, в отличие от сине-зеленого Урана, который исходит из метана.
Какая самая холодная планета?
Вы чувствуете холодные зимние ветры там, где живете? Когда длинные темные зимние дни начинают тянуться и продолжаться, может показаться, что Земля — самая холодная планета в нашей Солнечной системе. В конце концов, во многих районах нередко возникают отрицательные температуры или даже опускания ниже 0 ° F на регулярной основе.
Но действительно ли Земля самая холодная планета в Солнечной системе? Астрономы быстро скажут вам, что это даже не близко.Фактически, то, что Земля является третьей планетой от Солнца, делает Землю одной из самых теплых планет, и это хорошо для нас, людей. Мы не сможем пережить некоторые из самых низких температур, которые можно найти дальше в Солнечной системе.
Земля находится на удобном расстоянии от Солнца, что позволяет людям и всем формам жизни на Земле процветать. Однако по мере удаления от Солнца температура падает, поскольку планеты получают все меньше и меньше согревающих лучей Солнца.
Используя свою дедуктивную силу, вы, возможно, уже догадались, какая планета в нашей Солнечной системе самая холодная.Если вы фанат старой школы планет, вы, вероятно, думаете, что Плутон — самая холодная планета, потому что она находится дальше всего от Солнца. И, учитывая, что температура иногда опускается до -387º F, вы были бы правы, за исключением того, что Плутон теперь классифицируется как карликовая планета и больше не считается «настоящей» планетой.
Значит, титул самой холодной планеты достанется «настоящей» планете, наиболее удаленной от Солнца, верно? Что ж, хотя в этом есть смысл, вы правы лишь частично. Это зависит от того, как вы определяете «самый холодный».»
Если Плутон не участвует в гонке, самой далекой» реальной «планетой от Солнца является Нептун. Нептун и его сосед Уран известны как» ледяные гиганты «, поскольку они состоят из огромного количества камней и воды. аммиак и кристаллы льда метана. Уран в среднем находится на расстоянии 1,79 миллиарда миль от Солнца, в то время как Нептун в среднем находится на расстоянии 2,8 миллиарда миль от Солнца.
Находится более чем на миллиард миль от Солнца и получает только около 40% солнечной радиации, получаемой Ураном, можно подумать, что Нептун будет намного холоднее Урана.Ученые были удивлены, узнав, что Уран достигает более низких температур, несмотря на то, что Нептун в среднем холоднее Урана.
Например, средняя температура Нептуна составляет примерно -350 ° F. Несмотря на то, что Уран находится на миллиард миль ближе к Солнцу, средняя температура Урана составляет примерно -325 ° F. Хотя Уран обычно немного теплее Нептуна, он действительно достигает самых низких температур. температуры любой планеты. Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная для Урана, составляла -371 ° F!
Ученые не совсем уверены, почему Уран достигает таких низких температур, несмотря на то, что он намного ближе к Солнцу, чем Нептун.Некоторые предполагают, что это может иметь какое-то отношение к странной ориентации планеты.
Кажется, Уран повалился набок, возможно, в результате сильного удара еще тогда, когда Солнечная система только формировалась. Ученые считают, что странный наклон Урана может вызвать выброс тепла из его ядра в космос. Ученые также подозревают, что у Урана очень активная атмосфера, из-за которой он теряет тепло. Для сравнения ученые считают, что атмосфера Нептуна помогает удерживать тепло от его горячего ядра, что приводит к более высоким температурам, чем можно было бы ожидать.
Уран — Информация об элементе, свойства и использование
Расшифровка:
Химия в ее элементе: уран
(Promo)
Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.
(Конец промо)
Крис Смит
Что касается химии в ее стихии на этой неделе, можете ли вы угадать, что связывает кили лодки, бронебойное оружие, красивое цветное стекло, которое вы можете отследить с помощью счетчика Гейгера и больше степеней окисления, чем химик может встряхнуть стеклянной палочкой.Если нет, то вот Полли Арнольд с ответом.
