Атмосфера Урана: відмінності між версіями

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
[перевірена версія][перевірена версія]
Вилучено вміст Додано вміст
Перенаправлено на Уран (планета)#Атмосфера
 
поки що так
Рядок 1: Рядок 1:
#ПЕРЕНАПРАВЛЕННЯ [[Уран (планета)#Атмосфера]]
[[Файл:Uranus2.jpg|thumb|230px|[[Уран (планета)|Уран]], знімок [[Вояджер-2|Вояджера-2]]]]
'''Атмосфе́ра Ура́на''' — газова оболонка, що оточує [[Уран (планета)|Уран]]. Складається переважно з [[Водень|водню]] й [[Гелій|гелію]]. На великих глибинах вона містить значні кількості [[Вода|води]], [[аміак]]у й [[метан]]у. У верхніх шарах атмосфери, навпаки, через низьку температуру міститься дуже мало речовин, важчих від водню й гелію. Атмосфера Урана — найхолодніша з усіх [[Атмосфера планети|атмосфер планет]] у [[Сонячна система|Сонячній системі]]. Її мінімальна температура становить 49 [[Кельвін|K]].

Атмосферу Урана поділяють на три основних шари:
* [[Тропосфера|тропосферу]] — охоплює проміжок висот від −300 км до 50 км (за 0 прийнято умовну межу, де тиск становить 1 [[Бар (одиниця)|бар]]) і діапазон тиску від 100 до {{nobr|0,1 бар}};
* [[Стратосфера|стратосферу]]&nbsp;— покриває висоти від 50 до 4000&nbsp;км і тиски між {{nowrap|0,1 і 10<sup>−10</sup> бар}};
* [[Екзосфера|екзосферу]]&nbsp;— простягається від висоти 4000&nbsp;км до кількох радіусів планети, тиск у цьому шарі при віддаленні від планети прямує до [[Вакуум|нуля]].

На відміну від [[Атмосфера Землі|земної]], атмосфера Урана не має [[Мезосфера|мезосфери]].

У тропосфері наявні чотири шари хмар:
* метанові хмари на межі, що відповідає тиску приблизно {{nobr|1,2 [[Бар (одиниця)|бар]]}};
* [[Сірководень|сірководневі]] й [[Аміак|аміачні]] хмари в шарі з тисками 3—10&nbsp;бар. Температура в цій області становить близько 100&nbsp;К (-173&nbsp;°C)<ref name="allplanets"/>;
* хмари з {{нп|Гідросульфід амонію|гідросульфіду амонію|ru|Гидросульфид аммония}} при тисках 20—40&nbsp;бар,
* водяні хмари з кристаликів льоду нижче умовної межі тиску 50&nbsp;бар.

Лише два верхніх шари хмар доступні для прямого спостереження, існування шарів, що лежать нижче, передбачено лише теоретично. Яскраві тропосферні хмари рідко спостерігаються на Урані, що, ймовірно, пов'язано з низькою активністю [[Конвекція|конвекції]] в глибинних областях планети. Тим не менше, спостереження таких хмар використовувалися для вимірювання швидкості зональних вітрів на планеті, що доходить до {{nobr|250 м/с<ref name="uranusfact"/>}}.

Про атмосферу Урана наразі відомо менше, ніж про атмосфери [[Атмосфера Сатурна|Сатурна]] та [[Атмосфера Юпітера|Юпітера]]. Станом на травень 2013&nbsp;року лише один космічний корабель, [[Вояджер-2]], вивчав Уран з близької відстані. Ніяких інших місій на Уран поки що не заплановано.

== Спостереження та вивчення ==
Хоча [[Уран (планета)|Уран]] не має твердої поверхні як такої, частину його газової оболонки, найбільш віддалену від центра й доступну для спостереження в [[Телескоп|оптичні телескопи]], називають [[Атмосфера планети|атмосферою]]{{sfn|Lunine|1993|pp=219—222}}. Для дистанційного дослідження доступні шари газової оболонки аж до глибини 300&nbsp;км нижче рівня, що відповідає тиску 1&nbsp;бар. Температура на такій глибині становить 320&nbsp;[[Кельвін|K]], а тиск&nbsp;— близько 100&nbsp;бар{{sfn|de Pater Romani et al.|1991|p=231|loc=Fig. 13}}.

Історія спостереження атмосфери Урана повна помилок і розчарувань. Уран&nbsp;— відносно слабкий об'єкт, і його видимий кутовий діаметр ніколи не перевищує 4″. Перші спектри атмосфери Урана були отримані з допомогою [[спектроскоп]]а в 1869 і 1871&nbsp;роках [[Анджело Секкі]] та [[Вільям Гаґґінс|Вільямом Гаґґінсом]], що виявили ряд широких темних смуг, які вони не змогли [[Спектральний аналіз|ідентифікувати]]{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=151–154}}. Їм також не вдалося виявити ніяких спектральних ліній, що відповідають [[Фраунгоферові лінії|сонячному світлу]]&nbsp;— факт, який згодом помилково інтерпретований [[Норман Лок'єр|Норманом Лок'єром]] як свідчення того, що Уран випромінює своє власне світло, а не відбиває сонячне{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=151–154}}{{sfn|Lockyer|1889}}. 1889&nbsp;року це невірне уявлення було спростоване{{sfn|Huggins|1889}}. Природа широких темних смуг у його видимій частині спектру залишалася невідомою до 40-х років ХХ&nbsp;століття{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=151–154}}.

Ключ до розшифрування темних смуг у спектрі Урана було знайдено в 1930-ті роки [[Руперт Вільдт|Рупертом Вільдтом]] і [[Весто Слайфер|Весто Слайфером]]{{sfn|Adel, Slipher|1934}}, які виявили, що темні смуги на 543, 619, 925, 865 і 890&nbsp;нм належали газоподібному [[метан]]у{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=151–154}}{{sfn|Adel, Slipher|1934}}. Це означало, що атмосфера Урана була прозора на велику глибину порівняно з газовими оболонками інших планет-гігантів{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=151–154}}. 1950&nbsp;року [[Джерард Койпер]] помітив ще дифузну темну смугу в спектрі Урана на 827&nbsp;нм, яку він не зміг визначити{{sfn|Kuiper|1949}}. 1952&nbsp;року [[Герхард Герцберг]], майбутній лауреат [[Нобелівська премія|Нобелівської премії]], показав, що ця лінія була викликана слабким [[Квадрупольний момент|квадрупольним]] поглинанням [[Водень|молекулярного водню]], який, таким чином, став другою сполукою, виявленою на Урані{{sfn|Herzberg|1952}}. До 1986 в атмосфері Урана жодних інших речовин не було виявлено{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=151–154}}. Спектроскопічні спостереження, що виконувалися з 1967&nbsp;року дозволили скласти наближений тепловий баланс атмосфери. Виявилося, що внутрішні джерела тепла практично не впливають на температуру атмосфери та її нагрівання здійснюється лише за рахунок випромінювання Сонця{{sfn|Pearl Conrath et al.|1990|pp=12–13|loc=Table I}}. Внутрішнє підігрівання атмосфери не виявив і апарат [[Вояджер-2]], що відвідав Уран 1986&nbsp;року{{sfn|Smith|1984|pp=213-214}}.

У січні 1986&nbsp;року космічний апарат [[Вояджер-2]] пролітав від Урана на мінімальній відстані 107&nbsp;100&nbsp;км{{sfn|Stone|1987|p=14,874|loc=Table 3}} і вперше отримав зображення спектра атмосфери планети з близької відстані. Ці вимірювання підтвердили, що атмосфера складалася переважно з [[Водень|водню]] (72&nbsp;%) і [[Гелій|гелію]] (26&nbsp;%), і, крім того, містила близько 2&nbsp;% [[метан]]у{{sfn|Fegley Gautier et al.|1991|pp=155–158, 168–169}}. Атмосфера освітленої сторони планети на момент її вивчення [[Вояджер-2|Вояджером-2]] була вкрай спокійною та не мала великих атмосферних утворень. Стан атмосфери з іншої сторони Урана вивчити не вдалося через [[Полярна ніч|полярну ніч]] на ній{{sfn|Smith Soderblom et al.|1986|pp=43–49}}.

У 1990-х і 2000-х роках, з допомогою [[Габбл (телескоп)|космічного телескопа «Габбл»]] і наземних телескопів, оснащених [[Адаптивна оптика|адаптивною оптикою]] вперше спостерігалися дискретні деталі хмарного покриву{{sfn|Sromovsky|Fry|2005|pp=459–460}}, що дозволило астрономам повторно виміряти швидкість вітру на Урані, відому раніше лише зі спостережень [[Вояджер-2|Вояджера-2]] і дослідити динаміку атмосфери планети.

== Склад ==
[[Файл:Tropospheric profile Uranus uk.svg|400px|thumb|Температурний профіль тропосфери та нижньої стратосфери Урана. Вказано також основні шари хмарності.]]
Склад атмосфери Урана відрізняється від складу планети в цілому, її головними компонентами є [[Водень|молекулярний водень]] і [[гелій]]{{sfn|Lunine|1993|pp=222-230}}. [[Молярна частка]] гелію була визначена на основі аналізу, виконаного космічним апаратом [[Вояджер-2]]{{sfn|Tyler Sweetnam et al.|1986|pp=80–81}}. Наразі приймаються значення {{nowrap|0,152 ± 0,033}} у верхній тропосфері, що відповідає масовій частці {{nowrap|0,262 ± 0,048}}{{sfn|Lunine|1993|pp=222-230}}{{sfn|Conrath Gautier et al.|1987|p=15,007|loc=Table 1}}. Це значення є дуже близьким до масової частки гелію у складі Сонця {{nowrap|0,2741 ± 0,0120}}{{sfn|Lodders|2003|pp=1,228-1,230}}{{sfn|Conrath Gautier et al.|1987|pp=15,008–15,009}}.