Polly Arnold
Уран, безусловно, является одним из самых известных или, возможно, я бы сказал печально известных элементов. Это самый тяжелый природный элемент. На самом деле его больше в земной коре, чем серебра. Это один из восьми элементов, названных в честь небесных объектов, но вы можете не подумать, что уран заслуживает названия в честь планеты Уран. Блестящий черный порошок, который химик Клапрот выделил из минеральной урановой обманки в 1789 году — всего через восемь лет после открытия Урана — на самом деле был оксидом урана.Лишь пятьдесят два года спустя Эжен Мельхиор Пелиго восстановил тетрахлорид урана калием, и в этих более суровых условиях наконец получил чистый серебристо-белый металл. Образцы металла быстро тускнеют на воздухе, но если металл мелко разделен, он воспламеняется.
Уран находится среди актинидов, второй металлической оболочки, заполняющей свои f-орбитали валентными электронами, что делает их большими и тяжелыми.
В химическом отношении уран восхитителен.Его ядро настолько полно протонов и нейтронов, что оно сближает свои основные электронные оболочки. Это означает, что в игру вступают релятивистские эффекты, влияющие на орбитальные энергии электронов. Электроны внутреннего ядра движутся быстрее и притягиваются к тяжелому ядру, лучше защищая его. Таким образом, внешние валентные орбитали более экранированы и расширены и могут образовывать гибридные молекулярные орбитали, которые вплоть до нынешнего столетия приводили аргументы в пользу точного упорядочения энергий связи в ионе уранила.
Это означает, что теперь можно объединить множество орбиталей, чтобы образовать связи, и, следовательно, некоторые очень интересные соединения. В отсутствие воздуха уран может демонстрировать широкий диапазон степеней окисления, в отличие от лантаноидов, расположенных непосредственно над ним, и он образует множество глубоко окрашенных комплексов в своих более низких степенях окисления. Тетрахлорид урана, восстановленный Пелиго, имеет красивый травянисто-зеленый цвет, а трийодид — темно-синий. Из-за этого некоторые считают его «большим переходным металлом».Большинство этих соединений сложно создать и охарактеризовать, поскольку они так быстро реагируют с воздухом и водой, но в этой области химии все еще есть возможности для больших достижений.
Разветвления релятивистских эффектов на энергии связывающих электронов вызвали большой интерес у нас, химиков-синтетиков, но, к сожалению, у многих химиков-экспериментаторов и химиков, пытающихся понять, как лучше справиться с наследием ядерных отходов, появилось много головной боли.
В окружающей среде уран неизменно существует в виде диоксидной соли, называемой ионом уранила, в которой он плотно зажат между двумя атомами кислорода в высшей степени окисления.Известно, что соли уранила не реагируют с атомами кислорода, и около половины всех известных соединений урана содержат этот диоксомотив. Одна из самых интересных сторон этой области химии урана проявилась в последние пару лет: несколько исследовательских групп нашли способы стабилизировать однократно восстановленный ион уранила, фрагмент, который традиционно считался слишком нестабильным для выделения. Этот ион теперь начинает проявлять реактивность на своих атомах кислорода и, возможно, сможет научить нас многому о более радиоактивных и более реактивных искусственных сестрах урана, нептунии и плутонии — они также присутствуют в ядерных отходах, но с ними трудно работать. в количествах, превышающих миллиграммы.
За пределами химической лаборатории уран наиболее известен своей ролью ядерного топлива. Это было в центре внимания многих химиков в последние месяцы из-за международных дебатов о роли, которую ядерная энергия может играть в будущем как низкоуглеродный источник энергии, и о том, пригодны ли наши новые поколения более безопасных и эффективных электростанций. человеко-стойкий.
Для производства топлива, которое используется в реакторах для выработки электроэнергии, природный уран, который почти полностью состоит из U-238, обогащается изотопом U-235, который обычно присутствует только в количестве около 0.7%.
Остатки, называемые обедненным ураном, или DU, имеют значительно пониженное содержание U-235, составляющее всего около 0,2%. Он на 40% менее радиоактивен, чем природный уран и материал, из которого мы делаем соединения в лаборатории.
Потому что это настолько плотным, DU также используется в экранировании, в килей лодок и более спорно, в носах бронебойного оружия. Металл имеет желаемую способность самозатачиваться, когда проникает в цель, а не становится грибовидным при ударе, как это делает обычное оружие с наконечником из карбида вольфрама.