Третій за розповсюдженістю газ у складі атмосфери Урана&nbsp;— [[метан]] {{nowrap|(CH<sub>4</sub>)}}, відомості про наявність якого були отримані в результаті наземних [[спектроскопія|спектроскопічних]] вимірювань{{sfn|Lunine|1993|pp=222-230}}. Метан має сильні [[Спектр поглинання|смуги поглинання]] [[Видиме світло|видимого]] та ближнього інфрачервоного світла, цим зумовлене {{нп|Аквамарин (колір)|аквамаринове|ru|Аквамарин (цвет)}} чи [[Блакитний колір|блакитне]] забарвлення Урана{{sfn|Lunine|1993|pp=235-240}}. Нижче метанових хмар, на рівні, що відповідає тиску {{nobr|1,3 бар}} частка молекул метану становить близько {{nobr|2,3 %{{sfn|Lindal Lyons et al.|1987|pp=14,987, 14,994-14,996}},}} що у 10—30 разів більше від аналогічних показників для Сонця{{sfn|Lunine|1993|pp=222-230}}{{sfn|Tyler Sweetnam et al.|1986|pp=80–81}}. Вміст менш летких сполук, таких, як [[аміак]], [[вода]] та [[сірководень]] у глибокій атмосфері наразі відомий лише наближено{{sfn|Lunine|1993|pp=222-230}}. Вважається, що їхня концентрація в атмосфері Урана перевищує аналогічну для Сонця в десятки{{sfn|Atreya, Wong|2005|pp=130–131}}, чи навіть сотні разів{{sfn|de Pater Romani et al.|1989|pp=310–311}}. Відомості про [[ізотоп]]ний склад атмосфери Урана дуже обмежені{{sfn|Encrenaz|2005|pp=107-110}}. Станом на травень 2013 відоме лише кількісне відношення [[Ізотопи водню|дейтерію до протію]]. Воно становить {{nowrap|5,5{{±|3,5|1,5}}{{Esp|−5}}}} та було виміряне з допомогою {{нп|Infrared Space Observatory|Інфрачервоної космічної обсерваторії|ru|Infrared Space Observatory}} (ISO) у 1990-х роках. Це значення помітно вище, ніж аналогічне для Сонця ({{nowrap|2,25 ± 0,35{{e|−5}}}}){{sfn|Encrenaz|2003|pp=98–100|loc=Table 2 on p. 96}}{{sfn|Feuchtgruber Lellouch et al.|1999}}.

[[Інфрачервона спектроскопія|ІЧ-спектроскопія]], зокрема вимірювання з допомогою [[Космічний телескоп Спітцера|космічного телескопа «Спітцер»]] (SST){{sfn|Burgdorf Orton et al.|2006|pp=634-635}}{{sfn|Bishop Atreya et al.|1990|p=448}}, дозволила виявити слідові кількості [[вуглеводні]]в у стратосфері Урана, які, ймовірно, були синтезовані з метану під дією сонячного УФ-випромінювання{{sfn|Summers|Strobel|1989|pp=496–497}}. Вони включають [[етан]] {{nowrap|(C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>)}}, [[ацетилен]] {{nowrap|(C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>)}}{{sfn|Bishop Atreya et al.|1990|p=448}}{{sfn|Encrenaz|2003|p=93}}, [[метилацетилен]] {{nowrap|(CH<sub>3</sub>C<sub>2</sub>H)}}, {{нп|діацетилен||ru|Диацетилен}} {{nowrap|(C<sub>2</sub>HC<sub>2</sub>H)}}{{sfn|Burgdorf Orton et al.|2006|p=636}}. З допомогою ІЧ-спектроскопії також були виявлені сліди водяної пари{{sfn|Encrenaz|2003|p=92}}, [[Монооксид вуглецю|оксиду]]{{sfn|Encrenaz Lellouch et al.|2004|p=L8}} й [[Діоксид вуглецю|діоксиду вуглецю]] в стратосфері. Ці домішки швидше за все походять із зовнішнього джерела, наприклад, [[Космічний пил|космічного пилу]] й [[комета|комет]]{{sfn|Burgdorf Orton et al.|2006|p=636}}.

== Структура ==
Атмосферу Урана можна поділити на три основних шари: [[Тропосфера|тропосферу]], що охоплює проміжок висот від −300 до 50&nbsp;км (за 0 прийнято умовну межу, де тиск становить 1&nbsp;[[Бар (одиниця)|бар]]), [[Стратосфера|стратосферу]], що займає висоти від 50 до 4000&nbsp;км і [[Екзосфера|екзосферу]], що простягається від висоти 4000&nbsp;км до кількох радіусів планети. На відміну від [[Атмосфера Землі|земної]], атмосфера Урана не має [[Мезосфера|мезосфери]]{{sfn|Lunine|1993|pp=219–222}}{{sfn|Herbert Sandel et al.|1987|p=15,097|loc=Fig. 4}}.

== Примітки ==
{{примітки|refs=
<ref name="allplanets">[http://www.allplanets.ru/solar_sistem/uranus/uranus_statya.htm Уран] {{ref-ru}}</ref>
<ref name="uranusfact">{{cite web
|url=http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/uranusfact.html
|title=Uranus Fact Sheet
|author=Dr. David R. Williams
|publisher=NASA Goddard Space Flight Center
|lang=en
|accessdate=2013-09-11
}} {{ref-en}}</ref>
}}

== Література ==
{{refbegin|2}}
* {{cite journal| doi = 10.1146/annurev.aa.31.090193.001245| last = Lunine| first = Jonathan I.| date=September 1993 | title = The Atmospheres of Uranus and Neptune| journal = Annual Review of Astronomy and Astrophysics| volume = 31| pages = 217–263| bibcode = 1993ARA&A..31..217L| ref = harv}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/0019-1035(91)90020-T| last = de Pater, Imke; Romani, Paul N.; Atreya, Sushil K.| date=June 1991 | title = Possible microwave absorption by H<sub>2</sub>S gas in Uranus' and Neptune's atmospheres| journal = Icarus| issn = 0019-1035| volume = 91| issue = 2| pages = 220–233| bibcode = 1991Icar...91..220D| url = http://www-personal.umich.edu/~atreya/Articles/1991_Microwave_Absorption.pdf| format = PDF| ref = {{sfnRef|de Pater Romani et al.|1991}}}} {{ref-en}}
* {{cite book
| last = Fegley, Bruce Jr.; Gautier, Daniel; Owen, Tobias; Prinn, Ronald G.
| year = 1991
| chapter = Spectroscopy and chemistry of the atmosphere of Uranus
| editor1-last = Bergstrahl
| editor1-first = Jay T.
| editor2-last = Miner
| editor2-first = Ellis D.
| editor3-last = Matthews
| editor3-first = Mildred Shapley
| title = Uranus
| publisher = University of Arizona Press
| isbn = 978-0-8165-1208-9
| oclc = 22625114
| url = http://solarsystem.wustl.edu/wp-content/uploads/reprints/1991/No39%20Fegley%20et%20al%201991%20Uranus.pdf
| format = PDF
| ref = {{sfnRef|Fegley Gautier et al.|1991}}
}} {{ref-en}}
* {{cite journal
| last = Lockyer
| first = J. N.
| authorlink = Норман Лок'єр
|date=June 1889
| title = Note on the Spectrum of Uranus
| journal = Astronomische Nachrichten
| volume = 121
| page = 369
| bibcode = 1889AN....121..369L
| ref = harv
| doi=10.1002/asna.18891212402
}} {{ref-en}}
* {{cite journal
| last = Huggins
| first = William
| authorlink = Вільям Гаґґінс
|date=June 1889
| title = The spectrum of Uranus
| journal = [[Monthly Notices of the Royal Astronomical Society]]
| issn = 1365-2966
| volume = 49
| page = 404
| bibcode = 1889MNRAS..49Q.404H
| ref = harv
| doi = 10.1093/mnras/49.8.403a
}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1103/PhysRev.46.902| last = Adel, A.; Slipher| year = 1934| title = The Constitution of the Atmospheres of the Giant Planets| journal = Physical Review| volume = 46| issue = 10| pages = 902| pmid = | pmc =| bibcode = 1934PhRv...46..902A| ref = {{sfnRef|Adel, Slipher|1934}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1086/145161| last = Kuiper | first = G. P.| authorlink = Джерард Койпер| date=May 1949 | title = New absorptions in the Uranian atmosphere| journal = The Astrophysical Journal| pages = 540–541| volume = 109| issue = | pmid = | pmc =| bibcode = 1949ApJ...109..540K| ref = harv}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1086/145552| last = Herzberg | first = G.| authorlink = Герхард Герцберг| date=May 1952 | title = Spectroscopic evidence of molecular hydrogen in the atmospheres of Uranus and Neptune| journal = The Astrophysical Journal| volume = 115| issue = | pages = 337–340| pmid = | pmc = | bibcode = 1952ApJ...115..337H| ref = harv}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/0019-1035(90)90155-3| last = Pearl, J. C.; Conrath, B. J.; Hanel, R. A.; Pirraglia, J. A.; Coustenis, A. | date=March 1990 | title = The albedo, effective temperature, and energy balance of Uranus, as determined from Voyager IRIS data| journal = Icarus| issn = 0019-1035| volume = 84| issue = 1| pages = 12–28| bibcode = 1990Icar...84...12P| ref = {{sfnRef|Pearl Conrath et al.|1990}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal
| last = Smith
| first = B. A.
| date=October 1984
| title = Near infrared imaging of Uranus and Neptune
| journal = In JPL Uranus and Neptune
| volume = 2330
| pages = 213–223
| bibcode = 1984NASCP2330..213S
| ref = harv
}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1029/JA092iA13p14873| last = Stone| first = E. C.| date = December 30, 1987| title = The Voyager 2 Encounter with Uranus| journal = Journal of Geophysical Research| issn = 0148-0227| volume = 92| issue = A13| pages = 14,873–14,876| bibcode = 1987JGR....9214873S| ref = harv}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1126/science.233.4759.43| last= Smith, B. A.; Soderblom, L. A.; Beebe, A.; Bliss, D.; Boyce, J. M.; Brahic, A.; Briggs, G. A.; Brown, R. H.; Collins, S. A.| date = 4 July 1986| title = Voyager 2 in the Uranian System: Imaging Science Results| journal = Science| volume = 233| issue = 4759| pages = 43–64| pmid = 17812889| bibcode = 1986Sci...233...43S| ref = {{sfnRef|Smith Soderblom et al.|1986}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/j.icarus.2005.07.022| last = Sromovsky, L. A.; Fry, P. M.| date=December 2005 | title = Dynamics of cloud features on Uranus| journal = Icarus| volume = 179| issue = 2| pages = 459–484| bibcode = 2005Icar..179..459S| ref = harv}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1126/science.233.4759.79| last = Tyler, G. L.; Sweetnam, D. N.; Anderson, J. D.; Campbell, J. K.; Eshleman, V. R.; Hinson, D. P.; Levy, G. S.; Lindal, G. F.; Marouf, E. A.; Simpson, R. A. | date = 4 July 1986| title = Voyager 2 Radio Science Observations of the Uranian System: Atmosphere, Rings, and Satellites| journal = Science| volume = 233| issue = 4759| pages = 79–84| pmid = 17812893| bibcode = 1986Sci...233...79T| ref = {{sfnRef|Tyler Sweetnam et al.|1986}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1029/JA092iA13p15003| last = Conrath, B.; Gautier, D.; Hanel, R.; Lindal, G.; Marten, A.| year = 1987| title = The Helium Abundance of Uranus from Voyager Measurements| journal = Journal of Geophysical Research| volume = 92| issue = A13| pages = 15003–15010| bibcode = 1987JGR....9215003C| ref = {{sfnRef|Conrath Gautier et al.|1987}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1086/375492| last = Lodders| first = Katharina| date = July 10, 2003| title = Solar System Abundances and Condensation Temperatures of the Elements| journal = The Astrophysical Journal| publisher = The American Astronomical Society| volume = 591| issue = 2| pages = 1220–1247| url = http://weft.astro.washington.edu/courses/astro557/LODDERS.pdf| format = PDF| bibcode = 2003ApJ...591.1220L| ref = harv}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1029/JA092iA13p14987| last = Lindal, G. F.; Lyons, J. R.; Sweetnam, D. N.; Eshleman, V. R.; Hinson, D. P.; Tyler, G. L.| date = December 30, 1987| title = The Atmosphere of Uranus: Results of Radio Occultation Measurements with Voyager 2| journal = Journal of Geophysical Research| issn = 0148-0227| publisher = American Geophysical Union| volume = 92| issue = A13| pages = 14,987–15,001| bibcode = 1987JGR....9214987L| ref = {{sfnRef|Lindal Lyons et al.|1987}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1007/s11214-005-1951-5| last = Atreya, Sushil K.; Wong, Ah-San| year = 2005| title = Coupled Clouds and Chemistry of the Giant Planets&nbsp;— A Case for Multiprobes| journal = Space Science Reviews| issn = 0032-0633| volume = 116| pages = 121–136| url = http://www-personal.umich.edu/~atreya/Chapters/2005_JovianCloud_Multiprobes.pdf| format = PDF| bibcode = 2005SSRv..116..121A| ref = {{sfnRef|Atreya, Wong|2005}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/0019-1035(89)90040-7| last = de Pater, I.; Romani, P. N.; Atreya, S. K.