Критики оружия с обедненным ураном утверждают, что он может накапливаться на полях сражений. Поскольку уран в первую очередь является альфа-излучателем, его радиоактивность действительно становится проблемой, только если он попадает внутрь организма, где он может накапливаться в почках, вызывая повреждение. Однако уран также является тяжелым металлом, и его химическая токсичность имеет большее значение — он примерно так же токсичен, как свинец или ртуть.
Но уран не заслуживает того, чтобы его считали одним из гадостей периодической таблицы. Считается, что большая часть внутреннего тепла Земли происходит из-за разложения природных урановых и ториевых отложений.Возможно, тем, кто хочет улучшить общественный имидж ядерной энергетики, следует потребовать переименования геотермальных наземных тепловых насосов в ядерные?
Репутация этого элемента также была бы значительно лучше, если бы только урановое стекло было наиболее широко известным лицом элемента. Точно так же, как соли свинца добавляют в стекло для изготовления сверкающей хрустальной посуды, соли уранила придают стеклу очень красивый и полупрозрачный желто-зеленый цвет, хотя стеклодувы проводят эксперименты, чтобы получить широкий спектр цветов, похожих на драгоценные камни.Во время археологических раскопок около Неаполя в 1912 году была обнаружена небольшая зеленая мозаичная плитка, датированная 79 годом нашей эры, которая, как сообщалось, содержала уран, но эти утверждения не были подтверждены. Однако в начале 19-х -х и начале 20-х -х веков он широко использовался в таре и фужерах. Если вы думаете, что у вас есть кусок, вы можете проверить его с помощью счетчика Гейгера или по характерной зеленой флуоресценции урана, когда он находится под УФ-лампой. Обычно считается, что из кусочков можно пить, но не рекомендуется сверлить в них отверстия и носить их.Справедливо.
Крис Смит
Или, предположительно, случайно съел это тоже. Это была химик из Эдинбургского университета Полли Арнольд, который объяснил более мягкую сторону бронебойного элемента урана. На следующей неделе Андреа Селла познакомит нас с кристаллами с интригующими свойствами.
Андреа Селла
«Это потрясающий материал. Вы ДОЛЖНЫ это увидеть». Он вытащил из кармана флакон с образцом, содержащий потрясающие розовые кристаллы, которые соблазнительно блестели.»Вау!» Я сказал — химика всегда можно удивить красивыми кристаллическими продуктами. «Становится лучше». — загадочно сказал он. Он поманил меня в коридор. «Смотри», — сказал он. Когда кристаллы улавливали свет от новых люминесцентных ламп, свисающих с потолка, розовый цвет, казалось, становился все ярче и ярче. «Вау!» Я снова сказал. Мы переместили кристаллы обратно на солнечный свет, и цвет снова потускнел, и, перемещая кристаллы вперед и назад, они волшебным образом светились и тускнели.
Крис Смит
Но что они содержали? Что ж, ответ — это эрбий, и вы можете услышать все о нем в выпуске «Химия в его элементе» на следующей неделе.Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.
(промо)
(конец промо)
Радиоактивный калий может быть основным источником тепла в ядре Земли
Радиоактивный калий может быть основным источником тепла в ядре Земли
Роберт Сандерс, специалист по связям со СМИ | 10 декабря 2003
БЕРКЛИ. Согласно недавним экспериментам Калифорнийского университета в Беркли, радиоактивный калий, достаточно распространенный на Земле, чтобы сделать богатые калием бананы одним из самых «горячих» продуктов питания, также является значительным источником тепла в ядре Земли. геофизики.
Считается, что радиоактивный калий, уран и торий являются тремя основными источниками тепла в недрах Земли, помимо тех, которые генерируются при формировании планеты. Вместе тепло заставляет мантию активно взбалтывать, а ядро создает защитное магнитное поле.
Но геофизики обнаружили в земной коре и мантии гораздо меньше калия, чем можно было бы ожидать, исходя из состава скальных метеоров, которые предположительно сформировали Землю. Если, как предполагают некоторые, недостающий калий находится в железном ядре Земли, как такой легкий элемент, как калий, попал туда, особенно с учетом того, что железо и калий не смешиваются?