| title = Uranius Deep Atmosphere Revealed| date=December 1989 | journal = Icarus| issn = 0019-1035| volume = 82| issue = 2| pages = 288–313| bibcode = 1989Icar...82..288D| url = http://www-personal.umich.edu/~atreya/Articles/1989_Uranus_Deep_Atm.pdf| format = PDF| ref = {{sfnRef|de Pater Romani et al.|1989}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1007/s11214-005-1950-6| last = Encrenaz, T. R. S.| date=January 2005 | title = Neutral Atmospheres of the Giant Planets: An Overview of Composition Measurements| journal = Space Science Reviews| issn = 0038-6308| volume = 116| issue = 1–2| pages = 99–119| bibcode = 2005SSRv..116...99E| ref = {{sfnRef|Encrenaz|2005}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/S0032-0633(02)00145-9| last = Encrenaz, Thérèse| date=February 2003 | title = ISO observations of the giant planets and Titan: what have we learnt?| journal = Planetary and Space Science| volume = 51| issue = 2| pages = 89–103| bibcode = 2003P&SS...51...89E| ref = {{sfnRef|Encrenaz|2003}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal
| last= Feuchtgruber, H.; Lellouch, E.; Bézard, B.; Encrenaz, Th.; de Graauw, Th.; Davis, G. R.
|date=January 1999
| title = Detection of HD in the atmospheres of Uranus and Neptune: a new determination of the D/H ratio
| journal = Astronomy and Astrophysics
| volume = 341
| pages = L17–L21
| bibcode = 1999A&A...341L..17F
| ref = {{sfnRef|Feuchtgruber Lellouch et al.|1999}}
}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/j.icarus.2006.06.006| last = Burgdorf, M.; Orton, G.; Vancleve, J.; Meadows, V.; Houck, J. | date=October 2006 | title = Detection of new hydrocarbons in Uranus' atmosphere by infrared spectroscopy| journal = Icarus| volume = 184| issue = 2| pages = 634–637| bibcode = 2006Icar..184..634B| ref = {{sfnRef|Burgdorf Orton et al.|2006}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1016/0019-1035(90)90094-P| last = Bishop, J.; Atreya, S. K.; Herbert, F.; Romani, P.| date=December 1990 | title = Reanalysis of voyager 2 UVS occultations at Uranus: Hydrocarbon mixing ratios in the equatorial stratosphere| journal = Icarus| volume = 88| issue = 2| pages = 448–464| url = http://www-personal.umich.edu/~atreya/Articles/1990_Reanalysis.pdf| format = PDF| bibcode = 1990Icar...88..448B| ref = {{sfnRef|Bishop Atreya et al.|1990}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1086/168031| last = Summers, M. E.; Strobel, D. F.| date = November 1, 1989| title = Photochemistry of the atmosphere of Uranus| journal = The Astrophysical Journal| issn = 0004-637X| volume = 346| pages = 495–508| bibcode = 1989ApJ...346..495S| ref = {{sfnRef|Summers|Strobel|1989}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1051/0004-6361:20034637| last= Encrenaz, T.; Lellouch, E.; Drossart, P.; Feuchtgruber, H.; Orton, G. S.; Atreya, S. K.| date=January 2004 | title = First detection of CO in Uranus| journal = Astronomy and Astrophysics| volume = 413| issue = 2| pages = L5–L9| url = http://www-personal.umich.edu/~atreya/Articles/2004_First_Detection.pdf| format = PDF| bibcode = 2004A&A...413L...5E| ref = {{sfnRef|Encrenaz Lellouch et al.|2004}}}} {{ref-en}}
* {{cite journal| doi = 10.1029/JA092iA13p15093| last = Herbert, F.; Sandel, B. R.; Yelle, R. V.; Holberg, J. B.; Broadfoot, A. L.; Shemansky, D. E.; Atreya, S. K.; Romani, P. N.| date = December 30, 1987| title = The Upper Atmosphere of Uranus: EUV Occultations Observed by Voyager 2| journal = Journal of Geophysical Research| volume = 92| issue = A13| pages = 15,093–15,109| url = http://www-personal.umich.edu/~atreya/Articles/1987_Upper_Atm_Uranus.pdf| format = PDF| bibcode = 1987JGR....9215093H| ref = {{sfnRef|Herbert Sandel et al.|1987}}}} {{ref-en}}
{{refend}}