Канани Ли, недавно получившая докторскую степень.D. из Калифорнийского университета в Беркли и профессор Земли и планетологии Калифорнийского университета в Беркли Раймонд Жанло нашли возможный ответ. Они показали, что при высоких давлениях и температурах внутри Земли калий может образовывать сплав с железом, который ранее не наблюдался. Во время формирования планеты этот калийно-железный сплав мог опуститься в ядро, истощая калий в вышележащей мантии и коре и обеспечивая радиоактивный калиевый источник тепла в дополнение к источнику тепла урана и тория в ядре.
Ли создал новый сплав путем сжатия железа и калия между кончиками двух алмазов до температуры и давления, характерных для 600-700 километров под поверхностью — 2500 градусов Цельсия и почти 4 миллиона фунтов на квадратный дюйм, или четверть миллиона. атмосферное давление.
«Наши новые результаты показывают, что ядро может содержать до 1200 частей на миллион калия — чуть более одной десятой процента», — сказал Ли. «Это количество может показаться небольшим, и оно сопоставимо с концентрацией радиоактивного калия, естественно присутствующего в бананах.Однако в сумме по всей массе ядра Земли этого может быть достаточно, чтобы обеспечить одну пятую тепла, выделяемого Землей ».
Ли и Жанло представят свои выводы 10 декабря в Американском геофизическом союзе. встреча в Сан-Франциско, и в статье, принятой к публикации в Geophysical Research Letters .
«В одном эксперименте Ли и Жанло продемонстрировали, что калий может быть важным источником тепла для геодинамо, предоставив выход из некоторых проблемных аспектов. тепловой эволюции ядра и также продемонстрировал, что современная вычислительная физика минералов не только дополняет экспериментальную работу, но и может служить руководством для плодотворных экспериментальных исследований », — сказал Марк Буковински, профессор науки о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли, который предсказал необычное сплав в середине 1970-х гг.
Геофизик Брюс Баффет из Чикагского университета предупреждает, что необходимо провести дополнительные эксперименты, чтобы показать, что железо действительно может отводить калий от силикатных пород, которые доминируют в мантии Земли.
«Они доказали, что можно растворить калий в жидком железе», — сказал Баффет. «Разработчикам моделей необходимо тепло, так что это один из источников, потому что радиогенный изотоп калия может выделять тепло, а это может способствовать конвекции в ядре и управлять магнитным полем.Они доказали, что он может проникнуть внутрь. Важно то, сколько извлекается из силиката. Еще предстоит проделать работу »
Если в ядре Земли действительно находится значительное количество калия, это поможет прояснить давний вопрос — почему соотношение калия и урана в каменных метеоритах (хондритах), которые предположительно слились, чтобы сформировать Земля в восемь раз превышает наблюдаемое соотношение в земной коре. Хотя некоторые геологи утверждают, что недостающий калий находится в ядре, не было механизма, с помощью которого он мог бы достичь ядра.Другие элементы, такие как кислород и углерод, образуют соединения или сплавы с железом и, предположительно, уносятся железом, когда оно опускается в ядро. Но при нормальной температуре и давлении калий не связывается с железом.
Другие утверждали, что недостающий калий выкипел на ранней, расплавленной стадии эволюции Земли.
Демонстрация Ли и Жанло того, что калий может растворяться в железе с образованием сплава, дает объяснение отсутствию калия.
«В начале истории Земли внутренняя температура и давление не были достаточно высокими, чтобы сделать этот сплав», — сказал Ли.«Но по мере того, как накапливалось все больше и больше метеоритов, давление и температура возрастали до такой степени, что мог образоваться этот сплав».
В существование этого сплава высокого давления было предсказано Буковински в середине 1970-х годов. Использование кванта механические аргументы, он предположил, что высокое давление сжал бы одинокий внешний электрон в нижняя оболочка, делающая атом похожим на железо и таким образом, более вероятно, что он будет сплавлен с железом.