{{Уран}}
{{Атмосфери тіл Сонячної системи}}

[[Категорія:Уран (планета)]]
[[Категорія:Атмосфери планет в Сонячній системі]]

Версія за 12:14, 23 вересня 2017

Уран, знімок Вояджера-2

Атмосфе́ра Ура́на — газова оболонка, що оточує Уран. Складається переважно з водню й гелію. На великих глибинах вона містить значні кількості води, аміаку й метану. У верхніх шарах атмосфери, навпаки, через низьку температуру міститься дуже мало речовин, важчих від водню й гелію. Атмосфера Урана — найхолодніша з усіх атмосфер планет у Сонячній системі. Її мінімальна температура становить 49 K.

Атмосферу Урана поділяють на три основних шари:

  • тропосферу — охоплює проміжок висот від −300 км до 50 км (за 0 прийнято умовну межу, де тиск становить 1 бар) і діапазон тиску від 100 до 0,1 бар;
  • стратосферу — покриває висоти від 50 до 4000 км і тиски між 0,1 і 10−10 бар;
  • екзосферу — простягається від висоти 4000 км до кількох радіусів планети, тиск у цьому шарі при віддаленні від планети прямує до нуля.

На відміну від земної, атмосфера Урана не має мезосфери.

У тропосфері наявні чотири шари хмар:

  • метанові хмари на межі, що відповідає тиску приблизно 1,2 бар;
  • сірководневі й аміачні хмари в шарі з тисками 3—10 бар. Температура в цій області становить близько 100 К (-173 °C)[1];
  • хмари з гідросульфіду амонію[ru] при тисках 20—40 бар,
  • водяні хмари з кристаликів льоду нижче умовної межі тиску 50 бар.

Лише два верхніх шари хмар доступні для прямого спостереження, існування шарів, що лежать нижче, передбачено лише теоретично. Яскраві тропосферні хмари рідко спостерігаються на Урані, що, ймовірно, пов'язано з низькою активністю конвекції в глибинних областях планети. Тим не менше, спостереження таких хмар використовувалися для вимірювання швидкості зональних вітрів на планеті, що доходить до 250 м/с[2].

Про атмосферу Урана наразі відомо менше, ніж про атмосфери Сатурна та Юпітера. Станом на травень 2013 року лише один космічний корабель, Вояджер-2, вивчав Уран з близької відстані. Ніяких інших місій на Уран поки що не заплановано.

Спостереження та вивчення

Хоча Уран не має твердої поверхні як такої, частину його газової оболонки, найбільш віддалену від центра й доступну для спостереження в оптичні телескопи, називають атмосферою[3]. Для дистанційного дослідження доступні шари газової оболонки аж до глибини 300 км нижче рівня, що відповідає тиску 1 бар. Температура на такій глибині становить 320 K, а тиск — близько 100 бар[4].

Історія спостереження атмосфери Урана повна помилок і розчарувань. Уран — відносно слабкий об'єкт, і його видимий кутовий діаметр ніколи не перевищує 4″. Перші спектри атмосфери Урана були отримані з допомогою спектроскопа в 1869 і 1871 роках Анджело Секкі та Вільямом Гаґґінсом, що виявили ряд широких темних смуг, які вони не змогли ідентифікувати[5]. Їм також не вдалося виявити ніяких спектральних ліній, що відповідають сонячному світлу — факт, який згодом помилково інтерпретований Норманом Лок'єром як свідчення того, що Уран випромінює своє власне світло, а не відбиває сонячне[5][6]. 1889 року це невірне уявлення було спростоване[7]. Природа широких темних смуг у його видимій частині спектру залишалася невідомою до 40-х років ХХ століття[5].

Ключ до розшифрування темних смуг у спектрі Урана було знайдено в 1930-ті роки Рупертом Вільдтом і Весто Слайфером[8], які виявили, що темні смуги на 543, 619, 925, 865 і 890 нм належали газоподібному метану[5][8]. Це означало, що атмосфера Урана була прозора на велику глибину порівняно з газовими оболонками інших планет-гігантів[5]. 1950 року Джерард Койпер помітив ще дифузну темну смугу в спектрі Урана на 827 нм, яку він не зміг визначити[9]. 1952 року Герхард Герцберг, майбутній лауреат Нобелівської премії, показав, що ця лінія була викликана слабким квадрупольним поглинанням молекулярного водню, який, таким чином, став другою сполукою, виявленою на Урані[10]. До 1986 в атмосфері Урана жодних інших речовин не було виявлено[5]. Спектроскопічні спостереження, що виконувалися з 1967 року дозволили скласти наближений тепловий баланс атмосфери. Виявилося, що внутрішні джерела тепла практично не впливають на температуру атмосфери та її нагрівання здійснюється лише за рахунок випромінювання Сонця[11]. Внутрішнє підігрівання атмосфери не виявив і апарат Вояджер-2, що відвідав Уран 1986 року[12].

У січні 1986 року космічний апарат Вояджер-2 пролітав від Урана на мінімальній відстані 107 100 км[13] і вперше отримав зображення спектра атмосфери планети з близької відстані. Ці вимірювання підтвердили, що атмосфера складалася переважно з водню (72 %) і гелію (26 %), і, крім того, містила близько 2 % метану[14]. Атмосфера освітленої сторони планети на момент її вивчення Вояджером-2 була вкрай спокійною та не мала великих атмосферних утворень. Стан атмосфери з іншої сторони Урана вивчити не вдалося через полярну ніч на ній[15].

У 1990-х і 2000-х роках, з допомогою космічного телескопа «Габбл» і наземних телескопів, оснащених адаптивною оптикою вперше спостерігалися дискретні деталі хмарного покриву[16], що дозволило астрономам повторно виміряти швидкість вітру на Урані, відому раніше лише зі спостережень Вояджера-2 і дослідити динаміку атмосфери планети.

Склад

Температурний профіль тропосфери та нижньої стратосфери Урана. Вказано також основні шари хмарності.

Склад атмосфери Урана відрізняється від складу планети в цілому, її головними компонентами є молекулярний водень і гелій[17]. Молярна частка гелію була визначена на основі аналізу, виконаного космічним апаратом Вояджер-2[18]. Наразі приймаються значення 0,152 ± 0,033 у верхній тропосфері, що відповідає масовій частці 0,262 ± 0,048[17][19]. Це значення є дуже близьким до масової частки гелію у складі Сонця 0,2741 ± 0,0120[20][21].