Более поздние квантово-механические расчеты с использованием усовершенствованных методов, проведенные Гердом Штайнле-Нойманом в Bayerisches Geoinstitt Университета Байройта, подтвердили новые экспериментальные измерения.
«Это действительно повторяет и подтверждает более ранние расчеты 26 лет назад и дает физическое объяснение нашим экспериментальным результатам», — сказал Жанло.
Считается, что Земля образовалась в результате столкновения множества скалистых астероидов, возможно, диаметром в сотни километров в ранней Солнечной системе.По мере того, как протоземля постепенно увеличивалась, продолжающиеся столкновения астероидов и гравитационный коллапс поддерживали плавление планеты. Более тяжелые элементы — в частности, железо — могли бы проникнуть в ядро через 10–100 миллионов лет, унося с собой другие элементы, которые связываются с железом.
Однако постепенно Земля остыла бы и превратилась в мертвый каменный шар с холодным железным шаром в ядре, если бы не продолжающееся выделение тепла при распаде радиоактивных элементов, таких как калий-40, уран-238 и торий. -232 с периодом полураспада 1.25 миллиардов, 4 миллиарда и 14 миллиардов лет соответственно. Примерно один из тысячи атомов калия радиоактивен.
Тепло, генерируемое в ядре, превращает железо в конвекционное динамо-машину, которая поддерживает магнитное поле, достаточно сильное, чтобы защитить планету от солнечного ветра. Это тепло проникает в мантию, вызывая конвекцию в породе, которая перемещает плиты земной коры и питает вулканы.
Однако уравновесить тепло, выделяемое в активной зоне, с известными концентрациями радиогенных изотопов было сложно, и недостаток калия был большой частью проблемы.Ранее в этом году один исследователь предположил, что сера может помочь калию связываться с железом и обеспечивать средства, с помощью которых калий может достигать ядра.
Эксперимент Ли и Жанло показывает, что в сере нет необходимости. Ли соединил чистое железо и чистый калий в ячейке с алмазной наковальней и сжал небольшой образец до давления 26 гигапаскалей, нагревая образец лазером выше 2500 Кельвинов (4000 градусов по Фаренгейту), что выше точек плавления как калия, так и железа.Она провела этот эксперимент шесть раз в пучках высокоинтенсивного рентгеновского излучения двух разных ускорителей — усовершенствованного источника света Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Стэнфордской лаборатории синхротронного излучения — для получения рентгеновских дифракционных изображений внутренней структуры образцов. Изображения подтвердили, что калий и железо смешались равномерно, чтобы сформировать сплав, так же, как смесь железа и углерода, чтобы сформировать стальной сплав.
В теоретическом океане магмы протоземли давление на глубине 400–1000 километров (270–670 миль) будет между 15 и 35 гигапаскалями, а температура — 2200–3000 Кельвинов, сказал Жанло.
«При таких температурах и давлениях физика, лежащая в основе, меняется, и электронная плотность смещается, в результате чего калий становится больше похожим на железо», — сказал Жанло. «При высоком давлении таблица Менделеева выглядит совершенно иначе».
«Работа Ли и Жанло представляет собой первое доказательство того, что калий действительно смешивается с железом при высоких давлениях, и, что, возможно, не менее важно, оно дополнительно подтверждает вычислительную физику, лежащую в основе первоначального предсказания», — сказал Буковински. «Если можно будет дополнительно продемонстрировать, что калий будет поступать в железо в значительных количествах в присутствии силикатных минералов, в условиях, характерных для вероятных процессов формирования ядра, тогда калий может обеспечить дополнительное тепло, необходимое для объяснения того, почему внутреннее ядро Земли не замерзло до настолько большой, насколько предполагает тепловая история активной зоны.«
Жанло взволнован тем фактом, что теоретические расчеты теперь не только объясняют экспериментальные данные при высоком давлении, но и предсказывают структуры.
« Нам нужны теоретики для выявления интересных проблем, а не только для проверки наших результатов после эксперимента », — сказал он. сказал. «Это происходит сейчас. Последние полдюжины лет теоретики делали предсказания, на подтверждение которых экспериментаторы готовы потратить несколько лет ».
Работа финансировалась Национальным научным фондом и Министерством энергетики.