Третій за розповсюдженістю газ у складі атмосфери Урана — метан (CH4), відомості про наявність якого були отримані в результаті наземних спектроскопічних вимірювань[17]. Метан має сильні смуги поглинання видимого та ближнього інфрачервоного світла, цим зумовлене аквамаринове[ru] чи блакитне забарвлення Урана[22]. Нижче метанових хмар, на рівні, що відповідає тиску 1,3 бар частка молекул метану становить близько 2,3 %[23], що у 10—30 разів більше від аналогічних показників для Сонця[17][18]. Вміст менш летких сполук, таких, як аміак, вода та сірководень у глибокій атмосфері наразі відомий лише наближено[17]. Вважається, що їхня концентрація в атмосфері Урана перевищує аналогічну для Сонця в десятки[24], чи навіть сотні разів[25]. Відомості про ізотопний склад атмосфери Урана дуже обмежені[26]. Станом на травень 2013 відоме лише кількісне відношення дейтерію до протію. Воно становить 5,5+3,5
−1,5
× 10−5
та було виміряне з допомогою Інфрачервоної космічної обсерваторії[ru] (ISO) у 1990-х роках. Це значення помітно вище, ніж аналогічне для Сонця (2,25 ± 0,35× 10−5)[27][28].

ІЧ-спектроскопія, зокрема вимірювання з допомогою космічного телескопа «Спітцер» (SST)[29][30], дозволила виявити слідові кількості вуглеводнів у стратосфері Урана, які, ймовірно, були синтезовані з метану під дією сонячного УФ-випромінювання[31]. Вони включають етан (C2H6), ацетилен (C2H2)[30][32], метилацетилен (CH3C2H), діацетилен[ru] (C2HC2H)[33]. З допомогою ІЧ-спектроскопії також були виявлені сліди водяної пари[34], оксиду[35] й діоксиду вуглецю в стратосфері. Ці домішки швидше за все походять із зовнішнього джерела, наприклад, космічного пилу й комет[33].

Структура

Атмосферу Урана можна поділити на три основних шари: тропосферу, що охоплює проміжок висот від −300 до 50 км (за 0 прийнято умовну межу, де тиск становить 1 бар), стратосферу, що займає висоти від 50 до 4000 км і екзосферу, що простягається від висоти 4000 км до кількох радіусів планети. На відміну від земної, атмосфера Урана не має мезосфери[3][36].

Примітки

  1. Уран (рос.)
  2. Dr. David R. Williams. Uranus Fact Sheet (англ.). NASA Goddard Space Flight Center. Процитовано 11 вересня 2013. (англ.)
  3. а б Lunine, 1993, с. 219—222.
  4. de Pater Romani et al., 1991, с. 231, Fig. 13.
  5. а б в г д е Fegley Gautier et al., 1991, с. 151—154.
  6. Lockyer, 1889.
  7. Huggins, 1889.
  8. а б Adel, Slipher, 1934.
  9. Kuiper, 1949.
  10. Herzberg, 1952.
  11. Pearl Conrath et al., 1990, с. 12—13, Table I.
  12. Smith, 1984, с. 213—214.
  13. Stone, 1987, с. 14,874, Table 3.
  14. Fegley Gautier et al., 1991, с. 155—158, 168—169.
  15. Smith Soderblom et al., 1986, с. 43—49.
  16. Sromovsky та Fry, 2005, с. 459—460.
  17. а б в г д Lunine, 1993, с. 222—230.
  18. а б Tyler Sweetnam et al., 1986, с. 80—81.
  19. Conrath Gautier et al., 1987, с. 15,007, Table 1.
  20. Lodders, 2003, с. 1, 228—1, 230.
  21. Conrath Gautier et al., 1987, с. 15, 008—15, 009.
  22. Lunine, 1993, с. 235—240.
  23. Lindal Lyons et al., 1987, с. 14, 987, 14, 994—14, 996.
  24. Atreya, Wong, 2005, с. 130—131.
  25. de Pater Romani et al., 1989, с. 310—311.
  26. Encrenaz, 2005, с. 107—110.
  27. Encrenaz, 2003, с. 98—100, Table 2 on p. 96.
  28. Feuchtgruber Lellouch et al., 1999.
  29. Burgdorf Orton et al., 2006, с. 634—635.
  30. а б Bishop Atreya et al., 1990, с. 448.
  31. Summers та Strobel, 1989, с. 496—497.
  32. Encrenaz, 2003, с. 93.
  33. а б Burgdorf Orton et al., 2006, с. 636.
  34. Encrenaz, 2003, с. 92.
  35. Encrenaz Lellouch et al., 2004, с. L8.
  36. Herbert Sandel et al., 1987, с. 15,097, Fig. 4.

Література